[OS] 데드락 (DeadLock, 교착 상태)

데드락 (DeadLock, 교착 상태)

📌 개념

두 개 이상의 프로세스나 스레드가 서로 자원을 얻지 못해 다음 처리를 하지 못하고, 무한히 대기하게 되는 상태

마치 외나무 다리 양 끝에서 서로 비켜주길 기다리는 것과 같다.

시스템 내 한정된 자원을 여러 프로세스가 동시에 사용하려 할 때 발생한다.

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🔁 데드락 발생 예시

시점	프로세스 1	프로세스 2
t1	자원 1 점유	자원 2 점유
t2	자원 2 대기	자원 1 대기

→ 서로가 원하는 자원을 상대방이 점유하고 있어 무한 대기 상태(DeadLock) 발생

주로 발생하는 상황:

• 멀티 프로그래밍 환경에서 한정된 자원을 얻기 위해 프로세스들이 경쟁
• 프로세스가 자원을 요청했을 때 해당 자원을 즉시 사용할 수 없는 경우 → 대기 상태로 진입
• 대기 상태의 프로세스들이 실행 상태로 변경될 수 없을 때 교착 상태 발생

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⚠️ 데드락 발생 조건

아래 4가지 조건이 모두 성립할 때 데드락이 발생한다.
하나라도 성립하지 않으면 데드락을 예방할 수 있다.

1. 상호 배제 (Mutual Exclusion)

자원은 한 번에 하나의 프로세스만 사용할 수 있다.

2. 점유 대기 (Hold and Wait)

최소 하나의 자원을 점유한 채로, 다른 프로세스가 사용 중인 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재한다.

3. 비선점 (No Preemption)

다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없다.

4. 순환 대기 (Circular Wait)

프로세스 집합이 순환 형태로 서로의 자원을 대기하고 있어야 한다.

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🛠️ 데드락 처리 방법

1️⃣ 예방 (Prevention)

발생 조건 4가지 중 하나를 제거하여 데드락을 원천 차단한다.
단, 자원 낭비가 심하다는 단점이 있다.

부정 조건	방법
상호 배제 부정	여러 프로세스가 공유 자원을 동시에 사용
점유 대기 부정	프로세스 실행 전 필요한 모든 자원을 미리 할당
비선점 부정	자원 점유 중 다른 자원 요구 시 가진 자원 반납
순환 대기 부정	자원에 고유 번호를 할당하고 순서대로만 요구

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2️⃣ 회피 (Avoidance)

데드락이 발생할 것 같으면 미리 피해나가는 방법

🏦 은행원 알고리즘 (Banker’s Algorithm)

• 은행에서 모든 고객의 요구를 충족하도록 현금을 할당하는 것에서 유래
• 프로세스가 자원을 요구할 때, 자원 할당 후에도 안정 상태(Safe State) 가 유지되는지 사전 검사
• 안정 상태이면 자원 할당 → 불안정 상태이면 다른 프로세스가 자원 해제할 때까지 대기

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3️⃣ 탐지 (Detection)

데드락이 발생하도록 허용한 후, 자원 할당 그래프를 통해 탐지한다.
자원 요청 시마다 탐지 알고리즘을 실행하므로 오버헤드가 발생할 수 있다.

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4️⃣ 회복 (Recovery)

탐지 후 교착 상태를 해제하는 방법

프로세스 종료 방법:

• 교착 상태의 프로세스를 모두 중지
• 교착 상태가 제거될 때까지 하나씩 프로세스 중지

자원 선점 방법:

• 교착 상태 프로세스가 점유 중인 자원을 강제로 선점하여 다른 프로세스에 할당 (해당 프로세스는 일시 정지)
• 우선순위가 낮거나 수행 횟수가 적은 프로세스 위주로 선점

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🍽️ 식사하는 철학자 문제 (Dining Philosophers Problem)

기아 상태(Starvation) 를 설명하는 대표적인 문제

• N명의 철학자가 원형 테이블에 앉아 있고, 각자 양쪽 젓가락을 모두 들어야 식사 가능
• 모두 동시에 왼쪽 젓가락을 들면 아무도 오른쪽을 들지 못해 데드락 발생

해결책:

1. N명이 앉을 수 있는 테이블에 N-1명만 앉힌다
2. 젓가락 두 개를 모두 집을 수 있는 상황에서만 집도록 허용
3. 일부 철학자는 오른쪽 젓가락을 먼저 집도록 허용 (순환 방지)

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✅ 요약 정리

구분	설명
개념	프로세스들이 서로 자원을 기다리며 무한 대기
발생 조건	상호 배제, 점유 대기, 비선점, 순환 대기 (4가지 모두 충족 시 발생)
예방	발생 조건 중 하나를 제거 (자원 낭비 큼)
회피	은행원 알고리즘으로 안정 상태 유지
탐지	자원 할당 그래프로 데드락 탐지
회복	프로세스 종료 또는 자원 선점

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💬 면접 예상 질문

1. 데드락(교착 상태)이란 무엇이며, 발생 조건 4가지를 설명하세요.
2. 은행원 알고리즘이란 무엇인지 설명하세요.
3. 식사하는 철학자 문제를 통해 기아 상태와 데드락을 설명하세요.

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참고: gyoogle.dev - 데드락(DeadLock)