[OS] 데드락(Dead Lock)이란

데드락이란?

Process 1과 Process 2가 Resource 1, Resource 2를 모두 얻어야 할 때,

t1 : 프로세스1이 자원1을 얻음 / 프로세스2가 자원2를 얻음
t2 : 프로세스1은 자원2를 기다림 / 프로세스2는 자원1을 기다림

서로 원하는 자원이 상대방에 할당되어 있어서 두 프로세스는 무한정 wait 상태에 빠지는 상태를 DeadLock이라고 한다.

Dead Lock

프로세스가 자원을 얻지 못해서 다음 처리를 하지 못하는 상태 교착 상태
시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생한다.

데드락이 발생하는 경우

1. 멀티프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 얻기 위해 서로 경쟁하는 상황
2. 한 프로세스가 자원을 요청했을 때, 동시에 그 자원을 사용할 수 없는 상황이 발생하면서 프로세스가 대기 상태로 들어갈 때
3. 대기 상태로 들어간 프로세스들이 실행 상태로 변경될 수 없을 때

데드락 발생 조건

4가지 모두 성립해야 데드락 발생한다.
하나라도 성립하지 않으면 데드락 문제를 해결할 수 있다.

1. 상호 배제(Mutual exclusion)
자원은 한 번에 한 프로세스만 사용할 수 있다.
ex) 데이터베이스 연결, 쓰기용 파일 열기, 레코드 락, 세마포어 등 자원 사용 시

2. 점유 대기(Hold and wait)
최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재해야 함

3. 비선점(No preemption)
다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음

4. 순환 대기(Circular wait)
프로세스의 집합에서 순환 형태로 자원을 대기하고 있어야 함

데드락 처리 방법

예방(prevention)

데드락이 발생하는 위 4가지 조건 중에 하나라도 만족되지 못하게 한다.

교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거하면서 해결한다. 자원 낭비가 심하다

상호 배제 부정

• 동시에 사용해도 괜찮은 자원을 사용한다.
• 스레드 수 이상으로 자원 수를 늘린다.
• 자원을 점유하기 전에 필요한 자원이 모두 있는지 확인한다.

하지만 이 방법은 구현하기 어렵다.

점유 대기 부정

프로세스 실행 전 모든 자원을 할당한다.

이 방법의 잠재적인 문제점

• 기아 : 한 스레드가 계속해서 필요한 자원을 점유하지 못하는 상황
• 라이브락 : 여러 스레드가 한꺼번에 잠금 단계로 진입하는 바람에 계속 자원을 점유했다 내놨다를 반복한다.

비선점 부정

• 자원 점유 중인 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 가진 자원 반납한다.

순환 대기 부정

• 자원에 고유번호 할당 후 순서대로 자원 요구한다.

회피(avoidance)

데드락이 발생하지 않는 알고리즘을 적용한다.

• 은행원 알고리즘(Banker's Algorithm)
  은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는데서 유래했다.
  프로세스가 자원을 요구할 때, 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지 사전에 검사하여 교착 상태 회피한다.
  안정 상태면 자원 할당을 하고, 아니면 다른 프로세스들이 자원 해지까지 대기한다.

회복(Recovery)

교착 상태가 발생하면 그때 해결하는 방법
교착 상태 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제시켜 회복시킨다.

• 프로세스 종료 방법
  교착 상태의 프로세스를 모두 중지한다.
  교착 상태가 제거될 때까지 하나씩 프로세스를 중지한다.
• 자원 선점 방법
  교착 상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점해 다른 프로세스에게 할당한다. 해당 프로세스 일시정지
  우선순위가 낮은 프로세스나 수행 횟수 적은 프로세스 위주로 프로세스 자원을 선점한다.

무시

회복 과정의 성능 저하가 더 심하면 그냥 무시한다.

주요 질문

1. 데드락(교착 상태)가 뭔가요? 발생 조건에 대해 말해보세요.
2. 회피 기법인 은행원 알고리즘이 뭔지 설명해보세요.
3. 기아상태를 설명하는 식사하는 철학자 문제에 대해 설명해보세요.

참고 사이트

데드락
식사하는 철학자 문제