[운영체제] 12. 교착상태의 개념과 발생 원인

교착상태의 개념

 

다중 프로그래밍 시스템에서 프로세스가 결코 일어나지 않을 사건을 기다리는 상태가 되면 Deadlock, 교착상태에 빠졌다고 한다.

 

프로세스 한 개 이상이 교착상태에 빠지면 프로그램이 정지되어 더 이상 작업 수행을 하지 못하게 되며, 다른 작업에도 영향을 주게되어 무한 대기나 기아 상태보다 더 심각한 문제를 일으킨다.

 

 

위의 그림을 간략하게 상태로 나타내면

 

• 프로세스 A가 스케너 사용 권한 획득

스케너는 프로세스 A 에게만 권한을 할당하였고 A가 할당 해제하기 전 까지는 스케너 사용 불가

• 프로세스 A는 CD에게 사용 권한 요청

CD에게 사용 권한을 요청하지만 CD는 다른 프로세스에게 주도권을 넘겼고 다른 프로세스가 CD를 할당 해제하기 전 까지 사용 불가

• 프로세스 B가 CD 사용 권한 획득

cd는 프로세스 B에게 권한 할당하였고 B가 해제 전 까지 어떤 프로세스도 사용 하지 못 함.

• 프로세스 B가 스케너 사용 권한 요청

스캐너는 프로세스 A에게 할당하여서 B는 사용 불가.

 

이런식으로 프로세스 A와 B는 서로 자원을 사용하기 위해 기다리는데 두 프로세스는 서로 차단되어 영원히 기다리게 된다...

 

프로세스 자원 사용 순서

 

교착상태를 이해하기 위해서는 프로세스가 어떤 방식으로, 어떤 순서로 사용되는지 알아야 한다.

 

1. 자원 요청: 프로세스가 필요한 자원을 요청한다. 자원을 즉시 사용할 수 있으면 수락하지만 다른 프로세스가 사용중이면 요청이 끝날 때 까지 대기

2. 자원 사용: 프로세스가 요청한 자원을 획득하여 사용한다.

3. 자원 해제: 프로세스가 자원 사용을 마치고 해당 자원을 돌려준다.

 

교착상태의 예

 

컴퓨터 시스템에서 교착 상태가 발생하는 예시를 찾아보자.

 

 

스풀링 시스템에서 발생하는 교착상태

디스크에 할당된 스풀 공간의 출력을 완료하지 못한 상태에서 다른 작업이 스풀 공간을 모두 차지하면 교착상태가 발생한다. 이를 해결하기 위해 넉넉한 스풀 공간을 제공하면 비용이 많이 들 수밖에 없다. 이때는 포화 임계치를 설정하여 교착상대를 예방한다.

 

디스크를 공유할 때 발생하는 교착상태

디스크의 읽기와 쓰기를 동시에 수행하려고 할 때 주로 발생하며, 프로세스 A가 읽기를 요청하고 프로세스 B가 쓰기를 서로 요청한다면 교착상태가 발생한다.

 

네트워크에서 발생하는 교착상태

네트워크에서 메시지 흐름을 제어하는 프로토콜이 없으면 발생한다.

 

교착상태의 발생 조건

 

 

교착상태 발생 조건에는 4가지 조건이 있는데, 1. 상호배제 2. 점유와 대기 3. 비선점 4.순환(환형)대기 이중 1

3번은 독립 조건이 만족할 때이고 4는 13 조건이 만족해야만 발생한다.

 

1. 상호 배제

한 번에 프로세스 하나만 자원을 사용할 수 있어야 함. 사용 중인 자원을 다른 프로세스가 사용하려면 요청한 자원이 해제될 때 까지 기다려야 한다.

2. 점유와 대기

자원을 최소한 하나 정도 보유하고, 다른 프로세스에 할당된 자원을 얻으려고 기다리는 프로세스가 있어야 함.

3. 비선점

자원을 강제로 뺏아올 수 없고, 자원을 점유하는 프로세스가 끝나야 해제한다.

4. 순환(환형) 대기

대기 프로세스 집합이 있을때 집합에는 A, B, C라는 프로세스가 있다. 그 프로세스가 갖고있는 자원을 RA, RB, RC라고 했을 때, B 프로세스가 RC를 C프로세스가 RA를 요구할 때 각각 자원을 얻으려고 기다리는 것을 순환 대기라고 한다.

 

교착상태의 표현

 

교착상태를 표현할 때는 요청 연결선과 할당 연결선으로 표현하며 구분한다.

 

 

교착상태를 예상할 수 있는 사이클

 

요청 연결선과 할당 연결선의 연결 상태로 교착상태가 일어날 수 있는지를 판단할 수 있는데, 다른 두 프로세서 끼리 자원의 할당과 요청이 서로를 가리킨다면 교착상태가 일어날 수 있음을 암시한다.

 

 

위와 같은 상황을 교착상태라고 인식하고 프로세스가 자원을 해제하면 할당 연결선이 해제된다.

 

교착상태가 발생하지 않는 사이클

 

사이클이 존재한다고 모든 것이 교착상태를 뜻하는 것은 아니다. 다음과 같이 사이클이 존재하지만 해제를 할 수 있는 프로세스가 사이클에 존재한다면 교착상태가 아니다.

 

 

• R2는 P1과 P2에 자원을 할당한다.
• P1은 R1에게 자원을 요청한다.
• R1은 P2에 자원을 할당한다.
• P2는 R3에 자원을 요청한다.
• R3는 P3에 자원을 할당한다.
• P3는 R2에게 자원을 요청한다.

 

위와 같은 상황일 때는 자원을 요청하는 P2가 있는데 P3는 언제든 R2의 자원의 해제를 요청할 수 있기 때문에 교착상태라고 하지 않는다.