[CS] 교착 상태 해결 방법

운영체제는 교착 상태를 회피할 수도, 예방할 수도, 검출 후 회복할 수도 있다. 각각의 방법에 대해 알아보자

교착 상태 해결 방법

1. 예방

• 교착 상태 발생 조건에 부합하지 않게 자원을 분배하는 방법이다.

2. 회피

• 교착 상태가 발생치 않도록 자원을 조금씩 할당하며, 교착 상태 위험이 있으면 자원을 할당하지 않는 방법이다.

3. 검출 후 회복

• 자원을 제약없이 할당하다가 교착 상태가 검출되면 이를 회복하는 방법이다.

교착 상태 예방

• 교착 상태 발생 조건 네 가지 중 하나를 충족하지 못하게 하는 방법

1. 자원의 상호 배제 예방

• 모든 자원을 공유 가능하게 만든다.
• 이론적으로 교착 상태를 없앨 수 있으나, 현실적으로는 모든 자원의 상호 배제를 없애기 어려워 실제 적용은 힘들다.

2. 점유와 대기 예방

• 특정 프로세스에 자원을 모두 할당하거나 아예 할당하지 않는 방식으로 자원을 배분한다.

한계

• 자원 활용률이 낮아질 우려가 있다.
• 당장 자원이 필요해도 기다리는 프로세스와 사용하지 않는 자원을 오래동안 할당받는 프로세스가 생긴다.
• 많은 자원을 사용하는 프로세스가 불리해진다. 동시에 자원을 사용할 타이밍을 확보하기 어렵기 때문이다.
• 많은 자원을 필요로 하는 프로세스는 무한정 기다리는 기아현상이 발생할 가능성이 크다.

3. 비선점 조건 예방

• 자원을 이용 중인 프로세스로 부터 해당 자원을 빼앗는다.
• 선점하여 사용할 수 있는 일부 자원에 효과적이다.

한계

• 모든 자원이 선점 가능한 것은 아니다. 한 프로세스 작업이 끝날 때까지 다른 프로세스가 기다려야 하는 자원도 존재한다.
• 모든 자원을 빼앗을 수 없기 때문에 범용성이 떨어지는 방법이다.

4. 원형 대기 조건 예방

• 모든 자원에 번호를 붙이고 오름차순으로 자원을 할당하면 원형대기는 발생하지 않는다.
• 원형 상황이 되는 것을 방지한다. 현실적이고 실용적인 방법이다.

한계

• 컴퓨터 시스템 내 모든 자원에 번호를 붙이기 어렵다.
• 각 자원에 어떤 번호가 붙는지에 따라 특정 자원 활용률이 떨어질 수 있다.

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교착 상태 회피

• 교착 상태 발생이 무분별한 자원 할당으로 인해 발생한다고 간주한다.
• 따라서 회피는 교착 상태가 발생하지 않을 정도로 조절해서 자원을 할당하는 방식으로 교착 상태를 피한다.

안전 상태와 불안전 상태

1. 안전 상태(safe state)

• 교착 상태가 발생하지 않게 모든 프로세스가 정상적으로 자원 할당 및 종료 될 수 있는 상태
• 안전 순서열이 있는 상태는 안전 상태이다. 안전 순서열대로 프로세스에 자원을 배분시 교착 상태는 발생하지 않는다.
• 안전 순서열(safe sequence): 교착 상태 없이 안전하게 프로세스들에 자원을 할당할 수 있는 순서

2. 불안전 상태(unsafe state)

• 교착 상태가 발생할 수도 있는 상황
• 안전 순서열이 없는 상황
• 불안전 상태에 시스템이 놓이면 교착 상태가 발생할 위험이 생긴다.

운영체제의 교착 상태 회피

• 운영 체제는 불안전 상태가 애초에 되지 않게끔 자원을 할당한다.
• 시스템 상태가 안전 상태에서 안전 상태로 움직이는 경우에만 자원을 할당한다.
• 회피 방식은 항시 안전 상태를 유지하도록 자원을 할당하는 방식이다.
• 이를 위해 각 프로세스의 최대 요구량을 고려해서 자원을 할당한다. 최대 요구량이 - 현재 할당 가능 자원보다 큰 경우, 아예 자원 할당을 하지 않는다.

교착 상태 검출 후 회복

• 교착 상태 발생을 확인하고 사후에 조치하는 방식이다.
• 운영체제는 프로세스들이 자원을 요구할 때마다 모두 할당하며, 교착 상태 발생 여부를 주기적으로 검사한다.
• 교착 상태가 검출되면 2가지 방식을 통해 회복한다.

교착 상태 회복 방식

1. 선점을 통한 회복

• 교착 상태가 해결될 때까지 한 프로세스씩 자원을 몰아주는 방식이다.
• 다른 프로세스로부터 자원을 빼앗고 한 프로세스에 자원을 모두 몰빵해서 프로세스 진행을 완료한다.

2. 프로세스 강제 종료를 통한 회복

• 가장 단순하고 확실한 방식이다.

• 1. 교착 상태에 놓인 프로세스를 모두 종료한다.
     • 장점: 교착 상태를 해결할 수 있는 가장 확실한 방법
     • 단점: 많은 프로세스들의 작업 내역을 잃게 된다.
       
       
• 2. 한 프로세스씩 종료할 수 있다.
  • 장점: 작업 내역을 잃는 프로세스를 최대한 줄일 수 있다.
  • 단점: 교착 상태가 없어졌는지 확인하는 과정에서 오버헤드를 야기한다.

교착 상태 무시

• 드물게 발생하는 잠재적 문제를 무시로 대처하는 방법을 타조 알고리즘(ostrich algorithm)이라고 한다.
• 문제 발생 빈도나 심각성에 따라 최대 효율을 추구하는 경우는 이 방식이 적합할 때도 많다.