Чем поток отличается от процесса

1. Поток определяет последовательность исполнения кода в процессе.

2. Процесс ничего не исполняет, он просто служит контейнером потоков.

3. Потоки всегда создаются в контексте какого-либо процесса, и вся их жизнь проходит только в его границах.

4. Потоки могут исполнять один и тот же код и манипулировать одними и теми же данными, а также совместно использовать описатели объектов ядра, поскольку таблица описателей создается не в отдельных потоках, а в процессах.

26. В чем суть возникновения взаимоблокировок процессов Взаимоблокировки могут возникать между различными машинами. Во многих офисах, где есть локальная сеть, включающая в себя множество компьютеров. Часто такие устройства, как сканеры, устройства записи компакт-дисков, принтеры и накопители на магнитной ленте, присоединены к сети как ресурсы совместного доступа, то есть, доступны любому пользователю на любой машине. Взаимоблокировки могут произойти во множестве других ситуаций помимо запросов выделенных устройств ввода-вывода. В системах баз данных программа может оказаться вынужденной заблокировать несколько записей, чтобы избежать состояния конкуренции. Таким образом, взаимоблокировки проявляются при работе, как с аппаратными, так и с программными ресурсами. Ресурс - объекты предоставления доступа. Ими может быть аппаратное устройство или часть информации.

Обнаружение и устранение взаимоблокировок

Помимо метода игнорирования взаимоблокировок, существует метод обнаружения и устранения взаимоблокировок. При использовании этого метода система не пытается предотвратить попадание в тупиковые ситуации. Вместо этого она позволяет взаимоблокировке произойти, старается определить, когда это случилось, и затем совершает некие действия к возврату системы к состоянию, имевшему место до того, как система попала в тупик.

Избежание взаимоблокировки

Рассматривая обнаружения взаимоблокировок, мы неявно предполагаем, что когда процесс запрашивает ресурсы, он требует их все сразу. Однако в большинстве систем ресурсы запрашиваются поочередно, по одному. Избежание взаимоблокировки возможно при аккуратном предоставлении ресурсов. Существует алгоритм, который всегда может избегать ситуацию взаимоблокировки, мы можем избежать тупиков, но только если заранее будет доступна определенная информация.

Предотвращение взаимоблокировок

Как мы видели, уклонение от взаимоблокировок, в сущности невозможно, потому что оно требует наличия никому не известной информации о будущих процессах.

Взаимная блокировка (англ. deadlock) — ситуация в многозадачной среде или СУБД, при которой несколько процессов находятся в состоянии бесконечного ожидания ресурсов, занятых самими этими процессами.Жизненный пример такой ситуации: двое встречаются лицом к лицу. Каждый из них пытается посторониться, но они не расходятся, а несколько секунд сдвигаются в одну и ту же сторону.

Условия возникновения взаимной блокировки

Для возникновения ситуации взаимной блокировки, необходимо выполнение следующих четырех условий одновременно:

1. Условие взаимного исключения. Каждый ресурс в текущий момент или занят ровно одним процессом или свободный. То есть, ресурсы находятся в режиме эксклюзивного пользования.

2. Условие удержания и ожидания. Процессы, в текущий момент удерживают полученные ранее ресурсы, могут делать запросы на получение новых ресурсов.

3. Условие отсутствия принудительного освобождения ресурсов. Невозможно заставить процесс освободить ранее полученные ресурсы.Процесс, обладающий ресурсами, должен сам их увольнять.

4.Условие циклического ожидания. Должно существовать кольцевая последовательность из двух или более процессов, каждый из которых ожидает увольнение ресурса, удерживаемого следующим членом последовательности. Иными словами, должно существовать множество процессов {P0, P1,… Pn}, так, что процесс P 0 ожидает освобождения ресур процесса P 1, P 1 ожидает P 2,…, P N — 1 ожидает P N, а P N ожидает освобождения ресурсов процессом P 0. Для возникновения ситуации взаимной блокировки, необходимо выполнение всех четырех условий одновременно. Если хотя бы одно из условий не выполняется, взаимная блокировка невозможна.

