[OS] 교착상태란 무엇인가?
교착상태란?
교착상태(Dead Lock)은 상호 배제에 의해 나타나는 문제점으로, 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 현상을 의미합니다.
아래 그림과 같이 자동차(프로세스)들이 현재 위치한 길(자원)을 점유함과 동시에 다른 차가 사용하는 길을 사용하려고 대기하고 있지만 다른 길을 사용할 수 없으며 현재 길에서도 벗어나지 못하는 상태입니다.
교착상태 발생의 필요 충분 조건
교착상태가 발생하기 위해서는 다음의 네가지 조건이 충족되어야 하는데, 이 네가지 조건중 하나라도 충족되지 않으면 교착상태가 발생하지 않습니다.
| 상호배제(Mutual Exclusion) | 한번에 한개의 프로세스만이 공유 자원을 사용할 수 있어야 합니다. |
| 점유와 대기(Hold and Wait) | 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용되고 있는 자원을 추가로 점유하기 이해 대기하는 프로세스가 있어야 합니다. |
| 비선점(Non-preemption) | 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없어야합니다. |
| 환형 대기(Circular Wait) | 공유자원과 공유자원을 사용하기 위해 대기하는 프로세스들이 원형으로 구성되어 있어 자신에게 할당된 자원을 점유하면서 앞이나 뒤에 있는 프로세스의 자원을 요구해야 합니다. |
예방기법(Prevention)
교착상태 예방 기법은 교착상태가 발생하지 않도록 사전에 시스템을 제어하는 방법으로 교착상태 발생의 네가지 조건 중에서 어느 하나를 제거함으로써 수행됩니다. 자원 낭비가 가장 심한 기법입니다.
상호 배제(Mutual Exclusion)부정 : 한번에 여러개의 프로세스가 공유 자원을 사용할 수 있도록 합니다.
점유 및 대기(Hold and Wait) 부정 : 프로세스가 실행되기 전 필요한 모든 자원을 할당하여 프로세스 대기를 없애거나 자원이 점유되지 않은 상태에서만 자원을 요구하도록 합니다.
비선점(Non-preemption)부정 : 자원을 점유하고 있는 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 점유하고 있는 자원을 반납하고, 요구한 자원을 사용하기 위해 기다리게 합니다.
환형 대기(Circular Wait)부정 : 자원을 선형 순서로 분류하여 고유 번호를 할당하고, 각 프로세스는 현재 점유한 자원의 고유 번호보다 앞이나 뒤 어느 한쪽 방향으로만 자원을 요구하도록 하는것입니다.
회피 기법(Avoidance)
교착상태 회피 기법은 교착상태가 발생할 가능성을 배제하지 않고 교착상태가 발생하면 적절히 피해나가는 방법으로, 주로 은행원 알고리즘(Banker's Algorithm)이 사용됩니다.
은행원 알고리즘
1. 은행원 알고리즘은 다익스트라가 제안한 기법으로, 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는데서 유래한 기법입니다.
2. 각 프로세스에게 자원을 할당하여 교착상태가 발생하지 않으며 모든 프로세스가 완료될 수 있는 상태를 안전상태, 교착상태가 발생할 수 있는 상태를 불안전 상태라고 합니다.
3. 은행원 알고리즘을 적용하기 위해서는 자원의 양과 사용자(프로세스) 수가 일정해야 합니다.
4. 은행원 알고리즘은 프로세스의 모든 요구를 유한한 시간안에 할당하는 것을 보장합니다.
발견기법(Detection)
교착상태 발견 기법은 시스템에 교착상태가 발생했는지 점검하여 교착상태에 있는 프로세스와 자원을 발견하는 것을 의미합니다.
1. 교착상태 발견 알고리즘과 자원 할당 그래프 등을 사용 할 수 있습니다.
회복기법(Recovery)
교착상태 회복 기법은 교착상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나 교착상태의 프로세스에 할당된 자원을 선점하여 프로세스나 자원을 회복하는 것을 의미합니다.
프로세스 종료
교착상태에 있는 프로세스를 종료하는 것으로, 교착상태에 있는 모든 프로세스를 종료하는 방법과 교착상태에 있는 프로세스들을 하나씩 종료해가며 교착상태를 해결하는 방법이 있습니다.
자원선점
교착상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점하여 다른 프로세스에게 할당하며, 해당 프로세스를 일시 정지시키는 방법입니다. 우선순위가 낮은 프로세스, 수행된 정도가 적은 프로세스, 사용되는 자원이 적은 프로세스 등을 위주로 해당 프로세스의 자원을 선점합니다.
※ 자원 선점시 고려사항
1. 자원 을 선점할 프로세스 선택 문제 : 최소의 피해를 줄 수 있는 프로세스를 선택합니다.
2. 자원을 선점한 프로세스의 복귀 문제 : 자원이 부족한 상태이므로 대부분 일시 중지시키고 다시 시작하는 방법을 사용합니다.
3. 기아 현상 문제 : 한 프로세스가 계속하여 자원 선점 대상이 되지 못하도록 고려해야 합니다.