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Memoria Virtual

2013-12-18T17:29:43Z

Pabnarsie:

La memoria virtual es una técnica que puede implementar el administrador de memoria con soporte de paginación para aumentar el grado de multiprogramación. Para ello se emplea una zona en disco conocida como ''zona de intercambio'' o ''swap'' para descargar en ella segmentos o páginas que se encuentran en memoria principal.

La zona de intercambio se implementa siguiendo dos posibles estrategias:

* Se destina una parte del disco reservada explícitamente para ello. En este caso, dicho espacio de memoria no puede ser empleado para almacenar información útil del usuario. Los sistemas operativos tipo-Unix implementan esta estrategia.

* Se emplea un fichero oculto que puede tener un tamaño fijo (donde dicho espacio estará reservado y el usuario no podra hacer uso de él) o variable para almacenar las páginas descargadas. Los sistemas operativos de tipo-Microsoft implementan esta aproximación.

La técnica de memoria virtual se manifiesta cuando toda la memoria principal está en uso y, por tanto, no existe espacio libre para cargar una cierta pagina que es requerida por un proceso. Ante esta situación, el mecanismo de memoria virtual permite '''seleccionar una página víctima''' que será descargada a la zona de intercambio. De esta manera se libera memoria principal para poder cargar la página que nuestro proceso en estado activo requiere. La selección de las páginas víctima se hace en base a diferentes criterios que veremos en esta unidad didáctica.

Por tanto, en caso de que un proceso activo requiera una página o segmento que está descargado en la zona de intercambio, '''hay que seleccionar una página víctima''' de otro proceso, preferentemente en estado preparado o bloqueado, que será descargada en disco para hacer espacio a la página requerida.

Los tiempos de descarga y recarga de páginas tienen una penalización considerable. Esto se debe a los tiempos de acceso al dispositivo disco magnético son mucho mayores que los de la memoria principal. '''En general, un buen criterio de reemplazo de páginas debe no descargar páginas que vayan a ser necesitadas en poco tiempo''', reduciendo así la cantidad de accesos a disco asociados a la descarga y recarga de páginas.

== Elementos de análisis ==
Dado un criterio de sustitución, nos preguntamos si es bueno o malo, y lo comparamos con otro para saber cual es el mejor y cuanto mejor. El criterio de localidad no es una herramienta, sino una propiedad que empíricamente se comprueba que se cumple. Las herramientas para conocerlo son:

''' Cadenas de referencia '''

Secuencia de páginas referidas por un proceso. Suponiendo que un proceso hace los siguientes accesos a memoria (pagina/desplazamiento):
0, 1, 0, 0/6, 0/8, 1/0, 0/0, 0/2,2, 255, 2… 1/1, 1/4, 0/8, 2/15, 2/18, 2/15, 2/18, 255/32, 255/36, 2/15

No nos importan ni los desplazamientos ni que se acceda varias veces consecutivas a la misma página, el fallo de página se produce en el primer acceso. En una cadena de referencia, nunca aparecerán varias referencias consecutivas a la misma página. Realizar la traza de lo programado es complicado porque no conocemos el futuro, se obtiene una simulación.

''' Índices de valoración '''

Sirve para medir las prestaciones de los criterios. Todos ellos están referidas a una cadena de referencia.
*F(m): Número de fallos de páginas con m marcos.
*f= F(m) /A: Tasa de fallos de páginas.
*fc= (F(m) -m )/A: Tasa de fallos de páginas en caliente.
*F(m) -m: Número de fallos de páginas en caliente.
*A = Número de accesos.

''' Curva paracorde '''

Representación del número de fallos de páginas para una cadena de referencia, frente al número de marcos utilizados. Sea p = número de páginas (distintas) en cadena de referencia. El número característico es el área bajo la curva, y es una buena medida de la calidad del algoritmo.

''' Principio de localidad '''
*Localidad espacial: Si una página es accedida es muy probable que se acceda eventualmente a una página próxima a ella.

*Localidad temporal: Si una página es accedida en un instante de tiempo, es muy probable que en el futuro inmediato vuelva a ser accedida.

El principio de localidad nos beneficia pues, si los accesos a memoria fuesen totalmente aleatorios, la probabilidad de producirse un fallo sería inversamente proporcional al número de marcos, con lo que la curva paracorde sería una recta de pendiente negativa. No obstante, se comprueba que las curvas paracordes típicas tienen una forma como la que presentamos, sensiblemente mejor que la probabilidad inversa al número de páginas.

A continuación, nos centraremos en el estudio de los diferentes [[Criterios de reemplazo|criterios de reemplazo]] para páginas que permiten seleccionar la página víctima.

Memoria Virtual

2013-12-18T17:29:04Z

Pabnarsie:

La memoria virtual es una técnica que puede implementar el administrador de memoria con soporte de paginación para aumentar el grado de multiprogramación. Para ello se emplea una zona en disco conocida como ''zona de intercambio'' o ''swap'' para descargar en ella segmentos o páginas que se encuentran en memoria principal.

