운영체제(OS, Operating System)는 멀티 프로세스 환경에서 여러 프로세스가 효율적인 자원 공유 및 협력할 수 있도록 관리합니다. 그러나 자원을 공유하는 과정에서 발생할 수 있는 대표적인 문제 중 하나가 바로 교착상태(Deadlock)입니다. 교착상태는 프로세스들이 서로 자원을 기다리며 무한히 정체되는 상황을 의미합니다. 이번 글에서는 교착상태의 정의, 발생 조건, 원인, 그리고 이를 해결하거나 방지하기 위한 방법에 대해 알아보겠습니다.
1. 교착상태(Deadlock)란?
교착상태는 두 개 이상의 프로세스가 서로 자원을 점유한 채 다른 프로세스가 점유한 자원을 요청하면서 무한히 대기하는 상태를 말합니다. 예를 들어, 프로세스 A가 자원 X를 점유하고 자원 Y를 기다리고 있으며, 동시에 프로세스 B는 자원 Y를 점유하고 자원 X를 기다리는 경우, 두 프로세스는 계속해서 대기 상태에 빠지게 됩니다. 이는 시스템 전체의 동작이 멈추게 만드는 심각한 문제로 이어질 수 있습니다.
2. 교착상태의 발생 조건 (원인)
교착상태가 발생하려면 다음 네 가지 조건이 동시에 충족되어야 합니다. 이를 코프만(Coffman)조건이라고도 합니다.
| 상호 배제 (Mutual Exclusion) |
자원이 한 번에 하나의 프로세스만 사용할 수 있어야 합니다. 즉, 자원을 점유 중인 프로세스가 해제하기 전까지 다른 프로세스는 그 자원을 사용할 수 없습니다. |
| 점유 대기 (Hold and Wait) |
프로세스가 이미 점유하고 있는 자원을 유지한 상태에서 다른 자원을 추가로 요청하며 대기해야 합니다. |
| 비선점 (No Preemption) |
다른 프로세스가 점유 중인 자원을 강제로 빼앗을 수 없어야 합니다. 자원은 점유 중인 프로세스가 스스로 해제할 때만 사용할 수 있습니다. |
| 순환 대기 (Circular Wait) |
대기 상태에 있는 프로세스들이 순환 형태로 자원을 요청해야 합니다. 예를 들어, 프로세스 A는 프로세스 B가 점유한 자원을, B는 프로세스 C가 점유한 자원을, C는 프로세스 A가 점유한 자원을 요청하는 상태입니다. |
4. 교착상태 해결 및 방지 방법
교착상태를 해결하거나 방지하기 위해 운영체제는 다양한 전략을 사용합니다. 이를 크게 네 가지로 나눌 수 있습니다.
예방
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교착상태의 발생 조건 중 하나 이상을 제거하여 문제를 사전에 방지합니다.
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회피
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자원의 상태를 지속적으로 추적하여 교착상태가 발생할 가능성이 있는 요청을 허용하지 않습니다.
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탐지
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교착상태가 발생했는지 주기적으로 점검하고, 이를 해결하기 위한 조치를 취합니다.
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복구
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교착상태가 발생한 이후, 시스템을 정상 상태로 복구합니다.
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5. 결론
교착상태는 운영체제에서 자원을 효율적으로 관리하는 데 있어 중요한 문제입니다. 이를 예방하거나 해결하기 위한 방법은 시스템의 성능과 안정성을 유지하는 데 필수적입니다. 운영체제 설계자는 교착상태를 미리 방지하거나 빠르게 탐지하고 복구할 수 있는 적절한 전략을 구현해야 합니다.
교착상태를 이해하고 이를 관리하는 방법을 익히면 운영체제뿐만 아니라 멀티 프로세스 애플리케이션 개발에서도 큰 도움을 받을 수 있습니다. 이를 통해 시스템이 안정적으로 작동하도록 설계하는 데 필요한 통찰을 얻을 수 있을 것입니다.