[CS/운영체제] 교착 상태(Deadlock)

1. 교착상태란?

교착 상태는 두 개 이상의 프로세스들이 서로가 가진 자원을 기다리며 중단된 상태를 말한다.

-> 일어나지 않을 사건을 기다리며 진행이 멈춰버리는 현상

(1) 교착 상태를 해결하기 위한 방법

1. 교착 상태가 발생했을 때의 상황을 정확히 표현하기 - 자원할당 그래프
2. 교착 상태가 일어나는 근본적인 이유 이해하기 - 교착 상태가 발생하는 조건

 

2. 자원 할당 그래프

교착 상태 발생 조건 파악 가능

• 어떤 프로세스가 어떤 자원을 할당받아 사용 중인지 확인 가능
• 어떤 프로세스가 어떤 자원을 기다리고 있는지 확인 가능

(1) 그리는 방법

1. 프로세스는 원으로, 자원의 종류는 사각형으로 표현

2. 사용할 수 있는 자원의 개수는 자원 사각형 내에 점으로 표현

3. 프로세스가 어떤 자원을 할당받아 사용 중이라면 자원에서 프로세스를 향해 화살표를 표시

4. 프로세스가 어떤 자원을 기다리고 있다면 프로세스에서 자원으로 화살표를 표시

 

(2) 교착 상태가 일어난 그래프의 특징?

자원 할당 그래프가 원의 형태를 띄게 된다.

 

 

3. 교착 상태가 발생할 조건

1. 상호 배제 : 한 프로세스가 사용하는 자원을 다른 프로세스가 사용할 수 없는 상태
2. 점유와 대기 : 자원을 할당받은 상태에서 다른 자원을 할당받기를 기다리는 상태
3. 비선점 : 어떤 프로세스도 다른 프로세스의 자원을 강제로 빼앗지 못하는 상태
4. 원형 대기 : 프로세스들이 원의 형태로 자원을 대기하는 상태

위 4가지 조건 중 하나라도 만족하지 않으면 교착 상태가 발생하지 않음

위 4가지 조건을 모두 만족하면 교착 상태가 발생할 수 있음

 

4. 교착 상태 해결 방법

1. 교착 상태가 발생하지 않도록 예방
2. 교착 상태가 발생하지 않도록 최대한 회피하는 방법
3. 자원을 할당 한 다음 교착 상태 검출 후 회복

(1) 교착 상태 예방

• 애초에 교착 상태가 발생하지 않도록
• 교착 상태 발생 조건(상호 배제, 점유와 대기, 비선점, 원형 대기) 중 하나를 없애기

1) 상호 배제 없애기

모든 자원을 공유 가능하게 만든다? - 이론적으로는 가능하지만 현실적으로 불가능

2) 점유와 대기 없애기

특정 프로세스에 자원을 모두 할당하거나, 아예 할당하지 않는 방식으로 배분

• 자원의 활용률을 낮출 수 있는 방식

3) 비선점 조건 없애기

선점이 가능한 자원(ex. CPU)에 한해 효과적

• 모든 자원이 선점 가능한 것은 아니다.

4) 원형 대기 조건 없애기

자원에 번호를 붙이고 오름차순으로 할당하면 원형 대기는 발생하지 않는다

한계 : 자원에 번호를 붙이는 것은 어려운 작업

-> 어떤 자원에 어떤 번호를 붙이느냐에 따라 활용률이 달라진다

 

=> 교착 상태를 예방하는 방법은 교착 상태가 발생하지 않음은 보장할 수 있으나 부작용이 따르는 방식이다.

(2) 교착 상태 회피

• 교착 상태를 무분별한 자원 할당으로 인해 발생했다고 간주
• 교착 상태가 발생하지 않을만큼 조심조심 할당하기
• 배분할 수 있는 자원의 양을 고려해 교착 상태가 발생하지 않을 만큼만 자원 배분

1) 교착 상태 회피를 이해하기 위해 필요한 용어

• 안전 순서열 : 교착 상태 없이 안전하게 프로세스들에 자원을 할당할 수 있는 순서
• 안전 상태 : 교착 상태 없이 모든 프로세스가 자원을 할당받고 종료될 수 있는 상태 -> 안전 순서열이 있는 상태
• 불안전 상태 : 교착 상태가 발생할 수도 있는 상태 -> 안전 순서열이 없는 상태

2) 교착 상태 회피

• 안전 상태에서 안전 상태로 움직이는 경우에만 자원을 할당하는 방식
• 항상 안전 상태를 유지하도록 자원을 할당하는 방식
• ex) 은행원 알고리즘
  • 총 자원의 양과 현재 할당한 자원의 양을 기준으로 안정 또는 불안정 상태로 나누고 안정 상태로 가도록 자원을 할당하는 알고리즘

(3) 교착 상태 검출 후 회복

• 교착 상태의 발생을 인정하고 사후에 조치하는 방식
• 프로세스가 자원을 요구하면 일단 할당, 교착 상태가 검출되면 회복
• 선점을 통한 회복, 프로세스 강제 종료를 통한 회복

1) 선점을 통한 회복

• 교착 상태가 해결될 때까지 한 프로세스씩 자원을 몰아주는 방식

2) 프로세스 강제 종료를 통한 회복

• 교착 상태에 놓인 프로세스 모두 강제 종료 ( -> 작업 내역을 잃을 위험 )
• 교착 상태가 해결될 때까지 한 프로세스씩 강제 종료 ( -> 오버헤드 )