La zona de intercambio se implementa siguiendo dos posibles estrategias:

* Se destina una parte del disco reservada explícitamente para ello. En este caso, dicho espacio de memoria no puede ser empleado para almacenar información útil del usuario. Los sistemas operativos tipo-Unix implementan esta estrategia.

* Se emplea un fichero oculto que puede tener un tamaño fijo (donde dicho espacio estará reservado y el usuario no podra hacer uso de el) o variable para almacenar las páginas descargadas. Los sistemas operativos de tipo-Microsoft implementan esta aproximación.

La técnica de memoria virtual se manifiesta cuando toda la memoria principal está en uso y, por tanto, no existe espacio libre para cargar una cierta pagina que es requerida por un proceso. Ante esta situación, el mecanismo de memoria virtual permite '''seleccionar una página víctima''' que será descargada a la zona de intercambio. De esta manera se libera memoria principal para poder cargar la página que nuestro proceso en estado activo requiere. La selección de las páginas víctima se hace en base a diferentes criterios que veremos en esta unidad didáctica.

Por tanto, en caso de que un proceso activo requiera una página o segmento que está descargado en la zona de intercambio, '''hay que seleccionar una página víctima''' de otro proceso, preferentemente en estado preparado o bloqueado, que será descargada en disco para hacer espacio a la página requerida.

Los tiempos de descarga y recarga de páginas tienen una penalización considerable. Esto se debe a los tiempos de acceso al dispositivo disco magnético son mucho mayores que los de la memoria principal. '''En general, un buen criterio de reemplazo de páginas debe no descargar páginas que vayan a ser necesitadas en poco tiempo''', reduciendo así la cantidad de accesos a disco asociados a la descarga y recarga de páginas.

== Elementos de análisis ==
Dado un criterio de sustitución, nos preguntamos si es bueno o malo, y lo comparamos con otro para saber cual es el mejor y cuanto mejor. El criterio de localidad no es una herramienta, sino una propiedad que empíricamente se comprueba que se cumple. Las herramientas para conocerlo son:

''' Cadenas de referencia '''

Secuencia de páginas referidas por un proceso. Suponiendo que un proceso hace los siguientes accesos a memoria (pagina/desplazamiento):
0, 1, 0, 0/6, 0/8, 1/0, 0/0, 0/2,2, 255, 2… 1/1, 1/4, 0/8, 2/15, 2/18, 2/15, 2/18, 255/32, 255/36, 2/15

No nos importan ni los desplazamientos ni que se acceda varias veces consecutivas a la misma página, el fallo de página se produce en el primer acceso. En una cadena de referencia, nunca aparecerán varias referencias consecutivas a la misma página. Realizar la traza de lo programado es complicado porque no conocemos el futuro, se obtiene una simulación.

''' Índices de valoración '''

Sirve para medir las prestaciones de los criterios. Todos ellos están referidas a una cadena de referencia.
*F(m): Número de fallos de páginas con m marcos.
*f= F(m) /A: Tasa de fallos de páginas.
*fc= (F(m) -m )/A: Tasa de fallos de páginas en caliente.
*F(m) -m: Número de fallos de páginas en caliente.
*A = Número de accesos.

''' Curva paracorde '''

Representación del número de fallos de páginas para una cadena de referencia, frente al número de marcos utilizados. Sea p = número de páginas (distintas) en cadena de referencia. El número característico es el área bajo la curva, y es una buena medida de la calidad del algoritmo.

''' Principio de localidad '''
*Localidad espacial: Si una página es accedida es muy probable que se acceda eventualmente a una página próxima a ella.

*Localidad temporal: Si una página es accedida en un instante de tiempo, es muy probable que en el futuro inmediato vuelva a ser accedida.

El principio de localidad nos beneficia pues, si los accesos a memoria fuesen totalmente aleatorios, la probabilidad de producirse un fallo sería inversamente proporcional al número de marcos, con lo que la curva paracorde sería una recta de pendiente negativa. No obstante, se comprueba que las curvas paracordes típicas tienen una forma como la que presentamos, sensiblemente mejor que la probabilidad inversa al número de páginas.

A continuación, nos centraremos en el estudio de los diferentes [[Criterios de reemplazo|criterios de reemplazo]] para páginas que permiten seleccionar la página víctima.

Paginación

2013-12-18T09:10:30Z

Pabnarsie: /* Dispositivo de traducción de direcciones paginadas */

=Definición=
La paginación es una estrategia de organización de la memoria que consiste en dividir la memoria en porciones de igual tamaño, a dichas porciones se las conoce como marcos de página o simplemente como páginas.
Las páginas están definidas por un número de página, que identifica de forma única a cada página (dentro del espacio de memoria de un proceso). Cada página se asigna en exclusividad a un proceso.

