[파이썬] 병렬 처리에서의 교착상태(Deadlock)

04 Sep 2023

python

병렬 처리는 현대 소프트웨어 개발에서 매우 중요한 개념입니다. 하지만 때로는 여러 개의 스레드나 프로세스가 상호작용하다가 교착상태에 빠질 수 있습니다. 교착상태는 두 개 이상의 작업이 서로의 자원을 기다리면서 작업을 완료할 수 없는 상황을 말합니다.

교착상태는 병렬 처리 시스템에서 예측하기 어렵고, 디버깅하기 어려운 문제입니다. 그러므로 프로그래머들은 이러한 상황을 예방하고 대응하는 방법을 알아야 합니다. 본 블로그 포스트에서는 파이썬에서의 교착상태에 대해 알아보고, 이를 예방하는 방법들을 소개하겠습니다.

파이썬에서의 교착상태 예제

다음은 파이썬에서 교착상태가 발생하는 간단한 예제입니다. 두 개의 스레드가 각각의 자원을 점유하면서 상대방의 자원을 기다리는 상황을 재현합니다.

import threading

# 두 개의 락 객체를 생성
lock1 = threading.Lock()
lock2 = threading.Lock()

def process1():
    # 락 1을 획득
    lock1.acquire()
    
    # 일부 처리
    
    # 락 2를 기다림
    lock2.acquire()
    
    # 일부 처리
    
    # 락 1을 해제
    lock1.release()
    
    # 락 2를 해제
    lock2.release()

def process2():
    # 락 2를 획득
    lock2.acquire()
    
    # 일부 처리
    
    # 락 1를 기다림
    lock1.acquire()
    
    # 일부 처리
    
    # 락 2를 해제
    lock2.release()
    
    # 락 1을 해제
    lock1.release()

# 두 개의 스레드를 생성하여 시작
thread1 = threading.Thread(target=process1)
thread2 = threading.Thread(target=process2)

thread1.start()
thread2.start()

thread1.join()
thread2.join()

위의 코드에서 process1과 process2 함수는 각각 락 1과 락 2를 획득하는 작업을 수행합니다. 하지만 두 스레드가 동시에 시작되면 process1은 락 1을 획득한 뒤 락 2를 기다리게 되고, process2는 락 2를 획득한 뒤 락 1을 기다리게 됩니다. 이러한 상황에서 락을 획득하지 못하게 되면 교착상태가 발생합니다.

교착상태 예방과 대응 방법

다행히도 교착상태를 예방하고 대응하는 방법들이 존재합니다. 몇 가지 일반적인 방법을 소개하겠습니다.

상호배제(Mutual Exclusion): 자원에 대한 접근을 상호배제하는 방법을 사용하여 한 번에 한 스레드만 해당 자원을 사용하도록 합니다. 위의 예제에서는 락을 사용하여 상호배제를 구현하였습니다.
점유 대기(Hold and Wait): 자원을 점유하면서 다른 자원을 기다리지 않도록 합니다. 위의 예제에서는 스레드가 락을 획득할 때 다른 락을 기다리는 상황을 만들지 않도록 주의해야 합니다.
비선점(No Preemption): 스레드가 자원을 점유하고 있는 경우, 해당 자원을 다른 스레드에게 선점하지 않도록 합니다. 위의 예제에서는 스레드가 락을 획득하고 있는 동안 다른 스레드에게 락을 선점하지 않는 것이 핵심입니다.
순환 대기(Circular Wait) 제거: 자원에 대한 순환 대기를 제거하고, 자원을 우선순위에 따라 할당하도록 합니다. 위의 예제에서는 락을 얻는 순서를 통일하여 순환 대기가 발생하지 않도록 주의해야 합니다.
교착 상태 탐지 및 회복: 교착상태가 발생한 경우 이를 탐지하고 회복시키는 알고리즘을 사용하여 문제를 해결합니다.

이러한 방법들을 적절하게 조합하고 활용하여 교착상태를 예방하고 대응하는 것이 중요합니다. 병렬 처리 시스템에서 교착상태 문제를 해결한다면 안전하고 효율적인 프로그램을 개발할 수 있을 것입니다.