운영체제 Day10 (CPU 스케줄링)

CPU 스케줄링 개요

프로세스 우선순위

프로세스마다 운선순위가 있다. 우선순위가 높은 프로세스에는 대표적으로 입출력 작업이 많은 프로세스가 있다. 입출력 작업이 많은 프로세스는 왜 먼저 실행하는 것이 효율적일까?

대부분의 프로세스들은 CPU와 입출력장치를 모두 사용하며 실행된다. 달리 말하면 프로세스는 실행 상태와 대기 상태를 방복하며 실행된다.

• 입출력 집중 프로세스

입출력이 작업이 많은 프로세스(ex. 비디오 재생, 디스크 백업)

• CPU 집중 프로세스

CPU 작업이 많은 프로세스(ex. 컴파일, 그래픽 처리)

CPU 집중 프로세스와 입출력 집중 프로세스가 동시에 CPU자원을 요구했다고 가정할때 입출력 집중 프로세스를 가능한 빨리 실행시켜 입출력장치를 끊임없이 작동시키고, 그다음 CPU 집중 프로세스에 집중적으로 CPU를 할당하는 것이 효율 적이다.

스케줄링 큐

운영체제는 프로세스들에 '줄을 서서 기다릴 것'을 요구 하며 이를 스케줄링 큐로 구현하고 관리한다.

• 준비 큐

CPU를 이용하고 싶은 프로세스들이 서는 줄

• 대기 큐

입출력장치를 이용하기 위해 대기 상태에 접어든 프로세스들이 서는 줄

운영체제는 PCB들이 큐에 삽인된 순서대로 프로세스를 하나씩 꺼내어 실행하되, 그중 우선순위가 높은 프로세스를 먼저 실행한다.

선점형과 비선점형 스케줄링

• 선점형 스케줄링

선점형 스케줄링은 프로세스가 CPU를 비롯한 자원을 사용하고 있더라도 운영체제가 프로세스로부터 자원을 강제로 빼앗아 다른 프로세스에 할당할 수 있는 스케줄링 방식을 의미한다.

• 비선점형 스케줄링

하나의 프로세스가 자원을 사용하고 있다면 그 프로세스가 종료되거나 스스로 대기 상태에 접어들기 전까진 다른 프로세스가 끼어들 수 없는 스케줄링 방식을 의미한다.

선점형 스케줄링은 더 급한 프로세스가 언제든 끼어들어 사용할 수 있는 스케줄링 방식으므로 어느 한 프로세스의 자원 독점을 막고 프로세스들에 골고루 자원을 배분할 수 장점이 있지만, 문맥 교환 과정에서 오버헤드가 발할 수 있다.

비선점형 스케줄링은 문맥교환 횟수가 선점형 스케줄링보다 적기 때문에 오버헤드는 비교적 적지만, 하나의 프로세스가 자원을 사용 중이라면 당장 자원을 사용해야 하는 상황에도 무작정 기다리는 수밖에 없다.

CPU 스케줄링 알고리즘

• 선입 선처리 스케줄링

CPU를 먼저 요청한 프로세스 부터 CPU를 할당하는 스케줄링 방식이다. CPU를 오래 사용하는 프로세스가 먼저 도착하면 다른 프로세스는 그 프로세스가 끝날때까지 무작정 기다리는 수밖에 없고 이런 현상을 호위 효과라고 한다.

• 최단 작업 우선 스케줄링

CPU 이용 시간의 길이가 가장 짧은 프로세스부터 실행하는 스케줄링 방식을 최단 작업 우선 스케줄링 혹은 SJF스케줄링이라고 한다.

• 라운드 로빈 스케줄링

선입 선처리 스케줄링에 타임 슬라이스라는 개념이 더해진 스케줄링 방식이다. 타임 슬라이스란 각 프로세스가 CPU를 사용할 수 있는 정해진 시간을 의마한다.

• 최소 잔여 시간 우선 스케줄링

최단 작업 우선 스케줄링 알고리즘과 라운드 로빈 알고리즘을 찹친 스케줄링 방식이다.

• 우선순위 스케줄링
  • 기아
  • 우선순위가 높은 프로세스들에 의해 실행이 계속해서 연기되는 현상
  • 에이징
  • 기아 현상을 방지하기 위한 대표적인 기법으로 오랫동안 대기한 프로세스의 우선순위를 점차 높이는 방식이다.
• 다단계 큐 스케줄링

우선순위별로 준비 큐를 여러 개 사용하는 스케줄링 방식이다. 우선순위가 가장 높은 큐에 있는 프로세스들을 먼저 처리하고, 우선순위가 가장 높은 큐가 비어 있으면 그다음 우선순위 큐에 있는 프로세스들을 처리한다.