=Funcionamiento=

Desde el punto de vista de la paginación la traducción de las direcciones de memoria se basa en dos conceptos:

1. El dispositivo traductor divide las direcciones lógicas en 2 partes de la siguiente forma: los n bits más significativos identifican la página mientras que el resto identifica el desplazamiento.

2. Cuando el traductor dinámico de páginas recibe, en una dirección lógica, un número de página este examina una tabla (llamada tabla de páginas) en la cual se relacionan las páginas lógicas con las páginas físicas y obtiene la dirección real (Número de marco) de la siguiente forma:

[[Archivo:Paginas.png]]

Al igual que en la segmentación al intentar acceder a una página ausente se produce un fallo (llamado en este caso '''fallo de página''').

=Otras características=
*Los valores óptimos para las porciones son: en arquitectura de 32 bits es de 4KB, y en arquitectura de 64 bits es de 8KB.
*Los criterios vistos en el tema anterior no se aplican aquí, no tiene sentido hacerlo ya que todas las páginas de memoria son iguales.

==Dispositivo de traducción de direcciones paginadas==
Se dispone de la tabla de páginas de cada proceso en memoria para llevar a cabo la traducción. La tabla de páginas se indexa por número de página.

El dispositivo de traducción de direcciones paginadas debe ser un dispositivo muy rápido, ya que se usa con cada acceso a memoria que se realiza. El tamaño de la tabla de páginas es uno de los aspectos que más influye en el diseño del dispositivo e incluso en la organización de la propia tabla. Otro aspecto relevante es la localización de dicha tabla, la cual puede encontrarse en el traductor o guardada en memoria:
*'''Tabla de páginas en el traductor:'''

Se usa en equipos cuyo espacio de direcciones es de pocas páginas.
El dispositivo de traducción contiene un conjunto de registros organizados como una memoria en los cuales almacena la tabla de páginas.
Dicha tabla de páginas debe sustituirse (lo cual aumenta el tiempo de conmutación) en dos situaciones distintas: al cambiar de proceso y al transferir el control al s.o. (en este caso se reduce el tiempo de conmutación utilizando dos tablas separadas, una para los procesos y otra para el s.o., las cuales se utilizan dependiendo del modo de uso de la CPU, supervisor o usuario).

*'''Tabla de páginas en memoria:'''

Se usa en equipos con mucha memoria, en los cuales el número de páginas puede llegar a ser muy alto con lo que el tiempo necesario para cargar las páginas en el traductor es demasiado alto.
La tabla de páginas es guardada en la memoria principal y el dispositivo traductor tiene la dirección de comienzo y el tamaño de la tabla, debido a que la tabla está en la memoria principal se necesita, por cada acceso a memoria, un acceso a memoria adicional para obtener el número de página física asociado a la página lógica. Para mantener un tiempo de acceso aceptable se establece una memoria asociativa que conserva las parejas página lógica-página física utilizadas recientemente.

También hay dispositivos traductores que no utilizan tablas de páginas, buscan directamente la información en una memoria asociativa, y si no la encuentran, lanzan una excepción que manejará el sistema operativo. Así, el SO es el responsable de determinar la asociación entre números de página y números de marco, y además de actualizar la memoria asociativa, lo que da cierta flexibilidad.

==Tabla de páginas multinivel==
El objetivo es paginar la tabla de páginas lo que permite que esta no esté cargada completa en memoria y que no ocupe direcciones consecutivas.
En los ss.oo. con tablas de páginas multinivel los números de página se dividen en dos partes: los bits más significativos indican el directorio de páginas correspondiente y con los bits menos significativos el índice del directorio en el que se encuentra la página buscada:

[[Archivo:PaginacionMultinivel.jpg‎ ]]

*'''Tabla de páginas para todo el sistema:''' Es una variante de las tablas de página multinivel, en la que el dispositivo traductor sólo contiene una entrada por cada proceso, indexadas por PID, y una dirección de tabla que contiene las páginas de dicho proceso. Así, ante una conmutación de procesos basta con cambiar de PID.
==Elementos de administración==
La administración es sencilla ya que todas las porciones de memoria son de igual tamaño (se limita a comprobar si hay suficientes marcos libres para ejecutar el proceso).

Se pueden usar:

*'''Tabla de asignación de marcos a procesos:''' Tiene una entrada por marco, que contiene el PID del proceso que lo tiene asignado, o 0, si está libre.
*'''Lista de marcos asignados a procesos:''' Dado que el número de marcos es fijo, se implementa mediante una tabla. Estas listas tienen una entrada por marco. En cada entrada está, o el siguiente marco en la lista, o -1 si el marco es el último. Hay una lista global de marcos libres, y una lista por proceso de marcos ocupados. Para ayudar a la gestión, cada proceso tiene en su PCB los índices del primer y el último marco que tiene asignados.

