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패트리 넷에서의 교착 상태 확인 알고리즘 성능분석
An Performance Evaluation of the Deadlock Detection Algorithm in Petri Nets 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.18 no.1, 2009년, pp.9 - 16  

김종욱 (창원대학교 컴퓨터공학과) ,  이종근 (창원대학교 컴퓨터공학과)

초록
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본 연구에서는 교착상태 확인 알고리즘의 성능분석을 위하여 사이폰(siphon) 알고리즘, DAPN알고리즘과 추이적 행렬 알고리즘을 상호 비교한다. 이를 위하여 비교 모델을 설정하여 각 알고리즘을 활용한 결과를 복잡도, 이해도 그리고 신속성 등의 3가지 함수를 이용하여 성능을 분석한다. 서로 다른 개념의 알고리즘을 비교분석에 한계성이 있으나, 동일한 모델에 적용하여 그 효율성을 비교 분석하여 각 알고리즘의 특성들을 분석한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since a deadlock is a condition in which the excessive demand for the resources being used by others causes activities to stop, it is very important to detect and prevent a deadlock. About the deadlock detection analysis methods are may divide like as Siphon, DAPN and transitive matrix, but it's ver...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 그러나 서로 다른 개념의 교착상태확인 알고리즘의 성능 분석 연구는 저자의 검색 노력에도 불구하고 어떠한 연구 결과를 찾아 볼 수가 없었다. 따라서 본 연구에서는 처음으로 서로 다른 개념의 교착 상태 확인 알고리즘의 분석을 위하여 가장 많이 연구되고 있는 사이폰, 관계행렬 그리고 본 연구팀에서 제안한 추이적행렬 알고리즘을 성능 분석하기 위하여 비교 모델을 설정하고 해결을 위한 복잡도와 이해도 그리고 신속성을 정성적, 정량적으로 비교분석한다.
  • 여러 다른 개념을 통하고 통일 된 알고리즘 소스가 없어 물리적인 직접 비교 분석방법은 어렵다. 따라서 하나의 예시 모델을 선택하였고 3개의 서로 다른 알고리즘을 적용하여, 신속성, 복잡도 및 이해도와 같은 세 가지 비교 함수에 기초하여 비교하였다.
  • 일반적으로 사이폰을 이용하여 교착상태를 확인하기 위하여서는 그림과 같이 주어진 패트리 넷 모델에서 사이폰가능성의 사이클 서브 넷을 구하여 사이클 서브 넷이 사이폰이나 트랩의 성질을 갖는지 여부를 판별하여 이를 이용하여 교착 상태를 분석한다. 사이폰 알고리즘을 이용하여 교착상태 확인 분석에는 두 단계를 거치는데, 먼저 사이클 상태를 찾아서 사이폰의 부분 넷을 구하고, 구하여진 서브 넷에서 사이폰의 성질 분석을 통하여 교착상태 확인을 꾀한다.
  • 사이폰과 트랩을 이용한 교착상태 확인 알고리즘은 특별하게 표현되어진 알고리즘은 없어서 확인하여 가는 과정을 중심으로 작성하여 비교하기로 한다.
  • 이 연구는 패트리 넷의 교착 확인 알고리즘의 효율성 분석에 초점을 두었다. 우리는 성능 평가를 위해 사이폰, DAPN과 추이적 행렬 알고리즘과의 세 개 형태의 알고리즘을 비교 분석하였다. 여러 다른 개념을 통하고 통일 된 알고리즘 소스가 없어 물리적인 직접 비교 분석방법은 어렵다.
  • 이 연구는 패트리 넷의 교착 확인 알고리즘의 효율성 분석에 초점을 두었다. 우리는 성능 평가를 위해 사이폰, DAPN과 추이적 행렬 알고리즘과의 세 개 형태의 알고리즘을 비교 분석하였다.
  • 추이적 행렬 알고리즘은[5,11,12] 패트리 넷에서의 자원 공유에 기초하여 모든 플레이스와 플레이스간의 관계를 정리하여 제안하였다. 특히 자원공유 플레이스를 중심으로 열과 행의 토큰 흐름의 값을 산정하여 비교하는 교착 상태 여부 판별식을 설정하여 교착상태를 감지하는 알고리즘을 제안하였다.
  • 패트리 넷에서의 자원 공유에 기초하여 모든 플레이스와 플레이스간의 관계를 정리하여 제안하였다. 특히 자원공유 플레이스를 중심으로 열과 행의 토큰 흐름의 값을 산정하여 비교하는 교착 상태 여부 판별식을 설정하여 교착상태를 감지하는 알고리즘을 제안하였다.
  • 페트리 넷을 관계 행렬로 정의하고 동시 작업 개념으로 이를 통합하여 자원분석을 통하여 교착 여부를 확인하고 방지하기 위한 알고리즘이 DAPN으로 제안되었다[6]. 플레이스와 플레이스간의 관계를 종합적으로 표현이 가능한 추이적 행렬을 이용하여 특히 자원 공유 플레이스에 기초하여 산술적인 해석으로 교착 상태를 확인하는 알고리즘을 추이적 행렬 알고리즘으로 제안되었다[11]. 교착 확인 알고리즘 제안에 있어서 좋은 알고리즘이란 상태 확인을 위한 계산 과정을 단순처리 과정으로 제안되고 이해가 용이하며 보다 짧은 계산 시간을 통해 모든 가능한 해결안을 얻도록 구성되어진 알고리즘이 효율성이 높다고 하겠다[12].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패트리 넷을 이용한 교착 상태 확인 알고리즘에는 어떤 것이 가장 많이 사용되고 있는가? 이러한 교착 문제를 해결하기 위하여 패트리 넷(Petri Net)을 활용 한 교착 상태 확인 및 회피 방법 연구가 활발하다. 패트리 넷을 이용한 교착 상태 확인 알고리즘에는 특히 사이폰(siphon)을 이용한 교착상태 확인 기법이 가장 많이 사용되고 있으며[1-4,7-10], 관계 행렬을 이용한 기법[6] 그리고 추이적 행렬을 이용한 기법[11,12] 등이 있다. 사이폰이란 입력 플레이스에 의하여 삽입 된 토큰이 다시 입력플레이스로 주입되는 특성을 가진 서브 넷 개념으로 이러한 과정을 통하여 토큰의 수가 줄어들어 교착상태의 발생 여부를 확인할 수 있는 알고리즘이다.
교착상태란? 교착상태란 시스템의 공정 중에 포함 된 여러 작업에서 공동으로 사용되는 공유 자원을 각 작업에서 상호적으로 사용을 기다려 시스템의 작업 공정이 중단 된 상태를 의미하며, 현대의 많은 기술 시스템인 자동생산시스템, 데이터 통신, 다중처리 운영시스템과 분산 데이터베이스 시스템 등에서 가장 잘 알려진 문제이다. 이러한 교착 문제를 해결하기 위하여 패트리 넷(Petri Net)을 활용 한 교착 상태 확인 및 회피 방법 연구가 활발하다.
사이폰과 트랩을 이용한 교착상태 확인 알고리즘은 어떤 과정을 거치게 되는가? step 1. 패트리 넷에서 시작 마킹을 시작으로 사이클 프로세스를 찾는다; step 2. 마지막 마킹까지를 시작으로 모든 사이클 프로세스를 찾을 때까지 step 1을 반복한다; step 3. 모든 사이클 프로세스 n개를 구한다; step 4. 각 사이클 프로세스에서 사이폰과 트랩의 성질을 분석한다; step 5. 사이클의 성질 분석에서 최소 사이폰이면 교착 상태로, 없으면 교착자유상태로 확인; step 6. 모든 사이클 프로세스 n까지 step 4-5를 반복 한다;
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참고문헌 (12)

