[운영체제] 데드락(Deadlock) 완벽 가이드: 발생 원인, 예시 코드 및 해결 방법

1. 데드락(Deadlock) 개념

데드락은 여러 프로세스(작업)가 자원을 공유할 때 발생하는 문제입니다.
두 개 이상의 프로세스가 서로 필요한 자원을 가지고 기다리면서, 아무 것도 할 수 없는 상태를 말합니다.

📌 비유: 두 사람이 문을 열기 위해 서로 다른 열쇠를 가지고 있는데, 서로의 열쇠를 빌려주지 않으면 둘 다 문을 열 수 없게 되는 상황이 바로 데드락이에요! 🔒

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2. 데드락 발생 조건

데드락이 발생하려면 4가지 조건이 모두 만족해야 합니다:

1. 상호 배제(Mutual Exclusion): 한 번에 한 프로세스만 자원을 사용할 수 있어야 합니다.
2. 점유 및 대기(Hold and Wait): 자원을 일부 점유하고 있으면서, 추가적인 자원을 기다리고 있어야 합니다.
3. 비선점(Non-preemption): 다른 프로세스가 점유한 자원을 강제로 빼앗을 수 없습니다.
4. 순환 대기(Circular Wait): 프로세스들이 서로 자원을 기다리며 순환하는 상태여야 합니다.

이 네 가지 조건이 모두 충족되면 데드락이 발생하게 됩니다.

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3. 데드락 예시 코드

여기서는 Python 코드로 두 프로세스가 서로 자원을 기다리며 데드락에 빠지는 상황을 간단히 보여드릴게요! 😊

📌 데드락 발생 예시 코드

import threading
import time

# 자원 A와 B를 정의합니다.
resource_A = threading.Lock()
resource_B = threading.Lock()

# 작업 1: 자원 A를 점유하고 자원 B를 기다립니다.
def task1():
    print("Task 1: 자원 A를 점유 중...")
    resource_A.acquire()  # 자원 A 점유
    time.sleep(1)  # 잠시 대기 (다른 프로세스가 자원 B를 점유하도록)
    print("Task 1: 자원 B를 기다립니다...")
    resource_B.acquire()  # 자원 B 대기 (이 시점에서 데드락 발생)
    print("Task 1: 작업 완료!")
    resource_B.release()  # 자원 B 반환
    resource_A.release()  # 자원 A 반환

# 작업 2: 자원 B를 점유하고 자원 A를 기다립니다.
def task2():
    print("Task 2: 자원 B를 점유 중...")
    resource_B.acquire()  # 자원 B 점유
    time.sleep(1)  # 잠시 대기 (다른 프로세스가 자원 A를 점유하도록)
    print("Task 2: 자원 A를 기다립니다...")
    resource_A.acquire()  # 자원 A 대기 (이 시점에서 데드락 발생)
    print("Task 2: 작업 완료!")
    resource_A.release()  # 자원 A 반환
    resource_B.release()  # 자원 B 반환

# 두 작업을 동시에 실행 (데드락 발생)
thread1 = threading.Thread(target=task1)
thread2 = threading.Thread(target=task2)

thread1.start()
thread2.start()

thread1.join()
thread2.join()

동작 설명:

1. 작업 1은 자원 A를 먼저 점유하고, 자원 B를 기다립니다.
2. 작업 2는 자원 B를 먼저 점유하고, 자원 A를 기다립니다.
3. 두 작업은 서로 상대방이 점유한 자원을 기다리게 되어 데드락 상태에 빠지게 됩니다.
4. 작업 1은 자원 B를 기다리며, 작업 2는 자원 A를 기다리므로 무한 대기 상태가 됩니다.

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4. 데드락 해결 방법

데드락을 해결하는 방법은 여러 가지가 있지만, 예방과 회피 방법이 가장 일반적입니다.

1️⃣ 데드락 예방

• 상호 배제: 자원을 공유할 때 한 번에 한 프로세스만 자원을 사용할 수 있도록 강제합니다.
• 점유 및 대기 방지: 프로세스가 자원을 기다릴 때, 다른 자원을 먼저 할당하고 대기하지 않도록 합니다.
• 비선점 방지: 자원을 강제로 빼앗을 수 있게 해서, 다른 프로세스가 자원을 선점할 수 있도록 합니다.
• 순환 대기 방지: 프로세스가 자원을 요청하는 순서를 미리 정해두고, 순서대로 자원을 요청하게 합니다.

2️⃣ 데드락 회피

• 은행가 알고리즘처럼, 시스템이 자원을 할당하기 전에 안전 상태(Safe State)인지를 체크하여 데드락이 발생하지 않도록 합니다.

3️⃣ 데드락 탐지

• 시스템에서 주기적으로 데드락을 탐지하고, 데드락 상태에 빠지면 프로세스를 종료하거나 자원을 회수하는 방식입니다.

💡 비유: 데드락 해결은 교차로에서 신호등을 설치하거나, 대기 시간을 관리하여 차들이 서로 충돌하지 않게 하는 것과 비슷해요! 🚦

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5. 쉽게 외우는 요점

• 데드락은 여러 프로세스가 서로 자원을 기다리며 멈춰버리는 상황이에요.
• 해결 방법은 예방(데드락이 발생하지 않도록 시스템을 설계)과 회피(데드락이 발생할 때까지 기다리지 않고 미리 대처)로 나눌 수 있어요!