Condiciones para el interbloqueo y estrategias de resolución

2013-12-17T17:13:21Z

Pabnarsie: /* Prevención */

== Condiciones para que se produzca interbloqueo ==

Según [http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_G._Coffman,_Jr. Coffman], para que se pueda producir un interbloqueo se tienen que dar las siguientes cuatro condiciones:

* '''Exclusión mutua''': cada recurso está asignado a un único proceso de manera exclusiva.
* '''Retención y espera''': los procesos que tienen, en un momento dado, recursos asignados con anterioridad, pueden solicitar nuevos recursos y esperar a que se le asignen sin liberar antes alguno de los recursos que ya tenía asignados.

* '''No apropiación''': los recursos otorgados con anterioridad no pueden ser forzados a dejar un proceso. El proceso que los posee debe liberarlos en forma explícita. Ni siquiera el sistema operativo puede expropiárselo.

* '''Espera circular''': debe existir una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales espera un recurso poseído por el siguiente miembro de la cadena. Esta condición es una consecuencia potencial de las tres primeras, es decir, dado que se producen las tres primeras condiciones, puede ocurrir una secuencia de eventos que desemboque en un círculo vicioso de espera irresoluble.

Las tres primeras condiciones son necesarias, pero no suficientes para que exista interbloqueo. Sólo las cuatro condiciones en conjunto constituyen una condición necesaria y suficiente para el interbloqueo.

== Estrategias ==

Existen diversas estrategias frente a los interbloqueos, que se pueden agrupar en:

* Omisión
* Detección y recuperación
* Prevención
* Predicción

Que se detallan a continuación.

=== Omisión ===

Considera que la probabilidad de un interbloqueo es muy baja, de modo que se confía en que no se van a producir. Por sorprendente que parezca, los sistemas operativos modernos convencionales suelen aplicar esta estrategia. Por justificar la decisión de los fabricantes de sistemas operativos cabe incidir en que las estrategias de resolución y prevención de interbloqueos tienen un coste alto desde el punto de vista del consumo de recursos de procesamiento y memoria.

=== Detección y Recuperación ===

Esta estrategia permite la detección de una situación de interbloqueo y su consiguiente resolución. De entre las medidas de detección consideramos las siguientes:

* ''Grafo de relación recursos-procesos'': Consiste en la representación gráfica de los recursos asignados a los procesos y los recursos que dichos procesos requieren para finalizar su ejecución. Esta técnica se basa en recorrer el grafo yendo de un nodo a otro, por lo que si se consigue volver al nodo de partida estaremos en un recorrido circular. Para que este tipo de error sea detectado usamos algoritmos de detección, se lanzan cuando se solicita un recurso ocupado, es decir, hay una nueva arista dentro de nuestro grafo y debemos comprobar que no da lugar a un recorrido cíclico.

Un ejemplo de grafo en el que se detecta un ciclo es el siguiente:

[[Archivo:deteccion_ciclo.png]]

* ''Matrices de relación recursos-procesos'': Consiste en la representación matricial de los recursos asignados a los procesos y los recursos que dichos procesos requieren para finalizar su ejecución. Se distinguen dos tipos, el '''método mediante matrices binarias de relación''', y el '''método de detección matricial''':

-''Matrices binarias de relación:''
Una matriz binaria de relación es aquella que representa una relación R entre dos conjuntos, en la cual el primero de estos dos tiene múltiples asignaciones a elementos del segundo.

El método consiste en, aplicando matrices binarias de relación, utilizar el cierre transitivo para determinar si algún proceso está relacionado consigo mismo a través de otros, señalando así la existencia de ciclos. El procedimiento sería:

1.- Formar la matriz de espera (W: P->R): Los procesos P están a la espera de recursos R.

2.- Formar la matriz de asignación (A: R->P): Los recursos R están asignados a procesos P.

3.- Formar la matriz de procesos a la espera de procesos (T: WxA): Producto cartesiano de ambas matrices.

4.- Hallar el cierre transitivo de la matriz T: Que se puede obtener, por ejemplo, aplicando el Algoritmo de Warshall (algoritmo de análisis sobre grafos para encontrar el camino mínimo entre todos los pares de vértices en una única ejecución). El algoritmo es el siguiente:

Warshall(T, n){
for (k=1 to n){
for (i=1 to n){
for (j=1 to n){
Tij = Tij ⋁ (Tik ⋀ Tkj)
}
}
}
}

Donde n es la dimensión de la matriz T

5.- Si hay procesos que tengan un 1 en la diagonal principal, forman parte de algún ciclo.

Se trata de un método fácil de implementar, ya que solo se realizan operaciones con matrices y bucles, algo muy sencillo para una máquina. Sim embargo, tiene dos inconvenientes:
* El número de operaciones a realizar es muy alto teniendo en cuenta el tamaño que pueden alcanzar las matrices de recursos
* Solo se puede usar cuando solo existe una instancia de cada recurso.

