데드락이 발생하는 이유와 해결 전략

1. 데드락이란?

데드락이란 두개 이상의 프로세스 혹은 스레드가 서로가 가진 리소스를 기다리는 상태이다.

이런 상태가 발생하면 서로가 원하는 자원을 얻지 못해서 처리 상태가 마비되는 현상이 발생한다.

 

멀티 프로세스/스레드 환경 , 레이스 컨디션 환경에서 발생하며 여러 조건이 복합적으로 작용해서 데드락이 발생한다.

2. 데드락이 발생하는 이유

앞서 데드락은 여러 조건이 복합적으로 작용해야한다고 하였다. 그 조건은 크게 4가지가 있다.

 

1. 상호배제(Mutual Exclusion)

레이스 컨디션 환경에서 공유 자원들을 공유해서 사용할 수 없기 때문에 발생한다.

예를 들어, 차량들이 차선들을 공유해서 사용하게 된다면 이는 곧 교통사고로 이루어진다.

이 조건은 당연히 보장되어야되는 것이다.

 

2. 점유 대기 (Hold and Wait)

프로세스가 이미 하나 이상의 리소스를 취득한 상태에서 다른 프로세스가 사용하고 있는 리소스를 추가로 기다리는 것이다.

점유(Hold)한 상태로 다른 리소스를 대기(wait) 한다는 개념이다.

 

차량이 1차선을 점유하고 있는 상황에서 2차선까지 점유해야한다면, 그 동안은 다른 차량들이 1차선을 점유하지 못할 것이다.

하지만 어떤 차량이 꼭 1차선에 가야한다면 이는 곧 처리가 마비되는 데드락을 유발할 수 있다.

 

3. 비선점

다른 프로세스나 스레드나 CPU 자원을 임의로 가져올 수 있다. 즉 현재 자원(리소스)을 점유하고 있는 자만이 리소스를 반환할 수 있다.

 

2차선에 있는 차량이 1차선에 있는 차량을 억지로 끌어내려서 점유할 수 없는 것과 같은 개념이다.

 

4. 순환 대기

말 그대로 서로가 서로의 자원을 기다리고 있는 것이다.

 

이 4가지 조건이 충족되어야 데드락이 발생한다고 할 수 있다!

 

3. 데드락 해결 전략

데드락 방지

4가지 조건으로 인해 데드락이 발생한다면, 역발상으로 4가지 상황이 충족되지 않게 시스템을 디자인하는 것이다.

 

첫번째로 리소스를 공유 가능하게 하는 방법이 있다.

하지만 이 방법은 애초에 현실 가능성이 없다. 왜냐하면 레이스 컨디션 환경에서 자원을 공유한다는 거는 매우 위험하기 때문이다.

또한 IO 관련 리소스들은 애초에 동시에 실행될 수가 없기 때문에 현실 가능성이 없다고 할 수 있다.

 

두번째로는 점유 대기 상태를 만들지 않는 것이다.

자원을 점유한 상태에서 다른 자원을 대기하면서 문제가 되는 것이라면, 애초에 모든 자원을 점유한 상태에서만 실행하게끔 하여서

해당 상태를 만들지 않으면 된다. 즉 "hold(점유)한 채로 wait(대기)하지마!" 방식의 해결 방법이다.

 

세번째는 대기 상태에서 자원을 양보하도록 하는 것이다.

만약 어떤 프로세스가 자원을 점유한 상태에서 다른 자원을 기다리고 있는 상태라면, 현재 점유하고 있는 자원을 다른 프로세스에게 양보할 수 있다.

이는 락을 자발적으로 반환하는 모니터 방식과 유사하다.

https://cb036133.tistory.com/178

모니터의 동작 방식과 자바에서의 모니터

 

네번째는 모든 리소스에 순서체계를 부여해서 오름차순으로 리소스를 요청하는 것이다.

만약 4번 리소스를 점유했다면 다음 리소스는 4번 리소스보다 큰 리소스를 점유해야한다.

이렇게 함으로써 순환 참조를 없앨 수 있다.

 

데드락 회피

데드락이 발생할 것 같은 상황 자체를 회피하는 것이다. 이를 위한 대표적인 알고리즘으로 은행원 알고리즘이 있다.

은행원 알고리즘이란, 총 자원의 양과 현재 할당한 자원의 양을 기준으로 안정 또는 불안정 상태로 나누고 안정 상태를 유지하도록 자원을 할당하는 알고리즘이다.

 

안정 상태: 데드락이 발생하지 않았고 프로세스의 최대 자원 요구량을 운영체제가 충족시킬 수 있는 상태

데드락 감지와 복구

우선 데드락을 허용해주고 데드락이 발생한다면 복구한다.

 

복구 전략은 크게 2가지이다.

먼저 데드락이 걸린 프로세스들을 종료시키는 것이다.

이때 프로세스들을 하나씩 종료시키거나, 모두 한꺼번에 종료시킬 수도 있지만 이 방법은 최후의 방법이다. 

이렇게 강제 종료를 하게 되면 그동안의 진행 상황을 잃게 되는 리스크를 감내해야 하기 때문이다.

 

그리고 다른 방법은 일시적으로 선점을 허용해주는 것이다.

이렇게 함으로써 꽁꽁 묶여있던 프로세스/스레드 들이 그나마 진행될 수 있다.

 

데드락 무시

말 그대로 데드락이 일어나던 말건 신경 안쓰는 것이다. 꽤 많은 운영체제에서 해당 방식을 사용하고 있다.

왜냐하면 데드락은 매우 드물게 일어나기 때문에 이를 처리하는 비용이 더 크기 때문이다.

사실 현실에서도 컴퓨터가 멈추면 대부분의 사용자들은 껐다 킨다.