[운영체제] Deadlock

1. 교착 상태(Dead lock)

• 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생하는 문제
• 프로세스가 공유 자원을 얻지 못하여 다음 작업을 처리하지 못하는 상황

프로세스 1과 프로세스 2가 모두 자원 A, 자원 B를 얻어야 한다고 할 때, 우선 프로세스 1은 자원 A를 얻었고 프로세스 2는 자원 B를 얻은 상태이다. 그리고 그 상황에서 프로세스 1은 자원 B를 기다리고, 프로세스 2는 자원 A를 기다리고 있다. 여기서 현재 서로 원하는 자원이 상대방에게 할당되어 있어 두 프로세스는 무한정 wait 상태에 빠지게 되고 이러한 상황을 deadlock(교착 상태)라 한다.

2. 교착 상태 발생 조건

• 교착 상태는 4가지 조건이 동시에 성립할 때 발생한다.
• 4가지 조건 중 하나라도 성립하지 않으면 교착 상태 해결 가능하다. 

  상호 배제(Mutual Exclusion)	자원을 한 번에 한 프로세스만 사용 가능하다.
  점유 대기(Hold and Wait)	최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재해야 한다.
  비선점(Non-preemption)	다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝나서 반납할 때까지 강제로 빼앗을 수 없다
  순환 대기(Circular wait)	프로세스 집합에서 프로세스 P0은 P1이 점유한 자원을 대기하고, P1은 P2가 점유한 자원을 대기, Pn은 P0가 점유한 자원을 요구한다. 즉, 프로세스 집합에서 순환 형태로 자원을 대기해야 한다는 의미이다.

3. 교착 상태 처리

3-1. 교착 상태 예방

교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거함으로써 해결하는 방법이며, 자원의 낭비가 심하다는 단점이 존재한다.

1) 상호 배제 부정
여러 프로세스가 공유 자원을 사용할 수 있게 한다.

2) 점유 대기 부정
프로세스가 실행되기 전 필요한 모든 자원을 할당한다.

3) 비선점 부정
점유 중인 프로세스가 다른 자원을 요구할 때, 점유 중인 자원을 반납하고 요구한 자원을 사용하기 위해 기다리게 한다.

4) 순환 대기 부정
자원에 고유한 번호르르 할당하고, 번호 순서대로 자원을 요구하게 한다.

3-2. 교착 상태 회피

• 프로세스가 자원을 요구할 때, 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지를 검사하여 교착 상태를 회피하는 기법이다.
• 안정 상태에 있으면 자원을 할당하고 그렇지 않으면 다른 프로세스들이 자원을 해제할 때까지 기다린다.
• 관련 알고리즘: 은행원 알고리즘(다음 장)

3-3. 교착 상태 탐지

• 프로세스 Pi -> 자원 Rj : 프로세스 P가 자원 R을 요청하는 것으로 현재 이 자원을 기다리는 상태
• 자원 Rj -> 프로세스 Pi : 자원 R이 프로세스 P에 할당된 것을 의미
• 자원을 요청할 때마다 탐지 알고리즘이 실행되어 오버헤드가 발생한다.

3-4. 교착 상태 회복

• 교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나 할당된 자원을 해제함으로써 회복하는 것을 의미
• 프로세스를 종료하는 방법
  • 교착 상태의 프로세스를 모두 중지
  • 교착 상태가 제거될 때까지 한 프로세스씩 중지
• 자원을 선점하는 방법
  • 교착 상태의 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점하여 다른 프로세스에 할당하여 해당 프로세스를 일시 정지시키는 방법
  • 우선순위가 낮은 프로세스, 수행된 횟수가 적은 프로세스 등을 위주로 프로세스의 자원을 선점한다.