데드락 (Deadlock)
정의
- 데드락은 두 개 이상의 프로세스가 서로 상대방이 보유한 자원을 기다리며 무한히 대기 상태에 빠지는 현상이다.
- 쉽게 말해, 프로세스들의 자원을 놓지 않고 서로 기다리기만 하면서 아무 작업도 진행하지 못하는 상태를 의미한다.
데드락 발생 조건 (Coffman Conditions)
데드락은 다음 네 가지 조건이 동시에 만족할 때 발생한다:
- 상호 배제 (Mutual Exclusion)
- 특정 자원은 한 번에 하나의 프로세스만 사용할 수 있음.
- 점유와 대기 (Hold and Wait)
- 프로세스가 이미 할당된 자원을 점유한 채로, 추가 자원을 요청하며 대기하는 상태.
- 비선점 (No Preemption)
- 자원을 강제로 뺏을 수 없고, 자원을 점유한 프로세스가 자발적으로 해제할 때까지 기다려야 함.
- 순환 대기 (Circular Wait)
- 자원을 기다리는 프로세스들 사이에 순환적인 대기 관계가 형성됨.
예시
- 프로세스 A가 자원 1을 점유하고, 자원 2를 요청함.
- 프로세스 B가 자원 2를 점유하고, 자원 1을 요청함.
- A와 B 모두 자원을 기다리며 작업을 멈추게 됨.
데드락 해결 방안
- 예방 (Prevention): 데드락 발생 조건 중 하나를 제거하거나 회피.
- 상호 배제 조건 완화: 자원을 공유 가능하게 설계.
- 점유와 대기 방지: 자원 요청 전에 필요한 모든 자원을 한 번에 할당.
- 순환 대기 방지: 자원에 우선순위를 정하고, 순서대로 요청하도록 설계.
- 회피 (Avoidance): 실행 중 데드락 상태를 미리 감지하고 회피.
- 예: 은행원 알고리즘(Banker's Algorithm)
- 탐지 및 복구 (Detection and Recovery):
- 데드락을 감지한 후, 프로세스를 강제 종료하거나 자원을 회수하여 복구.
- 무시 (Ignoring):
- 데드락 발생 빈도가 낮을 경우 시스템 설계에서 이를 무시하는 방식도 사용.
스타베이션 (Starvation)
정의
- 스타베이션은 특정 프로세스가 자원 할당에서 계속해서 우선순위에서 밀려 작업을 수행할 기회를 얻지 못하는 상태이다.
- 데드락과 달리 시스템이 작동은 하지만, 특정 프로세스는 기아 상태에 빠지게 된다.
발생 원인
- 우선순위 기반 스케줄링
- 높은 우선순위의 프로세스가 계속해서 실행되면서, 낮은 우선순위의 프로세스가 자원을 할당받지 못함.
- 자원 부족
- 자원이 너무 제한적이라 특정 프로세스에 할당될 기회가 거의 없는 경우.
- 비공정한 스케줄링 정책
- 특정 프로세스에 반복적으로 자원 할당이 우선되는 경우.
예시
- 고우선 순위 프로세스가 항상 먼저 실행되도록 설계된 시스템에서, 저우선 순위 프로세스가 무한 대기 상태에 빠짐.
스타베이션 해결 방안
- 공정한 스케줄링 (Fair Scheduling)
- Round-Robin이나 FIFO 방식 등 공평한 스케줄링 정책 사용.
- 우선순위 증가 (Priority Aging)
- 대기 시간이 길어질수록 프로세스의 우선순위를 점진적으로 높이는 방식.
- 자원 공유
- 공유 가능한 자원을 설계하거나 자원 요청 제한을 최소화.
데드락 vs. 스타베이션
| 특징 | 데드락 (Deadlock) | 스타베이션 (Starvation) |
|---|---|---|
| 정의 | 프로세스들이 서로 자원을 기다리며 무한 대기 상태. | 특정 프로세스가 자원을 계속 할당받지 못해 작업 불가. |
| 발생 조건 | Coffman 조건(4가지 조건) 동시에 만족. | 자원 할당의 비공정성이나 낮은 우선순위로 인해 발생. |
| 해결 방안 | 예방, 회피, 탐지 및 복구, 무시. | 공정한 스케줄링, 우선순위 증가, 자원 공유. |
| 시스템 상태 | 프로세스들이 모두 멈춘 상태. | 시스템은 작동하나 특정 프로세스만 대기 상태. |
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