DeadLock(교착상태)
데드락이 발생하면 프로그램이 원하는 대로 동작하지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 프로그래머는 이를 잘 이해하고 해결해야 한다. 이 글에서는 데드락에 대해 정리한다.
1. DeadLock이란?
프로세스가 자원을 얻지 못해 다음 처리를 하지 못하는 상태로, ‘교착 상태’라고도 하며 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생한다.
데드락이 발생할 수 있는 경우
P1과 P2가 리소스 1, 리소스 2 둘 다를 얻어야 한다고 가정할 때,t1에 P1이 리소스 1을 얻고 P2가 리소스 2를 얻었다면 t2때 P1은 리소스 2를, P2는 리소스 1을 기다리게 된다.
하지만 서로 원하는 리소스가 상대방에게 할당되어 있기 때문에 이 두 프로세스는 무한정 기다리게 되는데 이러한 상태을 DeadLock상태라고 한다.
데드락이 발생되는 상황은 아래와 같다.
- 멀티 프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 사용하려고 서로 경쟁하는 상황이 발생 할 수 있다.
- 어떤 프로세스가 자원을 요청 했을 때 그 시각에 그 자원을 사용할 수 없는 상황이 발생할 수 있고 그 때는 프로세스가 대기 상태로 들어 가게 된다.
- 대기 상태로 들어간 프로세스들이 실행 상태로 변경 될 수 없을 때 이러한 상황을 교착 상태라 한다.
2. DeadLock의 발생 조건
교착 상태는 한 시스템 내에서 네 가지 조건(상호 배제, 점유 대기, 비선점, 순환 대기)이 동시에 성립 할 때 발생한다.
따라서, 이러한 네 가지 조건 중 하나라도 성립하지 않도록 만든다면 교착 상태를 해결할 수 있다.
1) 상호 배제(Mutual exclusion)
- 자원은 한 번에 한 프로세스에서만 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 때 까지 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. DeadLock 예방
교착 상태의 발생 조건 중 하나를 제거함으로써 해결하는 방법이다. 하지만 이러한 예방법은 자원의 낭비가 크다는 단점이 있다.
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.
4. DeadLock 회피
교착 상태가 발생하면 피해나가는 방법이다.
시스템의 프로세스들이 요청하는 모든 자원을, 데드락을 발생시키지 않으면서도 차례로 모두에게 할당해 줄 수 있다면 안정 상태(safe state)에 있다고 말한다.
그리고 이처럼 특정한 순서로 프로세스들에게 자원을 할당, 실행 및 종료 등의 작업을 할 때 데드락이 발생하지 않는 순서를 찾을 수 있다면, 그것을 안전 순서(safe sequence)라고 부른다.
회피 알고리즘은 자원을 할당한 후에도 시스템이 항상 Safe state에 있을 수 있도록 할당을 허용하자는 것이 기본 특징이다.
은행원 알고리즘
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
그러나 은행원 알고리즘의 경우, 미리 최대 자원 요구량을 알아야 하고, 할당할 수 있는 자원 수가 일정해야 하는 등 사용에 있어 제약조건이 많고, 그에 따른 자원 이용도 하락 등 단점도 존재한다.
5. DeadLock 탐지 및 회복
교착 상태가 되도록 허용한 다음에 회복시키는 방법이다.
1) 교착 상태 탐지
자원할당 그래프를 통해 교착 상태를 탐지할 수 있다.
자원 할당 그래프 예시
프로세스 Pi로부터 자원 Rj로의 방향 간선은 Pi ->Rj로 표현하며 이것은 프로세스 Pi가 자원 Rj을 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.
2) 교착 상태 회복
교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제함으로써 회복하는 것을 의미한다. 아래 두 가지 방법을 사용한다.
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프로세스를 종료하는 방법
(1) 교착 상태의 프로세스를 모두 중지
(2) 교착 상태가 제거될 때까지 한 프로세스씩 중지
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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.
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마무리 정리 제목을 뭐라 써야될지 생각이 안난다 ㅋㅋㅋㅋ 어쨌든 데드락에 대해 정리해 보았다. 데드락의 개념은 어렵지 않아서 이해하기 쉬웠다. 하지만 이를 처리하는 방법은 생각해 본 적이 크게 없었어서 이번 기회를 통해 정리해 볼 수 있어서 좋았다. 이러한 교착상태를 잘 처리해서 문제가 생기지 않는 프로그램을 만들자!!!!
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