1. 데드락(DeadLock) : 교착 상태

  • 프로세스가 자원을 얻지 못해서 다음 처리를 하지 못하는 상태

  • 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생

  • 데드락이 발생하는 경우
  1. 프로세스 A는 Resource 1을 사용 중, 프로세스 B가 사용중인 Resource 2를 사용하기 위해 대기
  2. 프로세스 B는 Resource 2을 사용 중, 프로세스 A가 사용중인 Resource 1을 사용하기 위해 대기 -> 프로세스 A, B 둘 다 사용중인 Resource를 잡고, 다른 프로세스가 사용 중인 Resource 사용 대기 중
* 현재 서로 원하는 자원을 상대방이 사용하고 있어서 두 프로세스는 무한정 Wait 상태 -> DeadLock

* 데드락 발생 조건

  • 4가지 조건이 모두 성립해야 발생한다. 하나라도 성립되지 않으면 교착 상태 탈출 가능

  1. 상호 배제(Mutual exclusion) : 자원은 한번에 한 프로세스만 사용 가능.

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

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

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

* 데드락 해결 방법

1) 예방(Prevention) : 교착 상태가 생길 조건을 없애는 것(4가지 조건 중 하나를 부정)

1-1) 상호배제 부정 : 여러 프로세스가 공유 자원 사용 but 애초에 자원들은 근본적으로 공유가 불가해서 상호배제 조건 부정은 어렵다.
1-2) 점유대기 부정 : 프로세스 실행 전 모든 자원을 할당 but 자원의 효율성이 많이 떨어진다.
1-3) 비선점 부정 : 자원 점유 중인 프로세스가 다른 자원을 요구할 때 가진 자원 반납 but 이미 실행한 작업의 상태를 잃어버릴 수도 있다.
1-4) 순환대기 부정 : 자원에 고유번호 할당 후 순서대로 자원 요구

2) 회피(Avoidance) : 교착 상태의 발생 가능성을 배제하지 않고 적절히 회피

ex) 은행원 알고리즘(Banker’s Algorithm)

  • 은행에서 모든 고객의 요구가 충족되도록 현금을 할당하는데서 유래
  • 프로세스가 자원을 요구할 때, 시스템은 자원을 할당한 후에도 안정 상태로 남아있게 되는지 사전에 검사하여 교착 상태 회피
  • 안정 상태면 자원 할당, 아니면 다른 프로세스들이 자원 해지까지 대기

3) 탐지(Dectection) : 교착 상태를 허용하지만 교착 상태를 탐지하고 다시 회복하는 방법

-> 탐지 알고리즘을 이용해서 현재 시스템이 교착상태인지 판별 후, 교착상태라면 이를 회복해야한다.

* 회복(Recovery)

3-1) 순환 대기를 깨트리기 위해 단순히 한 개 이상의 스레드를 중지시키는 방법 -> 교착 상태에 빠진 모든 프로세스를 중단시키는 방법 -> 프로세스를 하나씩 중단 시킬 때마다 탐지 알고리즘으로 데드락을 탐지하면서 회복시키는 방법

3-2) 교착 상태에 있는 하나 이상의 스레드로부터 자원을 선점하는 것

4) 무시 : 그냥 무시하고 오히려 교착상태를 해결하는 것보다 부딪히는게 비용이 덜 들때 사용

2. 경쟁 상태(Race Condition) : 공유 자원에 대해 여러 프로세스가 동시에 접근할 때, 결과값에 영향을 줄 수 있는 상태

-> 동시 접근 시 자료의 일관성을 해치는 결과가 나타날 수 있다.

* 경쟁 상태가 발생하는 경우

1. 커널 작업을 수행하는 중에 인터럽트(Interrupt) 발생

-> 커널 안에 있는 변수를 증가시는 중 인터럽트가 발생하여 인터럽트 처리 함수에서는 해당 변수를 감소시킬 때 변수의 결과값에 문제가 발생(인터럽트별 처리 함수의 코드는 커널에 존재함)

  • 해결법 : 작업을 할 때 인터럽트 발생하더라도 작업이 완료된 후 인터럽트가 발생하도록 처리순서를 부여

2. 프로세스가 System Call을 하여 커널 모드로 진입하여 작업을 수행 중일 때 Context Switch가 발생할 때

  • 해결법 : 사용자 프로세스가 System Call을 호출하여 커널모드의 작업을 완료한 후 Context Switch가 발생할 수 있게 한다. (커널모드에 있다면 CPU의 제어권을 빼앗지 않음!)

3. 여러 프로세스의 공유 메모리 내 커널 안 변수에 접근하는 케이스

-> CPU가 여러 개인 시스템에서 공유 메모리 속 데이터를 여러 프로세스가 접근할 때 발생하는 케이스

  • 해결법 : 커널 안 변수에 접근할 때 lock/unlock을 걸어 매 순간 변수에 접근하는 프로세스는 오직 1개로 한정한다.