운영체제 레포트 - 교착상태(deadlock)에 대해 조사하고, 이를 예방·회피·탐지 및 회복하는 기법에 대해

I. 서론

운영체제 실습에서 두 프로그램이 동시에 멈춘 화면을 본 적이 있다. 오류 메시지도 없고 CPU 사용률도 높지 않았는데 작업만 끝나지 않았다. 코드를 다시 읽어 보니 한 스레드는 파일 잠금을 가진 채 데이터베이스 잠금을 기다렸고, 다른 스레드는 데이터베이스 잠금을 가진 채 파일 잠금을 기다리고 있었다. 둘 다 상대가 놓아 주기만 기다리니 아무 일도 진행되지 않았다. 컴퓨터가 고장 난 것도 아니고 자원이 부족해진 것도 아니었다. 필요한 자원은 있었지만 서로가 잡고 있어 순서가 꼬인 상태였다. 교착상태는 이런 점에서 운영체제의 자원 관리 문제를 잘 보여 준다. 자원을 안전하게 보호하려고 만든 잠금이 오히려 시스템을 멈추게 할 수 있기 때문이다.

II. 본론

1) 멈춘 프로세스를 만드는 4가지 조건

교착상태는 여러 프로세스나 스레드가 서로 상대방이 보유한 자원을 기다리면서 더 진행하지 못하는 상태다. 한 프로세스가 잠시 기다렸다가 실행을 계속하는 보통의 대기와 다르다. 외부에서 자원을 빼앗거나 프로세스를 종료하는 조치가 없다면 대기가 끝나지 않는다. 운영체제 수업에서는 프린터와 스캐너를 예로 많이 든다. 프로세스 P1이 프린터를 확보한 뒤 스캐너를 기다리고, 프로세스 P2가 스캐너를 확보한 뒤 프린터를 기다리면 두 프로세스는 서로를 풀어 줄 수 없다.

교착상태가 성립하려면 상호배제, 점유와 대기, 비선점, 환형대기라는 4가지 조건이 동시에 만족되어야 한다. 상호배제는 한 시점에 자원을 한 프로세스만 사용할 수 있다는 뜻이다. 프린터처럼 출력 작업을 중간에 다른 작업과 섞기 어려운 자원이나 뮤텍스로 보호하는 임계구역은 대표적인 예다. 읽기 전용 파일처럼 여러 프로세스가 동시에 써도 문제가 없는 자원은 상호배제가 필요하지 않으므로 같은 방식의 교착상태 가능성이 낮다.

점유와 대기는 프로세스가 이미 하나 이상의 자원을 가진 상태에서 다른 자원을 기다리는 조건이다. P1이 프린터를 놓지 않은 채 스캐너를 요청하는 장면이 여기에 해당한다. 필요한 자원을 모두 얻지 못하면 현재 가진 자원도 반납하도록 규칙을 바꾸면 이 조건을 깨뜨릴 수 있다. 다만 실제 시스템에서는 작업 도중 필요한 자원이 달라질 수 있고, 미리 모든 자원을 잡아 두면 사용률이 떨어질 수 있다.

비선점은 운영체제가 프로세스가 가진 자원을 강제로 회수하지 않는 조건이다. CPU는 스케줄러가 실행권을 빼앗아 다른 프로세스에 줄 수 있지만, 한창 출력 중인 프린터나 갱신 중인 데이터 구조는 함부로 빼앗기 어렵다. 중간 상태를 안전하게 저장하고 나중에 이어서 쓸 수 없는 자원은 비선점 특성이 강하다. 교착상태 회복에서 자원 선점을 쓰기 어려운 이유도 자원마다 되돌리기 비용이 다르기 때문이다.

환형대기는 기다림의 연결이 고리를 이루는 조건이다. P1이 P2의 자원을 기다리고, P2가 P3의 자원을 기다리며, P3가 다시 P1의 자원을 기다리는 식이다. 자원 할당 그래프로 표현하면 프로세스와 자원 사이에 순환이 만들어진다. 자원 종류마다 인스턴스가 하나뿐인 환경에서는 순환이 교착상태와 직접 연결된다. 같은 종류의 자원이 여러 개라면 순환이 있다고 해서 항상 교착상태라고 단정할 수 없고 현재 할당과 추가 요구량을 더 살펴야 한다.