CIMSOLUTIONS

1
CIMSOLUTIONS
Automation for Industry Business
SIG Embedded Proces Ellende
André Vink CDP real-time embedded 28
september 2005
2
CIMSOLUTIONS
Automation for Industry Business
STARVATION
3
Wat is starvation?

• Starvation is het verschijnsel dat een thread of
  proces geen tijd krijgt om uitgevoerd te worden
• Mogelijke oorzaken
• Scheduling algoritme is slecht (geconfigureerd)
• Geen toegang tot bepaalde resources
• Denial Of Service aanval

4
Starvation scheduling

• Het algoritme van een scheduler kan zwakke punten
  bevatten.
• 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

5
Starvation scheduling

• Optie 1 Taak met veel processortijd heeft hoge
  prioriteit

• Optie 2 Taak met weinig processortijd heeft hoge
  prioriteit

Taak met weinig processortijd Taak met veel
processortijd
6
Starvation toegang tot resources

• Toegang tot een resource kan geblokkeerd worden
  wanneer de resource veel/vaak gebruikt wordt door
  processen met hogere prioriteit
• Geen universele oplossing de ontwerper of
  programmeur moet een dergelijke situatie proberen
  te voorkomen

7
Starvation Denial Of Service

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

8
CIMSOLUTIONS
Automation for Industry Business
DEADLOCK
9
Wat is deadlock?

• 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.

10
Deadlock ingrediënten

• 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

11
Deadlock Situatie

• Wanneer de drie ingrediënten aanwezig zijn, zal
  een deadlock optreden in deze (of een
  vergelijkbare) situatie

12
Deadlock voorkomen

• 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

13
CIMSOLUTIONS
Automation for Industry Business
PRIORITY INVERSION
14
Wat is priority inversion?

• Priority inversion is het verschijnsel dat een
  taak met hogere prioriteit geblokkeerd wordt,
  door een taak met een lagere prioriteit
• Dit kan gebeuren wanneer delagere prioriteit
  taak een gedeelderesource gebruikt die de
  hogereprioriteit taak nodig heeft

15
Een voorbeeld met twee taken
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
Task L lockt gedeelde resource
16
Een voorbeeld met drie taken
task H moet wachten op gedeelde resource
Task H onderbreekt Task L
task L is klaar met gedeelde resource en task H
kan verder
Taks M onderbreekt Task L
Task L lockt gedeelde resource
17
Oplossing 1 priority ceilings

• elke gedeelde resource krijgt een priority
  ceiling
• als een taak een gedeelde resource gebruikt, dan
  wordt de prioriteit van de taak tijdelijk
  verhoogd tot de priority ceiling van de resource
• als de taak klaar is met de gedeelde resource,
  dan krijgt de taak weer zijn oorspronkelijke
  prioriteit terug
• priority ceilings moeten hoger zijn dan de
  hoogste prioriteit van de taken die de resource
  kunnen gebruiken
• lost alleen unbounded priority inversion
  probleem op
• bounded priority inversion probleem blijft
  bestaan

18
Een voorbeeld met priority ceilings
task L is klaar met gedeelde resource en task H
kan verder
Task H kan Task L nu niet onderbreken
Prioriteit Task L zakt terug naar oorspronkelijke
waarde
Taks M kan Task L nu niet onderbreken
Task L lockt gedeelde resource en prioriteit
wordt verhoogd tot boven prioriteit van Task H
19
Oplossing 2 priority inheritance

• Is eigenlijk een variant op priority ceilings
• Lage prioriteit taak gebruikt gedeelde resource
• Als hogere prioriteit taak dezelfde gedeelde
  resource wil gebruiken, dan erft de lage
  prioriteit taak de prioriteit van de hogere
  prioriteit taak
• Lost alleen unbounded priority inversion
  probleem op
• Bounded priority inversion probleem blijft
  bestaan

20
Een voorbeeld met priority inheritance
Task H moet wachten op gedeelde resource Hierdoor
erft Task L de prioriteit van Task H
Task H kan Task L nu wel onderbreken
Task L is klaar met gedeelde resource en Task H
kan verder
Prioriteit Task L zakt terug naar oorspronkelijke
waarde
Task M kan Task L nu niet onderbreken
Task L lockt gedeelde resource en prioriteit
wordt verhoogd tot boven prioriteit van Task H
21
Oplossing 3 voorkom priority inversion

• Voorkomen is vaak makkelijker dan genezen
• Voorkom dat taken met verschillende prioriteiten
  resources delen
• Manage gedeelde resources

22
CIMSOLUTIONS
Automation for Industry Business
SIG Embedded Einde Proces Ellende
André Vink CDP real-time embedded 28
september 2005