Deadlock 개념이란? 그에 대한 해결책/회피책

OS에 대해 기본적인 상식 중 Deadlock으로 운영체제 부분을 시작 해볼까 합니다.

먼저,  DeadLock의 개념입니다.

1. DeadLock의 개념

- 프로세스가 자원을 얻지 못해 다음 처리를 하지 못하는 상태로, ‘교착 상태’라고도 하며 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생합니다.

- 데드락이 발생할 수 있는 경우 :

P1과 P2가 리소스 A, B 둘 다를 얻어야 한다고 가정할 때,

t1에 P1이 리소를 A를 얻고 P2가 리소스 B를 얻었다면 t2때 P1은 리소스 B를, P2는 리소스 A를 기다리게 됩니다.

하지만 서로 원하는 리소스가 상대방에게 할당되어 있기 때문에 이 두 프로세스는 무한정 기다리게 되는데 이러한 상태을 DeadLock상태라고 합니다.

(발생되는 상황)

- 멀티 프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 사용하려고 서로 경쟁하는 상황이 발생 할 수 있습니다.

- 어떤 프로세스가 자원을 요청 했을 때 그 시각에 그 자원을 사용할 수 없는 상황이 발생할 수 있고 그 때는 프로세스가 대기 상태로 들어 가게됩니다.

- 대기 상태로 들어간 프로세스들이 실행 상태로 변경 될 수 없을 때 이러한 상황을 교착 상태라 합니다.

 

2. 데드락 (Dead lock)의 발생 조건

- 교착 상태는 한 시스템 내에서 다음의 네 가지 조건이 동시에 성립 할 때 발생합니다

- 따라서, 아래의 네 가지 조건 중 하나라도 성립하지 않도록 만든다면 교착 상태를 해결할 수 있습니다.

1) 상호 배제 (Mutual exclusion)

- 자원은 한 번에 한 프로세스만이 사용할 수 있어야 한다.

 2) 점유 대기 (Hold and wait)

- 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 있어야 한다.

 3) 비선점 (No preemption)

- 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없어야 한다.

 4) 순환 대기 (Circular wait)

- 프로세스의 집합 {P0, P1, ,…Pn}에서 P0는 P1이 점유한 자원을 대기하고 P1은 P2가 점유한 자원을 대기하고 P2…Pn-1은 Pn이 점유한 자원을 대기하며 Pn은 P0가 점유한 자원을 요구해야 한다.

 

3. 데드락 (Dead lock) 처리

(1) 교착 상태 예방(Prevention) 및 회피(Avoidance)

< 예방(Prevention)법 >

: 교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거함으로써 해결하는 방법

- 자원의 낭비가 심하다.

1) 상호 배제 (Mutual exclusion) 부정

- 여러 개의 프로세스가 공유 자원을 사용할 수 있도록 한다.

2) 점유 대기 (Hold and wait) 부정

- 프로세스가 실행되기 전 필요한 모든 자원을 할당한다.

3) 비선점 (No preemption) 부정

- 자원을 점유하고 있는 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 점유하고 있는 자원을 반납하고, 요구한 자원을 사용하기 위해 기다리게 한다.

4) 순환 대기 (Circular wait) 부정

- 자원에 고유한 번호를 할당하고, 번호 순서대로 자원을 요구하도록 한다.

  

<회피(Avoidance)법>

 : 교착 상태가 발생하면 피해나가는 방법

- 은행원 알고리즘 (Banker’s Algorithm)

E,J,Dijkstra가 제안한 방법으로, 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는 데서 유래한 기법이다.

프로세스가 자원을 요구할 때 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지를 사전에 검사하여 교착 상태를 회피하는 기법

안정 상태에 있으면 자원을 할당하고, 그렇지 않으면 다른 프로세스들이 자원을 해지할 때까지 대기함

교착 상태가 되지 않도록 보장하기 위하여 교착 상태를 예방하거나 회피하는 프로토콜을 이용하는 방법

(2) 교착 상태 탐지 및 회복

 : 교착 상태가 되도록 허용한 다음에 회복시키는 방법

교착 상태 무시

** 대부분의 시스템은 교착 상태가 잘 발생하지 않으며, 교착 상태 예방, 회피, 탐지, 복구하는 것은 비용이 많이 든다. **

< 교착 상태 탐지 (Detection) >

- 자원 할당 그래프를 통해 교착 상태를 탐지할 수 있다.

- 자원 할당 그래프 예시

- 프로세스 Pi로부터 자원 Rj로의 방향 간선은 Pi ->Rj로 표현하며 이것은 프로세스 Pi가 자원 꺼을 요청하는 것으로 현재 이 자원을 기다리는 상태이다.

- 자원 Rj로부터 프로세스 Pi로의 방향 간선은 Rj->Pi로 표현하며 이것은 자원이 프로세스 Pi에 이미 할당된 것을 의미 한다.

- 자원을 요청할 때마다 탐지 알고리즘을 실행하면 그에 대한 오버헤드가 발생한다.

< 교착 상태로부터 회복 (Recovery) >

- 교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제함으로써 회복하는 것을 의미한다.

- 프로세스를 종료하는 방법

1. 교착 상태의 프로세스를 모두 중지

2. 교착 상태가 제거될 때까지 한 프로세스씩 중지

- 자원을 선점하는 방법

1. 교착 상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점하여 다른 프로세스에게 할당하며, 해당 프로세스를 일시 정지 시키는 방법

2. 우선 순위가 낮은 프로세스, 수행된 횟수가 적은 프로세스 등을 위주로 프로세스의 자원을 선점한다.