쉽게 배우는 운영체제 6장

신범철·2021년 6월 10일

21-1수업 OS 운영체제

21-1운영체제수업

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교착 상태의 개요

교착상태의 정의

교착 상태 : 2개 이상의 프로세스가 다른 프로세스의 작업이 끝나기만 기다리며 작업을 더 이상 진행하지 못하는 상황

아사 상태와의 차이점

아사 현상 : 운영체제가 잘못된 정책을 사용하여 특정 프로세스의 작업이 지연되는 상황
-> 해결방안 : 에이징(기다린 시간이 너무 길면 실행시켜줌)
교착 상태 : 여러 프로세스가 작업을 진행하다보니 자연 발생적으로 일어나는 문제
-> 해결방안 : 강압적을 교착상태를 해결해줘야함

교착 상태의 발생

시스템 자원 : 다른 프로세스와 공유할 수 없는 자원을 사용할 때 발생
공유 변수 : 공유 변수를 사용할 때 발생
응용 프로그램 : 데이터 베이스 같은 응용 프로그램을 사용할 때 발생
db는 데이터의 일관성을 유지하기 위해 잠금을 사용하는데 이때 발생

자원 할당 그래프

자원 할당 그래프 : 프로세스가 어떤 자원을 사용중이고 어떤 자원을 기다리고 있는지를 방향성이 있는 그래프로 표현한 것

프로세스는 원, 자원은 사각형

다중 자원 여러 프로세스가 하나의 자원을 동시에 사용하는 경우
수용할 수 있는 프로세스 수를 사각형 안에 작은 동그라미로 표현

교착 상태 필요 조건

다음 4가지 조건이 모두 발생해야만 교착상태 발생(필요조건)

상호배제 : 한 프로세스가 사용하는 자원은 다른 프로세스와 공유할 수 없는 배타적인 자원이여야함
비선점 : 한 프로세스가 사용 중인 자원은 중간에 다른 프로세스가 빼앗을 수 없는 비선점 자원이여야함
점유와 대기 : 프로세스가 어떤 자원을 할당받은 상태에서 다른 자원을 기다리는 상태여야함
원형 대기 : 점유와 대기를 하는 프로세스간에 관계가 원을 이루어야 함

교착상태 필요조건 분석

상호배제, 비선점 조건 : 자원이 어떤 특징을 가지는지를 나타냄
점유와 대기, 원형 대기 조건 : 프로세스가 어떤 행위를 하는지 나타냄

교착상태 해결 방법

교착 상태 예방(prevention) : 교착 상태를 유발하는 네 가지 조건이 발생하지 않도록 무력화하는 방식으로 교착상태 조건 4가지에 대하여 각각의 방법이 존재함.
교착 상태 회피(avoidance) : 교착상태가 발생하지 않도록 자원 할당량을 조절하여 교착상태를 회피하는 방식
교착상태 검출과 회복 (detection & recovery) : 교착 상태 검출은 어떤 제약을 가하지 않고 자원 할당 그래프를 모니터링하면서 교착 상태가 발생하는지 살펴보는 방식으로 만약 교착 상태가 발생하면 교착 상태 회복 단계가 진행됨

교착 상태 예방

상호 배제 예방 : 시스템 내에 있는 상호 배타적인 모든 자원, 즉 독점으로 사용할 수 있는 자원을 없애버림
but 상호 배제하여 보호 해야하는 자원이 있으므로 어려움
비선점 예방 : 모든 자원을 빼앗을 수 있는 자원으로 만듬
but 아사현상이 일어남
점유와 대기 예방 : 프로세스가 자원을 점유한 상태에서 다른 자원을 기다리지 못하게하는 방법 '전부 할당 or 아무것도 할당x'
자원이 아닌 프로세스의 자원사용방식을 바꾸는 것이기 때문에 의미가 있음
but
- 프로세스가 자신이 사용하는 모든 자원을 자세히 알기 어려움
- 자원의 활용성이 떨어짐
- 많은 자원을 사용하는 프로세스가 적은 자원을 사용하는 프로세스보다 불리함
- 일괄 작업 방식으로 동작
원형 대기 예방 : 점유와 대기를 하는 프로세스들이 원형을 이루지 못하는 함, 모든 자원에 숫자를 부여하고 숫자가 큰방향으로만 자원을 할당
ex) 마우스를 할당받은 상태에서 프린터를 할당 받을수는 있지만 프린터를 할당받은 상태에서는 마우스나 하드디스크를 할당 x

