CIMSOLUTIONS B.V. CIMSOLUTIONS Automation for Industry & Business SIG Embedded “Proces Ellende” André Vink CDP real-time embedded 28 september 2005

CIMSOLUTIONS B.V. CIMSOLUTIONS Automation for Industry & Business STARVATION

CIMSOLUTIONS B.V. n Starvation is het verschijnsel dat een thread of proces geen tijd krijgt om uitgevoerd te worden n Mogelijke oorzaken: • Scheduling algoritme is slecht (geconfigureerd) • Geen toegang tot bepaalde resources • Denial Of Service aanval Wat is starvation?

CIMSOLUTIONS B.V. Starvation: scheduling n Het algoritme van een scheduler kan zwakke punten bevatten. n Waarschijnlijker is het dat prioriteiten of de configuratie verkeerd zijn ingesteld • Vuistregel: geef taken die veel processortijd nodig hebben een lage prioriteit en taken die weinig tijd nodig hebben een hoge

CIMSOLUTIONS B.V. Starvation: scheduling n Optie 1: Taak met veel processortijd heeft hoge prioriteit n Optie 2: Taak met weinig processortijd heeft hoge prioriteit Taak met weinig processortijd Taak met veel processortijd

CIMSOLUTIONS B.V. Starvation: toegang tot resources n Toegang tot een resource kan geblokkeerd worden wanneer de resource veel/vaak gebruikt wordt door processen met hogere prioriteit n Geen universele oplossing: de ontwerper of programmeur moet een dergelijke situatie proberen te voorkomen

CIMSOLUTIONS B.V. Starvation: Denial Of Service n Denial Of Service: de processor is zo druk bezig met het afhandelen van berichten of interrupts dat andere taken niet aan bod komen. n Voorbeeld 1: aanval op een webserver met honderden connecties per minuut n Voorbeeld 2: een haperende digitale input zorgt voor een continue stroom interrupts op een systeem n Oplossing: inbouwen van een detectie met bijbehorende maatregelen

CIMSOLUTIONS B.V. CIMSOLUTIONS Automation for Industry & Business DEADLOCK

CIMSOLUTIONS B.V. n Deadlock is een status waarin de processen van een systeem het niet eens kunnen worden over hoe ze verder moeten, waardoor (een gedeelte van) het systeem stil valt. Meestal gaat het om het bezit van resources. Wat is deadlock?

CIMSOLUTIONS B.V. Deadlock: ingrediënten n Er zijn drie ingrediënten nodig voor een deadlock situatie: • Mutual exclusion: op elk moment kan er maar één proces gebruik maken van een bepaalde resource • Vasthouden en wachten: een proces kan/zal resources vasthouden tijdens het wachten op andere resources • Geen preemption: een resource zal alleen vrijgegeven worden als een proces dat vrijwillig doet. Het vrijgeven forceren is niet mogelijk

CIMSOLUTIONS B.V. Deadlock: Situatie n Wanneer de drie ingrediënten aanwezig zijn, zal een deadlock optreden in deze (of een vergelijkbare) situatie:

CIMSOLUTIONS B.V. Deadlock: voorkomen n Deadlock kan voorkomen worden door: • Minstens één van de ingrediënten te verwijderen • Zorgen dat de geschetste situatie nooit kan voorkomen • Nooit toegang tot een resource verlenen als dit tot een deadlock kan leiden • Detectie: regelmatig op deadlocks controleren en gepaste maatregelen nemen indien gevonden Het succes van de laatste drie opties hangt af van of er aan alle situaties is gedacht

CIMSOLUTIONS B.V. CIMSOLUTIONS Automation for Industry & Business PRIORITY INVERSION

CIMSOLUTIONS B.V. n Priority inversion is het verschijnsel dat een taak met hogere prioriteit geblokkeerd wordt, door een taak met een lagere prioriteit n Dit kan gebeuren wanneer de lagere prioriteit taak een gedeelde resource gebruikt die de hogere prioriteit taak nodig heeft Wat is priority inversion?

CIMSOLUTIONS B.V. Een voorbeeld met twee taken Task L “lockt” gedeelde resource Task H moet wachten op gedeelde resource Task L is klaar met gedeelde resource en Task H kan eindelijk verder Task H onderbreekt Task L

CIMSOLUTIONS B.V. Een voorbeeld met drie taken Task L “lockt” gedeelde resource Task H onderbreekt Task L task H moet wachten op gedeelde resource Taks M onderbreekt Task L task L is klaar met gedeelde resource en task H kan verder

CIMSOLUTIONS B.V. n elke gedeelde resource krijgt een “priority ceiling” n als een taak een gedeelde resource gebruikt, dan wordt de prioriteit van de taak tijdelijk verhoogd tot de priority ceiling van de resource n als de taak klaar is met de gedeelde resource, dan krijgt de taak weer zijn oorspronkelijke prioriteit terug n priority ceilings moeten hoger zijn dan de hoogste prioriteit van de taken die de resource kunnen gebruiken n lost alleen “unbounded” priority inversion probleem op n “bounded” priority inversion probleem blijft bestaan Oplossing 1: priority ceilings

CIMSOLUTIONS B.V. Een voorbeeld met priority ceilings Task L “lockt” gedeelde resource en prioriteit wordt verhoogd tot boven prioriteit van Task H Task H kan Task L nu niet onderbreken Taks M kan Task L nu niet onderbreken task L is klaar met gedeelde resource en task H kan verder Prioriteit Task L zakt terug naar oorspronkelijke waarde

CIMSOLUTIONS B.V. Oplossing 2: priority inheritance n Is eigenlijk een variant op priority ceilings n Lage prioriteit taak gebruikt gedeelde resource n Als hogere prioriteit taak dezelfde gedeelde resource wil gebruiken, dan “erft” de lage prioriteit taak de prioriteit van de hogere prioriteit taak n Lost alleen “unbounded” priority inversion probleem op n “Bounded” priority inversion probleem blijft bestaan

CIMSOLUTIONS B.V. Een voorbeeld met priority inheritance Task L “lockt” gedeelde resource en prioriteit wordt verhoogd tot boven prioriteit van Task H Task H kan Task L nu wel onderbreken Task M kan Task L nu niet onderbreken Task L is klaar met gedeelde resource en Task H kan verder Prioriteit Task L zakt terug naar oorspronkelijke waarde Task H moet wachten op gedeelde resource Hierdoor erft Task L de prioriteit van Task H

CIMSOLUTIONS B.V. Oplossing 3: voorkom priority inversion n Voorkomen is vaak makkelijker dan genezen n Voorkom dat taken met verschillende prioriteiten resources delen n Manage gedeelde resources

CIMSOLUTIONS B.V. CIMSOLUTIONS Automation for Industry & Business SIG Embedded Einde “Proces Ellende” André Vink CDP real-time embedded 28 september 2005