  1. Corbett JC (1996), "Evaluating Deadlock detection methods for concurrent software", IEEE tr. Sof. Eng. Vol. 22 (3), pp. 161-180. 

  2. Damasceno BC. And Xie X. (1999), "Petri nets and deadlock-free scheduling of multiple-resource operations", In IEEE SMC'99, pp. 878-883. 

  3. F. Chu and X-L. Xie (1997), "Deadlock Analysis of Petri nets using Siphon and Mathematical Programming", IEEE Tr on Robotics and Automation, Vol. 13, No. 6, pp. 793-804. 

  4. Ezpleta J.,Colom JM,Martinez J. (1995), "A Petri net based deadlock prevention policy for flexible manufacturing systems", IEEE tr. Robotics and Automat., Vol. 11, No. 2, pp. 173-184. 

  5. Liu J.,Itoh Y., Miyazawa I., Seikiguchi T., (1999). "A Research on Petri nets Properties using Transitive matrix", In: Proceeding IEEE SMC'99, pp. 888-893. 

  6. 송유진, 이종근 (2006), "DAPN과 인접행렬을 이용한 교착상태 회피에 대한 연구", 한국시뮬레이션학회 논문지, 15권 (1호), pp. 1-10. 

  7. Y-Sheng Huang (2007), "Design of deadlock prevention supervisors using Petri nets", In: J.Adv. manuf. Tech., Vol. 35, pp. 349-362. 

  8. ZW Li, M.Uzam, MCZhou (2008), "Deadlock control of concurrent manufacturing processes sharing finite resources", In J. Adv. manuf. Tech., Vol. 38, pp. 787-800. 

  9. 김정철 외 2 (2007), "Siphon특성을 이용한 FMS의 Deadlock 해석과 제어", 제어자동시스템공학 논문지, 13권 (7호), pp. 677-682. 

  10. ZW Li,MC Zhou,MD Jeng (2008), "A Maximally Permissive deadlock prevention policy for FMS based on petri nets Siphon control and the theory of regions", In: IEEE tr. on Automation Scie. and Eng., Vol. 5, No. 1, pp. 182-188. 

  11. 김종욱, 이종근 (2008), "자원공유플레이스 추이적행렬을 이용한 효율적인 교착상태 확인정책", 한국시뮬레이션학회 논문지, 17권 (3호), pp. 75-83. 

  12. 김종욱, 정상운, 이종근 (2008), "추이적 행렬을 이용한 교착상태확인 알고리즘의 성능 분석", '08추계학술대회논문집, 한국시뮬레이션학회, 서울산업대, pp. 98-102. 

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