27. Дайте характеристику методам обнаружения и предотвращения тупиков

Тупиковые ситуации надо отличать от простых очередей, хотя и те и другие возникают при совместном использовании ресурсов и внешне выглядят похоже: процесс приостанавливается и ждет освобождения ресурса. Однако очередь – это нормальное явление при случайном поступлении запросов на раздельно используемые ресурсы. Тупик же является в некотором роде неразрешимой ситуацией. В рассмотренных примерах тупик был образован двумя процессами, но взаимно блокировать друг друга могут и большее число процессов. Проблема тупиков включает в себя решение следующих задач: предотвращение тупиков; распознавание тупиков; восстановление системы после тупиков. Тупики могут быть предотвращены на стадии написания программ, т.е. программы должны быть написаны таким образом, чтобы тупик не мог возникнуть ни при каком соотношении взаимных скоростей процессов. Так, если бы в предыдущем примере процесс А и процесс В запрашивали ресурсы в одинаковой последовательности, то тупик был бы в принципе невозможен. Другой более гибкий подход динамического предотвращения тупиков заключается в использовании определенных правил при назначении ресурсов процессам. Например, ресурсы могут выделяться в определенной последовательности, общей для всех процессов. Если тупиковую ситуацию не удалось предотвратить, важно быстро и точно ее распознать, поскольку блокированные потоки не выполняют никакой полезной работы. Если тупиковая ситуация образована множеством потоков, занимающих массу ресурсов, распознавание тупика является нетривиальной задачей. Существуют формальные, программно-реализованные методы распознавания тупиков, основанные на ведении таблиц распределения ресурсов и таблиц запросов к занятым ресурсам. Анализ этих таблиц позволяет обнаружить взаимные блокировки. Восстановление системы после тупиков реализуется следующими способами: - снять с выполнения некоторые процессы для освобождения части ресурсов; - вернуть некоторые процессы в область свопинга; - совершить "откат" некоторых процессов до так называемой контрольной точки, в которой запоминается вся информация, необходимая для восстановления выполнения программы с данного места. Контрольные точки расставляются в программе в местах, после которых возможно возникновение тупика. Из всего вышесказанного ясно, что использовать семафоры нужно очень осторожно, так как одна незначительная ошибка может привести к останову системы. Для облегчения написания корректных программ, было предложено высокоуровневое средство синхронизации, называемое монитором. Монитор – это набор процедур, переменных и структур данных. Процессы могут вызывать процедуры монитора, но не имеют доступа к внутренним данным монитора. Мониторы имеют важное свойство, которое делает их полезными для достижения взаимного исключения: только один процесс может быть активным по отношению к монитору. В распределенных системах, состоящих из нескольких процессоров, каждый из которых имеет собственную оперативную память, семафоры и мониторы оказываются непригодными. В таких системах синхронизация может быть реализована только с помощью обмена сообщениями.

В связи с проблемой тупиков были проведены одни из наиболее интересных исследований в области информатики и операционных систем. Результаты этих исследований оказались весьма эффектив­ными в том смысле, что позволили разработать четкие методы ре­шения многих распространенных проблем. В исследованиях по проблеме тупиков можно выделить следующие четыре основные направления;

• предотвращение тупиков;

• обход тупиков;

• обнаружение тупиков;

• восстановление после тупиков.

При предотвращении тупиков целью является обеспечение усло­вий, исключающих возможность возникновения тупиковых ситуа­ций. Такой подход является вполне корректным решением в том, что касается самого тупика, однако он часто приводит к нерациональному использованию ресурсов. Тем не менее различные методы предотвращения тупиков широко применяются в практике разра­ботчиков.

Цель средств обхода тупиков заключается в том, чтобы можно было предусматривать менее жесткие ограничения, чем в случае предотвращения тупиков, и тем самым обеспечить лучшее исполь­зование ресурсов. При наличии средств обхода тупиков не требу­ется такой реализации системы, при которой опасность тупиковых ситуаций даже не возникает. Напротив, методы обхода тупиков учитывают подобную возможность, однако в случае увеличения вероятности конкретной тупиковой ситуации здесь принимаются меры по аккуратному обходу тупика.

Методы обнаружения тупиков применяются в системах, которые допускают возможность возникновения тупиковых ситуаций как следствие либо умышленных, либо неумышленных действий про­граммистов. Цель средств обнаружения тупиков — установить сам факт возникновения тупиковой ситуации, причем точно определить те процессы и ресурсы, которые оказались вовлеченными в данную тупиковую ситуацию. После того' как все это сделано, данную тупи­ковую ситуацию в системе можно будет устранить.

Методы восстановления после тупиков применяются для устра­нения тупиковых ситуаций, с тем чтобы система могла продолжать работать, а процессы, попавшие в тупиковую ситуацию, могли за­вершиться с освобождением занимаемых ими ресурсов. Восстанов­ление — это, мягко говоря, весьма серьезная проблема, так что в большинстве систем оно осуществляется путем полного выведения из решения одного или более процессов, попавших в тупиковую ситуацию. Затем выведенные процессы обычно перезапускаются с самого начала, так что почти вся или даже вся работа, проделанная этими процессами, теряется.