[OS] 데드락(DeadLock, 교착 상태)

데드락

두 개 이상의 프로세스가 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 상태

시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생함

데드락 예시

위와 같은 상황에서 프로세스1과 2가 자원1, 2를 모두 얻어야 한다고 가정

t1 : 프로세스1이 자원1을 얻음 / 프로세스2가 자원2를 얻음
t2 : 프로세스1은 자원2를 기다림 / 프로세스2는 자원1을 기다림

현재 서로 원하는 자원이 상대방에 할당되어 있어서 두 프로세스는 무한정 wait 상태에 빠짐

→ DeadLock!!!!!!

즉

1. 멀티 프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 얻기 위해 서로 경쟁하는 상황 발생

2. 한 프로세스가 자원을 요청했을 때, 동시에 그 자원을 사용할 수 없는 상황이 발생할 수 있음. 이때 프로세스는 대기 상태로 들어감

3. 대기 상태로 들어간 프로세스들이 실행 상태로 변경될 수 없을 때 '교착 상태' 발생

발생 조건

4가지가 모두 성립해야 데드락이 발생함

1. 상호배제

자원은 한번에 한 프로세스만 사용 가능

2. 점유대기

최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재해야함

3. 비선점

다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음

4. 순환대기

프로세스의 집합에서 순환 형태로 자원을 대기하고 있어야 함

데드락 처리

1. 교착 상태를 예방 & 회피

예방

교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거하면서 해결
자원낭비 심함

상호배제 부정 : 여러 프로세스가 공유 자원 사용
점유대기 부정 : 프로세스 실행전 모든 자원을 할당
비선점 부정 : 자원 점유 중인 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 가진 자원 반납
순환대기 부정 : 자원에 고유번호 할당 후 순서대로 자원 요구

회피

교착 상태 발생 시 피해나가는 법

은행원 알고리즘 : 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는데서 유래

프로세스가 자원을 요구할 때, 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지 사전에 검사하여 교착 상태 회피
안정 상태면 자원 할당, 아니면 다른 프로세스들이 자원 해지까지 대기

2. 교착 상태를 탐지 & 회복

탐지

자원 할당 그래프를 통해 교착 상태 탐지
자원 요청 시, 탐지 알고리즘을 실행시켜 그에 대한 오버헤드 발생

회복

교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제시켜 회복시키는 방법

프로세스 종료 방법
교착 상태의 프로세스를 모두 중지
교착 상태가 제거될 때까지 하나씩 프로세스 중지

자원 선점 방법
교착 상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점해 다른 프로세스에게 할당 (해당 프로세스 일시정지 시킴)
우선 순위가 낮은 프로세스나 수행 횟수 적은 프로세스 위주로 프로세스 자원 선점

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참고
https://gyoogle.dev/blog/computer-science/operating-system/DeadLock.html
https://chanhuiseok.github.io/posts/cs-2/

식사하는 철학자 문제
https://velog.io/@tjdwns5063/%EC%8B%9D%EC%82%AC%ED%95%98%EB%8A%94-%EC%B2%A0%ED%95%99%EC%9E%90-%EB%AC%B8%EC%A0%9C