-''Detección matricial'':
Método matricial que trata aquellos casos en los que hay múltiples instancias equivalentes de un mismo tipo de recurso. Aísla grupos de procesos que no pueden proseguir la ejecución porque no pueden ver satisfechas sus peticiones pendientes.
Usan un método iterativo que:

1.-Marca procesos cuyas peticiones puedan satisfacerse con el actual vector de recursos disponibles.

2.-Suma al vector de disponibles los recursos asignados a los procesos marcados.

3.-Si todos los procesos están marcados: no hay interbloqueo.

4.-Si en una iteración no se marcan procesos: los procesos que quedan están interbloqueados.

Tras la detección de un interbloqueo, se pueden aplicar algunas de las siguientes estrategias para resolverlo:

* ''Eliminación'': El sistema operativo selecciona a uno de los procesos que forma parte del interbloqueo y elimina el ciclo acabando con la ejecución de dicho proceso, si no es suficiente se eliminarán procesos hasta que se rompa el ciclo. La selección del proceso se realiza en base a un cierto criterio, por ejemplo, aquel proceso que lleve menos tiempo en ejecución o aquel que sea más voraz consumiendo recursos.Sin embargo, de una manera u otra el trabajo realizado por el proceso se pierde, algo que en algunos casos resulta inadmisible, como en sistemas en tiempo real. Aunque parezca una medida drástica, es la empleada en sistemas operativos convencionales. Aplicar el criterio de selección y eliminar procesos cuando el número de procesos es relativamente bajo puede solucionar el interbloqueo, pero si se da un bloqueo de por ejemplo, centenares de procesos, es una situación prácticamente inmanejable.

* ''Apropiación temporal'': Se retira la asignación de un recurso a un proceso (durante el tiempo necesario) para deshacer el interbloqueo (hemos de asegurarnos de que el proceso no se desbloquea al romperse el interbloqueo). Por ejemplo, supongamos que el recurso es una impresora: podríamos retirarle la asignación a un proceso P1 cuando este terminase de imprimir una página, asignarle la impresora a otro proceso P2 y volver a asignársela a P1 cuando P2 haya terminado su ejecución. El problema es que este método solo es posible dependiendo de la naturaleza del proceso. Con frecuencia es imposible recuperarse de esta manera ya que los recursos no pueden ser apropiados.

* ''Puntos de conformidad'',''sincronismo'' o ''checkpoints'': Consiste en tomar una imagen del estado del proceso, ya sea periódicamente o a instancia del propio proceso, de manera que si se produce un interbloqueo se vuelve a un estado de la ejecución anterior. Son muy poco usados ya que tienen un elevado coste en memoria y existe la posibilidad de que un proceso permanezca indefinidamente sin progresar, y no todos los recursos permiten almacenar y recuperar su estado. Además, puede darse el caso de que el estado del proceso sea externo al sistema (Como en el caso de una conexión a Base de Datos)

=== Prevención ===

La prevención apunta a una serie de estrategias que eviten el interbloqueo. Concretamente, son cuatro las estrategias de prevención posibles en base a los principios que [http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_G._Coffman,_Jr. Coffman] estableció como interbloqueo. Dichas estrategias son:

* ''Supresión de exclusión mutua'': Un proceso no puede tener acceso exclusivo a un recurso. No siempre es posible, y puede que lo único que haga sea cambiar el problema de sitio. Es una solución drástica, inviable. Por ejemplo, permitir que dos procesos usaran a la vez una impresora sería caótico.
* ''Supresión de retención y espera'' (1ª estrategia de Havender): El proceso debe tener asignado todos los recursos necesarios al inicio y no liberarlos hasta que éste finalice, se consigue utilizando un mismo semáforo para todos los recursos necesarios por el proceso. Esto presenta un inconveniente: si un recurso sólo se utiliza al final, estará ocupado durante toda la ejecución, no permitiendo ser usado por otros procesos. El aprovechamiento de recursos puede mejorarse mediante una programación más elaborada, dividiendo la ejecución del proceso en distintas fases y gestionando los recursos para cada una de ellas. Sin embargo, muchos procesos no saben cuántos recursos necesitarán hasta que hayan empezado a ejecutarse. No obstante, esta estrategia presenta unos inconvenientes: la posibilidad de aplazamiento indefinido por parte de aquellos procesos que usan más recursos, que siempre cuando no le falta uno le falta otro, lo que concluye en un mal aprovechamiento de recursos, obligando a los procesos a solicitar los recursos antes de que les haga falta y atentando contra el objetivo eficiente que nos proponemos.
* ''Supresión de no apropiación'' (2ª estrategia de Havender): Si un proceso está en ejecución y no puede obtener un recurso, dicho proceso libera todos los recursos que está usando y espera a que todos los que necesita estén disponibles. Es una estrategia optimista, usada cuando la probabilidad de que se produzca un interbloqueo en el sistema es baja. Problemas: se puede perder trabajo, además de presentar una carga extra la realización de peticiones.
* ''Supresión de espera circular'' (3ª estrategia de Havender): Si todos los recursos comunes a varios procesos se solicitan siempre en el mismo orden no se producen interbloqueos. De esta manera, se ordenan los recursos y se solicitan en ese orden. Por ejemplo: tenemos un proceso A y otro B, de manera que ambos hacen uso de los recursos X e Y. En el siguiente caso, no pedirían los recursos en el mismo orden:

{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''A:'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''B:'''
|-
| down(X)||down(Y)
|-
| down(Y)||down(X)
|-
| …||…
|-
| up(Y)||up(X)
|-
| up(X)||up(Y)
|}

Si se ejecuta la instrucción down(X) de A, se conmuta a B y se ejecuta down(Y), se producirá un interbloqueo, ya que ambos estarán esperando a que el otro libere el recurso que necesitan.
Sin embargo, si pedimos los recursos siempre en el mismo orden de la siguiente forma:

{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''A:'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''B:'''
|-
| down(X)||down(X)
|-
| down(Y)||down(Y)
|-
| …||…
|-
| up(Y)||up(Y)
|-
| up(X)||up(X)
|-
|
|}

Se puede comprobar que es imposible que se de un interbloqueo como en el caso anterior, ocurriendo lo mismo con cualquier número de procesos y recursos.

El principal inconveniente radica en que a veces, debido a la variedad y al número de recursos y procesos, es muy engorroso mantener un criterio de orden para todos los procesos de todo tipo.

=== Predicción ===

El sistema operativo observa la evolución que siguen los procesos, y predice una posible situación de interbloqueo. Si detecta una alta probabilidad de que suceda, adopta una trayectoria de ejecución nueva para los procesos involucrados de manera que se garantice que no va a suceder un interbloqueo.

Si tuviéramos de antemano información sobre cómo los procesos van a usar los recursos, tal vez podríamos forzar un entrelazado de las asignaciones que nunca llevase a interbloqueo. Es un ejemplo el algoritmo del banquero. El inconveniente de este tipo de técnicas es que son poco realistas, ya que en sistemas reales no tenemos forma de predecir a la perfección el futuro de accesos a recursos.

Usuario:Pabnarsie

2013-12-14T10:49:36Z

Pabnarsie: Página creada con 'Pablo Narváez Sierra, IS1'

Pablo Narváez Sierra, IS1

Condiciones para el interbloqueo y estrategias de resolución

2013-12-14T10:43:52Z

Pabnarsie: /* Detección y Recuperación */

== Condiciones para que se produzca interbloqueo ==

Según [http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_G._Coffman,_Jr. Coffman], para que se pueda producir un interbloqueo se tienen que dar las siguientes cuatro condiciones:

* '''Exclusión mutua''': cada recurso está asignado a un único proceso de manera exclusiva.
* '''Retención y espera''': los procesos que tienen, en un momento dado, recursos asignados con anterioridad, pueden solicitar nuevos recursos y esperar a que se le asignen sin liberar antes alguno de los recursos que ya tenía asignados.

* '''No apropiación''': los recursos otorgados con anterioridad no pueden ser forzados a dejar un proceso. El proceso que los posee debe liberarlos en forma explícita. Ni siquiera el sistema operativo puede expropiárselo.

* '''Espera circular''': debe existir una cadena circular de dos o más procesos, cada uno de los cuales espera un recurso poseído por el siguiente miembro de la cadena. Esta condición es una consecuencia potencial de las tres primeras, es decir, dado que se producen las tres primeras condiciones, puede ocurrir una secuencia de eventos que desemboque en un círculo vicioso de espera irresoluble.

Las tres primeras condiciones son necesarias, pero no suficientes para que exista interbloqueo. Sólo las cuatro condiciones en conjunto constituyen una condición necesaria y suficiente para el interbloqueo.

== Estrategias ==

Existen diversas estrategias frente a los interbloqueos, que se pueden agrupar en:

* Omisión
* Detección y recuperación
* Prevención
* Predicción

Que se detallan a continuación.

=== Omisión ===

Considera que la probabilidad de un interbloqueo es muy baja, de modo que se confía en que no se van a producir. Por sorprendente que parezca, los sistemas operativos modernos convencionales suelen aplicar esta estrategia. Por justificar la decisión de los fabricantes de sistemas operativos cabe incidir en que las estrategias de resolución y prevención de interbloqueos tienen un coste alto desde el punto de vista del consumo de recursos de procesamiento y memoria.

