⛳ 스케줄링으로 정상적인 프로세스 실행을 보장할 수 있을까?

1. 데드락이란,

: 두 개 이상의 프로세스나 스레드가 서로 자원을 얻지 못해서 다음 처리를 하지 못해, 무한히 다음 자원을 기다리게 되는 상태

2. 데드락의 발생 조건

• 아래의 4가지 조건이 모두 만족하면 데드락이 발생

조건	설명
상호배제 ⚒️	자원은 한 번에 한 프로세스만이 사용할 수 있어야 함
점유 대기 💭	최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스
비선점 🔒	다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없는 것
순환 대기 🔗	프로세스의 집합(P0~Pn)에서 P0는 P1이 점유한 자원을 대기. P1는 P2가 점유한 자원을 대기. 해서 모든 프로세스가 다음의 프로세스가 점유한 자원을 대기해야 함

3. 데드락 해결방법

1. 데드락 예방하기
2. 데드락 발생 가능성을 인정하면서도 적절하게 회피하기
3. 데드락 발생을 허용. 하지만 데드락을 탐지하여 데드락에서 회복하기

3_1. 데드락 예방

예방 : 데드락 발생 조건 중 하나를 제거하면서 해결

• 상호 배제 부정 : 여러 프로세스가 공유 자원을 사용
• 점유 대기 부정 : 프로세스 실행 전 모든 자원을 할당
• 비선점 부정 : 자원 점유 중인 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 가진 자원을 반납할 수 있음
• 순환대기 부정 : 자원에 고유번호 할당 후 순서대로 자원을 요구

3_2. 데드락 회피

회피 : 데드락 발생 전에 데드락을 예상하고 safe state(안전한 상태)에서만 자원을 요청 허용하는 방법

• 은행원 알고리즘 : 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는 것에 유래

• 프로세스가 자원을 요구할 때, 해당 자원을 할당 후에도 safe state인지 사전에 검사 후 데드락 회피

  • safe state면 자원 할당, 아니면 다른 프로세스들이 자원 해지를 할 때까지 대기

• 단점🧐:자원 요청이 있을 때마다 은행원 알고리즘을 사용하면 오버헤드가 발생할 수 있음

3_3. 데드락 탐지&회복

1) 탐지 : 자원 할당 그래프를 통해 데드락인지 아닌지 탐지 알고리즘으로 판단 (오버헤드 발생 가능성 있음)

2) 회복 : 프로세스 종료 -> 자원을 회복시킴

• 프로세스 종료 방법

  • 데드락이 제거될 때까지 하나씩 중지
  • 데드락 상태의 프로세스 모두 중지

• 자원 선점 방법

  • 우선 순위가 낮은 프로세스나 수행 횟수가 적은 프로세스 위주로 먼저 선점하도록 함.
  • 데드락 상태의 프로세스를 일시정지 시킨 후 점유했던 자원을 선점하여 다른 프로세스에게 할당

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📜 경쟁 상태

공유 자원에 대해 여러 프로세스가 동시 접근 시 해치는 자료의 일관성

발생이유와 해결법

1. 커널 작업을 수행 중 인터럽트 발생 시

• 문제점 : 커널모드에서 데이터를 로드하는 작업을 수행하다가 인터럽트가 발생하여 같은 데이터를 조작하는 경우
• 해결법 : 커널모드에서 작업을 수행하는 동안, 인터럽트를 할 수 없도록 하여 CPU제어권을 가져가지 못하도록 만든다.

2. 커널모드에서 프로세스가 작업 중 Context Switching이 일어나는 경우

• 문제점 : 프로세스1이 커널모드에서 데이터를 조작하는 도중에 시간이 초과되어 CPU제어권을 잃는다. 프로세스2가 실행되면서 프로세스1이 조작하던 같은 데이터를 조작하는 경우
• 해결법 : 프로세스가 커널모드에서 작업을 하는 경우에는 시간이 초과되어도 CPU제어권을 넘기지 않는다.

3. 멀티 프로세서 환경에서 공유 메모리 내의 커널 데이터에 접근 시

• 문제점 : 멀티 프로세서 환경에서 2개의 CPU가 동시에 커널 내부의 공유 데이터에 접근하여 조작하는 경우
• 해결법 : 커널 내부에 있는 공유 데이터에 접근 시, 해당 데이터에 대해 LOCK/UNLOCK을 하는 방법