DeadLock

Dead Lock (데드락)

정의

• 프로세스가 자원을 얻지 못해서 다음 처리를 하지 못하는 상태
• '교착 상태'라고도 부름
• 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 방생

Dead Lock이 일어나는 경우

• 프로세스1과 2가 자원 1,2를 모두 얻어야 한다고 가정해보자

  Thread1 : 첫번째 mutex를 얻음 / 두번째 mutex 대기 중
  Thread2 : 두번째 mutex를 얻음 / 첫번째 mutex 대기 중

• 현재 서로 원하는 자원이 상대방에 할당되어 있어서 두 thread는 무한정 wait 상태에 빠짐
• → 이 상태가 바로 Dead Lock

주로 발생하는 경우

• 멀티 프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 얻기 위해 서로 경쟁하는 상황 발생

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

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

Dead Lock 발생 조건

• 4가지 모두 성립해야 Dead Lock 발생 (하나라도 성립하지 않으면 Dead Lock 문제 해결 가능)

1. Mutual Exclusion(상호 배제)

• 자원은 한번에 한 프로세스만 사용할 수 있음

2. Hold and Wait(점유 대기)

• 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서, 다른 프로세스에 할당되어 사용되고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재
• 반대 상황에서는 Dead Lock 발생 안함.
  • 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서, 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 요청하거나 대기하지 않음

3. No Preemption(비선점)

• 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음
• 해당 자원을 소유한 프로세스가 작업을 완료 후, 자발적으로 release해야함

4. Circular Wait(순환 대기)

• 프로세스의 집합에서 순환 형태로 자원을 대기하고 있어야 함

Dead Lock 처리 방법

해당 시스템이 교착 상태로 진입하지 못하는 것을 보장한다.

1. Prevention (예방)

• 교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거하면서 해결한다. (자원 낭비가 심함)
  • 상호배제 부정 : 여러 프로세스가 공유 자원을 사용
  • 점유대기 부정 : 프로세스 실행 전 모든 필요한 자원을 할당 (자원 요청 시, 다른 자원을 가지고 있으면 안됨)
  • 비선점 부정 : 자원 점유 중인 프로세스가 즉시 사용 못하는 다른 자원을 요구할 때, 가진 자원 반납
  • 순환 대기 부정 : 자원에 고유번호 할당 후 순서(낮은 번호)대로 자원 이 할당 됨

2. Avoidance (회피)

• 교착 상태 발생 시, 피해나가는 방법
• unsafe state에 진입하지 않도록 하는 것

  safe state : 모든 프로세스가 요청하는 최대 자원을 교착 상태를 야기시키지 않고, 차례대로 모두 할당해 줄 수 있는 상태

• Single instance of a resource type
  • 자원 할당 그래프 사용
  • 자원 요청 하였을 때, cycle 존재 시 → Dead Lock 발생
• Multiple instances of a resource type
  • Banker's Algorithm (은행원 알고리즘) 사용
  • 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는데서 유래함
  • 프로세스가 자원을 요구할 때, 시스템은 자원을 할당한 후에도 safe state로 남아있게 되는지 사전에 검사하여 교착 상태 회피
  • safe state이면 자원 할당, 아니면 다른 프로세스들이 자원 해지까지 대기

해당 시스템이 교착 상태로 진입하는 것을 탐지 후, 교착상태 진입 시 회복하는 방법

1. Detection (탐지)

• Wait-for 그래프 유지

  • 자원 할당 그래프에서, 자원 제외 하여 오직 프로세스 만으로 그린 그래프
    - Pi → Pj : Pi는 Pj의 task가 끝나기를 대기함

• 주기적으로 해당 그래프에 cycle이 존재하는지 확인

  • cycle 존재 시, Dead Lock 존재

• 탐지 알고리즘을 실행시켜 그에 대한 오버 헤드 발생

2. Recovery (회복)

• 교착상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제시켜 회복시키는 방법

• 프로세스 종료 방법
  • 교착 상태의 프로세스들을 모두 중지
  • 교착 상태가 제거될 때까지 하나씩 프로세스 중지

• 자원 선점 방법
  • 교착 상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점해 다른 프로세스에게 할당
  • 우선 순위가 낮은 프로세스나 수행 횟수가 적은 프로세스 위주로 프로세스 자원 선점