=== Detección y Recuperación ===

Esta estrategia permite la detección de una situación de interbloqueo y su consiguiente resolución. De entre las medidas de detección consideramos las siguientes:

* ''Grafo de relación recursos-procesos'': Consiste en la representación gráfica de los recursos asignados a los procesos y los recursos que dichos procesos requieren para finalizar su ejecución. Esta técnica se basa en recorrer el grafo yendo de un nodo a otro, por lo que si se consigue volver al nodo de partida estaremos en un recorrido circular. Para que este tipo de error sea detectado usamos algoritmos de detección, se lanzan cuando se solicita un recurso ocupado, es decir, hay una nueva arista dentro de nuestro grafo y debemos comprobar que no da lugar a un recorrido cíclico.

Un ejemplo de grafo en el que se detecta un ciclo es el siguiente:

[[Archivo:deteccion_ciclo.png]]

* ''Matrices de relación recursos-procesos'': Consiste en la representación matricial de los recursos asignados a los procesos y los recursos que dichos procesos requieren para finalizar su ejecución. Se distinguen dos tipos, el '''método mediante matrices binarias de relación''', y el '''método de detección matricial''':

-''Matrices binarias de relación:''
Una matriz binaria de relación es aquella que representa una relación R entre dos conjuntos, en la cual el primero de estos dos tiene múltiples asignaciones a elementos del segundo.

El método consiste en, aplicando matrices binarias de relación, utilizar el cierre transitivo para determinar si algún proceso está relacionado consigo mismo a través de otros, señalando así la existencia de ciclos. El procedimiento sería:

1.- Formar la matriz de espera (W: P->R): Los procesos P están a la espera de recursos R.

2.- Formar la matriz de asignación (A: R->P): Los recursos R están asignados a procesos P.

3.- Formar la matriz de procesos a la espera de procesos (T: WxA): Producto cartesiano de ambas matrices.

4.- Hallar el cierre transitivo de la matriz T: Que se puede obtener, por ejemplo, aplicando el Algoritmo de Warshall (algoritmo de análisis sobre grafos para encontrar el camino mínimo entre todos los pares de vértices en una única ejecución). El algoritmo es el siguiente:

Warshall(T, n){
for (k=1 to n){
for (i=1 to n){
for (j=1 to n){
Tij = Tij ⋁ (Tik ⋀ Tkj)
}
}
}
}

Donde n es la dimensión de la matriz T

5.- Si hay procesos que tengan un 1 en la diagonal principal, forman parte de algún ciclo.

Se trata de un método fácil de implementar, ya que solo se realizan operaciones con matrices y bucles, algo muy sencillo para una máquina. Sim embargo, tiene dos inconvenientes:
* El número de operaciones a realizar es muy alto teniendo en cuenta el tamaño que pueden alcanzar las matrices de recursos
* Solo se puede usar cuando solo existe una instancia de cada recurso.

-''Detección matricial'':
Método matricial que trata aquellos casos en los que hay múltiples instancias equivalentes de un mismo tipo de recurso. Aísla grupos de procesos que no pueden proseguir la ejecución porque no pueden ver satisfechas sus peticiones pendientes.
Usan un método iterativo que:

1.-Marca procesos cuyas peticiones puedan satisfacerse con el actual vector de recursos disponibles.

2.-Suma al vector de disponibles los recursos asignados a los procesos marcados.

3.-Si todos los procesos están marcados: no hay interbloqueo.

4.-Si en una iteración no se marcan procesos: los procesos que quedan están interbloqueados.

Tras la detección de un interbloqueo, se pueden aplicar algunas de las siguientes estrategias para resolverlo:

* ''Eliminación'': El sistema operativo selecciona a uno de los procesos que forma parte del interbloqueo y elimina el ciclo acabando con la ejecución de dicho proceso, si no es suficiente se eliminarán procesos hasta que se rompa el ciclo. La selección del proceso se realiza en base a un cierto criterio, por ejemplo, aquel proceso que lleve menos tiempo en ejecución o aquel que sea más voraz consumiendo recursos.Sin embargo, de una manera u otra el trabajo realizado por el proceso se pierde, algo que en algunos casos resulta inadmisible, como en sistemas en tiempo real. Aunque parezca una medida drástica, es la empleada en sistemas operativos convencionales. Aplicar el criterio de selección y eliminar procesos cuando el número de procesos es relativamente bajo puede solucionar el interbloqueo, pero si se da un bloqueo de por ejemplo, centenares de procesos, es una situación prácticamente inmanejable.

* ''Apropiación temporal'': Se retira la asignación de un recurso a un proceso (durante el tiempo necesario) para deshacer el interbloqueo (hemos de asegurarnos de que el proceso no se desbloquea al romperse el interbloqueo). Por ejemplo, supongamos que el recurso es una impresora: podríamos retirarle la asignación a un proceso P1 cuando este terminase de imprimir una página, asignarle la impresora a otro proceso P2 y volver a asignársela a P1 cuando P2 haya terminado su ejecución. El problema es que este método solo es posible dependiendo de la naturaleza del proceso. Con frecuencia es imposible recuperarse de esta manera ya que los recursos no pueden ser apropiados.

