[운영체제] 데드락(Deadlock, 교착 상태)이란?

데드락(Deadlock, 교착 상태)이란?

운영체제에서 데드락이란 시스템 자원에 대한 요구가 뒤엉킨 상태를 말한다.

즉, 둘 이상의 프로세스가 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 서로 기다릴 때 무한 대기에 빠지는 상황을 일컫는다.

 

위 그림과 같이 자동차(프로세스)들이 현재 위치한 길(자원)을 점유함과 동시에 다른 차가 사용하는 길(자원)을 사용하려고 대기하고 있지만, 다른 길(자원)을 사용할 수 없으며 현재 길(자원)에서도 벗어나지 못하는 상태이다.

 

데드락 발생조건

데드락이 발생하기 위한 조건은 크게 4가지로 말할 수 있다.

• 상호 배제
  한 번에 프로세스 하나만 해당 자원을 사용할 수 있다. 사용 중인 자원을 다른 프로세스가 사용하려면 요청한 자원이 해제될 때까지 기다려야 한다.
• 점유 대기
  자원을 최소한 하나 보유하고 다른 프로세스에 할당된 자원을 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재해야 한다.
• 비선점
  이미 할당된 자원을 강제로 빼앗을 수 없다.
• 순환 대기
  대기 프로세스에 집합이 순환 형태로 자원을 대기하고 있어야 한다.

 

데드락의 해결법

데드락의 해결법을 크게 3가지로 분류할 수 있다.

• 데드락이 발생하지 않도록 예방(prevention) 하기
• 데드락 발생 가능성을 인정하면서도 적절하게 회피(avoidance) 하기
• 데드락 발생을 허용하지만 데드락을 탐지(detection)하여, 데드락에서 회복하기

 

데드락 예방(Prevention)

데드락의 발생조건 4가지 중 하나라도 발생하지 않게 하는 것이 데드락을 예방하는 방법이다.

즉, 각각의 조건을 방지하여 데드락 발생 가능성을 차단한다.

• 자원의 상호 배제 조건 방지 : 한번에 여러 프로세스가 공유자원을 사용할 수 있게 한다. 그러나 추후 동기화 관련 문제가 발생할 수 있다.
• 점유 대기 조건 방지 : 프로세스 실행에 피룡한 모든 자원을 한꺼번에 요구하고 허용할 때까지 작업을 보류해서 나중에 또 다른 자원을 점유하기 위한 대기 조건을 성립하지 않도록 한다.
• 비선점 조건 방지 : 이미 다른 프로세스에게 할당된 자원이 선점권이 없다고 가정할 때 높은 우선순위의 프로세스가 해당 자원을 선점할 수 있도록 한다.
• 순환 대기 조건 방지 : 자원을 순환 형태로 대기하지 않도록 일정한 한 쪽 방향으로만 자원을 요구할 수 있도록 한다.

이러한 조건을 방지해서 데드락을 예방하는 방법은 시스템의 처리량이나 효율성을 떨어트리는 단점이 발생한다.

 

 

데드락 회피(Avoidance)

데드락 회피법에서는 Safe sequence, Safe state 등이 키워드이다.

 

시스템의 프로세스들이 요청하는 모든 자원을 데드락을 발생시키지 않으면서도 차례로 모두에게 할당해줄 수 있다면 안정상태(Safe state)에 있다고 말한다.

 

그리고 이처럼 특정한 순서로 프로세스들에게 자원을 할당, 실행 및 종료 등의 작업을 할 때 데드락이 발생하지 않는 순서를 찾을 수 있다면 그것을 안전 순서(Safe sequence)라고 부른다.

 

반면 불안정 상태는 안정상태가 아닌 상황을 말한다. 즉, 데드락 발생 가능성이 있는 상황이며, 교착 상태(데드락)는 불안정 상태일 때 발생할 수 있다. 불안정 상태가 교착 상태보다 좀 더 큰 집합이다.

 

이처럼 회피 알고리즘은 자원을 할당한 후에도 시스템이 항상 안전 상태에 있을 수 있도록 할당을 허용하자는 것이 기본 특징이다.

 

 

데드락 탐지(Detectiojn) 및 회복(Recovery)

먼저 시스템이 데드락 예방이나 회피법을 사용하지 않았을 때, 데드락이 발생할 수 있으니 여기에서 회복하기 위해 데드락을 탐지하고 회복하는 알고리즘을 사용한다.

 

• 탐지 기법
  Allocation, Request, Available 등으로 시스템에 데드락이 발생했는지 여부를 탐색한다. 이 외에도 자원 할당 그래프를 통해 탐지하는 방법도 있다.
• 회복 기법
  데드락을 탐지 기법을 통해 발견했다면 순환 대기에서 벗어나 데드락으로부터 회복하기 위한 방법을 사용한다.
  
  - 단순히 프로세스를 1개 이상 중단시키기
     교착 상태에 빠진 모든 프로세스를 중단시키는 방법 : 계속 연상중이던 프로세스들도 모두 일시에 중단되어 부분 결과 폐기             될 수 있는 부작용이 발생할 수 있다.
     프로세스를 하나씩 중단시킬 때마다 탐지 알고리즘으로 데드락을 탐지하면서 회복시키는 방법 : 매번 탐지 알고리즘을 호 출         및  수행해야 하므로 부담이 되는 작업일 수 있다.
  - 자원 선점하기
     프로세스에 할당된 자원을 선점해서 교착 상태를 해결할 때까지 그 자원을 다른 프로세스에 할당해주는 방