운영체제

Deadlock1

뚜sh뚜sh 2023. 6. 22. 16:52

교착상태(deadlock)

 

 

 

The Deadlock Problem

- Deadlock : 일련의 프로세스들이 서로가 가진 자원을 기다리며 block된 상태

- Resource(자원)

  • 하드웨어, 소프트웨어 등을 포함하는 개념
  • ex) I/O device, CPU cycle, memory space, semaphore 등
  • 프로세스가 자원을 사용하는 절차 : Request, Allocate, Use, Release

- Deadlock Example1

  • 시스템에 2개의 tape drive가 있다
  • 프로세스 P1과 P2 각각이 하나의 tape drive를 보유한 채 다른 하나를 기다리고 있다

- Deadlock Example2

  • Binary semaphores A and B

 

 

 

Deadlock 발생의 4가지 조건

- Mutual exclusion(상호 배제) : 매 순간 하나의 프로세스만이 자원을 사용할 수 있음

- No preemption(비선점) : 프로세스는 자원을 스스로 내어놓을 뿐 강제로 빼앗기지 않음

- Hold and wait(보유 대기) : 자원을 가진 프로세스가 다른 자원을 기다릴 때 보유 자원을 놓지 않고 계속 가지고 있음

- Circular wait(순환 대기)

  • 자원을 기다리는 프로세스간에 사이클이 형성되어야 함
  • 프로세스 P0, P1, ..., Pn이 있을 때
  • P0는 P1이 가진 자원을 기다림
  • P1은 P2가 가진 자원을 기다림
  • P(n-1)은 Pn이 가진 자원을 기다림
  • Pn은 P0이 가진 자원을 기다림

 

 

 

Resource-Allocation Graph(자원할당 그래프)

- 그래프에 cycle이 없으면 deadlock이 아니다

- 그래프에 cycle이 있으면

  • if only one instance per resource type, then deadlock
  • if several instances per resource type, possibility of deadlock

 

 

 

Deadlock의 처리 방법

- Deadlock Prevention : 자원 할당 시 Dedlock의 4가지 필요 조건 중 어느 하나가 만족되지 않도록 하는 것

- Deadlock Avoidance

  • 자원 요청에 대한 부가적인 정보를 이용해서 deadlock의 가능성이 없는 경우에만 자원을 할당
  • 시스템 state가 원래 state로 돌아올 수 있는 경우에만 자원 할당

- Deadlock Detection and recovery : Deadlock 발생은 허용하되 그에 대한 detection 루틴을 두어 deadlock 발견 시 recover

- Deadlock Ignorance

  • Deadlock을 시스템이 책임지지 않음
  • UNIX를 포함한 대부분의 OS가 채택

 

 

 

Deadlock Prevention

- Mutual Exclusion : 공유해서는 안되는 자원의 경우 반드시 성립해야 함

- Hold and Wait

  • 프로세스가 자원을 요청할 때 다른 어떤 자원도 가지고 있지 않아야 한다
  • 방법1. 프로세스 시작 시 모든 필요한 자원을 할당받게 하는 방법
  • 방법2. 자원이 필요할 경우 보유 자원을 모두 놓고 다시 요청

- No Preemption

  • process가 어떤 자원을 기다려야 하는 경우 이미 보유한 자원이 선점됨
  • 모든 필요한 자원을 얻을 수 있을 때 그 프로세스는 다시 시작된다
  • State를 쉽게 save하고 restore할 수 있는 자원에서 주로 사용(CPU, memory)

- Circular Wait

  • 모든 자원 유형에 할당 순서를 정하여 정해진 순서대로만 자원 할당
  • 예를 들어 순서가 3인 자원 Ri를 보유 중인 프로세스가 순서가 1인 자원 Rj를 할당받기 위해서는 우선 Ri를 release 해야 한다

=> Utilization 저하, throughput 감소, starvation 문제

 

 

 

Deadlock Avoidance

- Deadlock avoidance

  • 자원 요청에 대한 부가정보를 이용해서 자원 할당이 deadlock으로부터 안전(safe)한지를 동적으로 조사해서 안전한 경우에만 할당
  • 가장 단순하고 일반적인 모델은 프로세스들이 필요로 하는 각 자원별 최대 사용량을 미리 선언하도록 하는 방법임

- safe state : 시스템 내의 프로세스들에 대한 safe sequence가 존재하는 상태

- safe sequencea

  • 프로세스의 sequence <P1, P2, ..., Pn>이 safe하려면 Pi(1 <= i <= n)의 자원 요청이 "가용 자원 + 모든 Pj(j < i)의 보유 자원"에 의해 충족되어야 함
  • 조건을 만족하면 다음 방법으로 모든 프로세스의 수행을 보장
  • 1. Pi의 자원 요청이 즉시 충족될 수 없으면 모든 Pj(j<i)가 종료될 때까지 기다린다
  • 2. P(i-1)이 종료되면 Pi의 자원요청을 만족시켜 수행한다

 

 

 

Resource Allocation Graph algorithm

 

 

 

Example of Banker's Algorithm

 

 

 

P1 request (1, 0, 2)