* ''Puntos de conformidad'',''sincronismo'' o ''checkpoints'': Consiste en tomar una imagen del estado del proceso, ya sea periódicamente o a instancia del propio proceso, de manera que si se produce un interbloqueo se vuelve a un estado de la ejecución anterior. Son muy poco usados ya que tienen un elevado coste en memoria y existe la posibilidad de que un proceso permanezca indefinidamente sin progresar, y no todos los recursos permiten almacenar y recuperar su estado. Además, puede darse el caso de que el estado del proceso sea externo al sistema (Como en el caso de una conexión a Base de Datos)

=== Prevención ===

La prevención apunta a una serie de estrategias que eviten el interbloqueo. Concretamente, son cuatro las estrategias de prevención posibles en base a los principios que [http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_G._Coffman,_Jr. Coffman] estableció como interbloqueo. Dichas estrategias son:

* ''Supresión de exclusión mutua'': Un proceso no puede tener acceso exclusivo a un recurso. No siempre es posible, y puede que lo único que haga sea cambiar el problema de sitio. Es una solución drástica, inviable. Por ejemplo, permitir que dos procesos usaran a la vez una impresora sería caótico.
* ''Supresión de retención y espera'' (1ª estrategia de Havender): El proceso debe tener asignado todos los recursos necesarios al inicio y no liberarlos hasta que éste finalice, se consigue utilizando un mismo semáforo para todos los recursos necesarios por el proceso. Esto presenta un inconveniente: si un recurso sólo se utiliza al final, estará ocupado durante toda la ejecución, no permitiendo ser usado por otros procesos. El aprovechamiento de recursos puede mejorarse mediante una programación más elaborada, dividiendo la ejecución del proceso en distintas fases y gestionando los recursos para cada una de ellas. Sin embargo, muchos procesos no saben cuántos recursos necesitarán hasta que hayan empezado a ejecutarse. No obstante, esta estrategia presenta unos inconvenientes: la posibilidad de aplazamiento indefinido por parte de aquellos procesos que usan más recursos, que siempre cuando no le falta uno le falta otro, lo que concluye en un mal aprovechamiento de recursos, obligando a los procesos a solicitar los recursos antes de que les haga falta y atentando contra el objetivo eficiente que nos proponemos.
* ''Supresión de no apropiación'' (2ª estrategia de Havender): Si un proceso está en ejecución y no puede obtener un recurso, dicho proceso libera todos los recursos que está usando y espera a que todos los que necesita estén disponibles. Es una estrategia optimista, usada cuando la probabilidad de que se produzca un interbloqueo en el sistema es baja. Problemas: se puede perder trabajo, además de presentar una carga extra la realización de peticiones.
* ''Supresión de espera circular'' (3ª estrategia de Havender): Si todos los recursos comunes a varios procesos se solicitan siempre en el mismo orden no se producen interbloqueos. De esta manera, se ordenan los procesos y se solicitan en ese orden. Por ejemplo: tenemos un proceso A y otro B, de manera que ambos hacen uso de los recursos X e Y. En el siguiente caso, no pedirían los recursos en el mismo orden:

{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''A:'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''B:'''
|-
| down(X)||down(Y)
|-
| down(Y)||down(X)
|-
| …||…
|-
| up(Y)||up(X)
|-
| up(X)||up(Y)
|}

Si se ejecuta la instrucción down(X) de A, se conmuta a B y se ejecuta down(Y), se producirá un interbloqueo, ya que ambos estarán esperando a que el otro libere el recurso que necesitan.
Sin embargo, si pedimos los recursos siempre en el mismo orden de la siguiente forma:

{| {{table}}
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''A:'''
| align="center" style="background:#f0f0f0;"|'''B:'''
|-
| down(X)||down(X)
|-
| down(Y)||down(Y)
|-
| …||…
|-
| up(Y)||up(Y)
|-
| up(X)||up(X)
|-
|
|}

Se puede comprobar que es imposible que se de un interbloqueo como en el caso anterior, ocurriendo lo mismo con cualquier número de procesos y recursos.

El principal inconveniente radica en que a veces, debido a la variedad y al número de recursos y procesos, es muy engorroso mantener un criterio de orden para todos los procesos de todo tipo.

=== Predicción ===

El sistema operativo observa la evolución que siguen los procesos, y predice una posible situación de interbloqueo. Si detecta una alta probabilidad de que suceda, adopta una trayectoria de ejecución nueva para los procesos involucrados de manera que se garantice que no va a suceder un interbloqueo.

Si tuviéramos de antemano información sobre cómo los procesos van a usar los recursos, tal vez podríamos forzar un entrelazado de las asignaciones que nunca llevase a interbloqueo. Es un ejemplo el algoritmo del banquero. El inconveniente de este tipo de técnicas es que son poco realistas, ya que en sistemas reales no tenemos forma de predecir a la perfección el futuro de accesos a recursos.