but
프로세스 작업 진행에 유연성이 떨어짐, 자원의 번호를 어떻게 부여할 지가 문제

교착상태 예방 정리

교착 상태를 유발하는 네 가지 조건이 일어나지 않도록 제약을 가하는 방법
자원을 건드는 상호 배제, 비선점은 어려움
점유와 대기, 원형 대기는 프로세스 작업방식을 제한하고 자원을 낭비해 사용할수 없음

교착 상태 회피

프로세스에 자원을 할당할 때 어느 수준 이상의 자원을 나누어 주면 교착 상태가 발생하는지 파악하여 그 수준 이하로 자원을 나누어 주는 방법
교착 상태가 발생하지 않는 범위 내에서만 자원 할당, 그 외는 대기 시킴
곧 할당되는 자원의 수를 줄여서 교착상태를 피함

안정상태와 불안정 상태

안정 상태면 자원을 주고, 불안정 상태면 대기시킴

뱅커 알고리즘(은행원 알고리즘)

교착 상태 회피를 구현하는 대표적인 알고리즘
은행이 대출을 해주는 방식, 즉 대출금액이 대출 가능한 범위 내이면(안정상태이면) 허용되지만 그렇지 않으면 거부되는 것과 유사(최악의 경우를 기준으로 함)

전체 자원(Total) : 시스템 내 전체 자원의 수
가용 자원(Available) : 시스템 내 현재 사용 할수 있는 자원의 수(가용 자원=전체 자원-모든 프로세스의 할당 자원)
최대 자원(Max) : 각 프로세스가 선언한 최대 자원의 수
할당 자원(Allocation) : 각 프로세스에 현재 할당된 자원의수
기대 자원(expect) : 각 프로세스의 앞으로 사용할 자원의수 (기대자원=최대자원-할당자원)

뱅커 알고리즘에서 자원 할당 기준

각 프로세스의 기대 자원과 비교하여 가용 자원이 하나라도 크거나 같으면 자원을 할당(available>=Expect)할당
가용 자원이 어떤 기대 자원보다 ㅁ크지 않으면 할당하지 않음
(acailable< expect)할당x

교착 상태회피의 문제점

프로세스가 자신이 사용할 모든 자원을 미리 선언해야함
시스템의 전체 자원수가 고정적이여야함
자원이 낭비됨

교착상태 검출

교착상태 검출 : 운영체제가 프로세스의 작업을 관찰하면서 교착 상태 발생 여부를 계속 주시하는 방식, 교착 상태를 발견하면 바로 교착상태 회복으로 감

타임아웃을 이용한 교착 상태 검출

일정시간 작업이 진행되지 않으면 교착상태라고 판단
교착이 자주 발생하지 않을 것을 가정함, 특별한 알고리즘 없이 쉽게 구현 가능
타임아웃이 되면 프로세스가 종료됨

데이터베이스에서 타임아웃의 문제

데이터베이스에서 타임아웃으로 프로세스가 종료되면 일부 데이터의 일관성이 깨질 수 있음
데이터의 일관성이 깨지는 문제를 해결하기위해 체크포인트 와 롤백 사용
- 체크포인트 : 작업하다가 문제가 발생하면 저장된 상태로 돌아오기위해 표시
- 롤백 : 작업을 하다가 문제가 발생하면 과거의 체크포인트로 되돌아오는 것