동시성(Concurrency)은 소프트웨어에서 여러 작업이 동시에 실행될 수 있는 기능을 말합니다. 동시성을 이용하면 여러 작업을 병렬로 실행하여 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
하지만 동시성을 다루는 과정에서 동시성 문제와 데드락(Deadlock) 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 예방하고 처리하기 위해 다양한 기법들이 존재합니다.
1. 동시성 문제
동시성 문제는 여러 스레드 또는 프로세스가 공유 자원에 동시에 접근하거나 변경할 때 발생합니다. 이로 인해 예측할 수 없는 결과가 발생하거나, 데이터의 일관성을 보장할 수 없는 문제가 발생할 수 있습니다.
일반적인 동시성 문제로는 경쟁 조건(Race Condition), 교착상태(Deadlock), 데드록(Livelock) 등이 있습니다.
2. 데드락
데드락은 서로 자원을 점유하고 있는 두 개 이상의 프로세스(또는 스레드)가 다른 프로세스에서 점유한 자원을 기다리고 있어, 작업이 수행되지 않는 상태를 말합니다.
데드락이 발생하면 시스템이 정지될 수 있으며, 프로세스간의 협력, 성능, 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.
3. 동시성 문제와 데드락 예방 기법
동시성 문제와 데드락을 예방하기 위해 다음과 같은 기법들이 사용됩니다.
3.1. 상호배제(Mutual Exclusion)
상호배제는 공유 자원에 대한 동시 접근을 제한함으로써 동시성 문제를 예방합니다. 자원에 접근하는 스레드 또는 프로세스는 접근하기 전에 잠금(lock)을 획득하고, 작업을 마친 다음에 잠금을 해제하는 방식으로 진행됩니다.
상호배제를 구현하는 방법에는 세마포어(Semaphore), 뮤텍스(Mutex) 등이 있습니다.
3.2. 교착상태 예방(Deadlock Avoidance)
교착상태 예방은 시스템이 데드락이 발생할 가능성이 있는 상황을 미리 파악하여 예방하는 기법입니다. 시스템의 상태를 파악하고, 자원의 점유와 대기 조건을 충족시키는 방법을 사용하여 데드락을 예방합니다.
데드락 예방을 구현하는 방법에는 자원 할당 그래프(Resourve Allocation Graph), 은행원 알고리즘(Banker’s Algorithm) 등이 있습니다.
3.3. 교착상태 탐지(Deadlock Detection)
교착상태 탐지는 시스템 내에서 발생하는 데드락 상태를 탐지하여, 데드락에 해당하는 프로세스를 종료시키거나, 자원을 회수하는 방식으로 처리하는 기법입니다.
데드락 탐지를 구현하는 방법에는 자원 할당 그래프(Resourve Allocation Graph), 은행원 알고리즘(Banker’s Algorithm) 등이 있습니다.
4. 마무리
동시성 문제와 데드락은 소프트웨어 개발과 운영에서 중요한 이슈입니다. 문제를 미리 예방하고, 효율적인 처리 방법을 구현하여 안정적인 시스템을 구축하는 것이 핵심입니다.
위에서 언급한 기법들을 참고하여 동시성 문제와 데드락을 효과적으로 다룰 수 있도록 노력해야 합니다.
[참고 자료]