wait() 시스템콜
- 프로세스A가 wait() 시스템 콜을 호출하면 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스A를 sleep시킨다 (block 상태)
- Child 프로세스가 종료되면 커널은 프로세스A를 깨운다 (ready 상태)
- 터미널에서 명령어를 입력할 때 vi 에디터를 실행하면, 부모 프로세스가 block상태가 되는 것이다.
exit() 시스템콜
-
프로세스의 종료
-
자발적 종료
-
비자발적 종료
- 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
- 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원을 요청
- 자식에게 할당된 테스크가 더 이상 필요하지 않음
- 키보드로 kill, break 등을 친 경우
- 부모가 종료하는 경우
- 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨
프로세스 간 협력
독립적 프로세스
- 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
협력적 프로세스
- 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
프로세스 간 협력 메커니즘(IPC) Interprocess Communication
-
메시지를 전달하는 방법
- Message passing : 커널을 통해 메시지 전달
- Message system : 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
- Direct Communication : 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
- Indirect Communication : mailbox 또는 port를 통해 메시지를 간접 전달
-
주소 공간을 공유하는 방법
- Shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
- thread
- 스레드는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 프로세스를 구성하는 스레드들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능하다.
04. CPU 스케줄링
CPU-burst Time
- 여러 종류의 job(process)이 섞여 있기 때문에 CPU 스케줄링이 필요하다
- I/O bound process : CPU를 잡고 계산하는 시간보다 I/O에 많은 시간이 필요한 job (many short CPU bursts)
- CPU bound process : 계산 위주의 job (few very long CPU bursts)
- 빈도 : I/O bound job > CPU bound job
- 기간 : I/O bound job < CPU bound job
- Interative job에게 적절한 response 제공 요망
- CPU와 I/O 장치 등 시스템 자원을 골고루 효율적으로 사용
CPU Scheduler & Dispatcher
- CPU Scheduler
- Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 줄 프로세스를 고른다.
- Dispather
- CPU의 제어권을 CPU scheduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘긴다.
- 이 과정을 context switch(문맥 교환)라고 한다.
- CPU 스케줄링이 필요한 경우는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우이다.
- Running -> Blocked (nonpreemptive) (예:I/O 요청하는 시스템콜)
- Running -> Ready (preemptive) (예:할당시간 만료로 timer interrupt)
- Blocked -> Ready (preemptive) (예:I/O 완료후 인터럽트)
- Terminate (nonpreemptive)
nonpreemptive : 강제로 빼앗지 않고 자진 반납
preemptive : 강제로 빼앗음
Scheduling Criteria
Performance Index( = Performance Measure, 성능 척도)
- CPU utilization (이용률)
- Throughput (처리량)
- 단위시간당 몇개의 프로세스를 실행 완료 시켰는가
- Turnaround time (소요시간, 반환시간)
- 프로세스를 사용한 시간과 대기시간을 모두 합친 시간
- Waiting time (대기 시간)
- Response time (응답 시간)
- 프로세스가 레디큐에 들어와서 최초로 CPU를 얻기까지의 시간
FCFS (Frist-Come First-Served)
- FIrst In First Come 선착순
- 작업시간이 긴 프로세스가 먼저 들어오게되면, Average waiting time이 길어진다 -> Convoy effect : short process behind long process
SJF (Shortest-Job FIrst)
- 각 프로세스의 다음번 CPU burst time을 가지고 스케줄링에 활용
- CPU burst time이 가장 짧은 프로세스를 제일 먼저 스케줄
- Nonpreemptive
- 일단 CPU를 잡으면 이번 CPU burst가 완료될 때까지 CPU를 선점 당하지 않음
- Preemptive
- 현재 수행중인 프로세스의 남은 burst time보다 더 짧은 CPU burst time을 가지는 새로운 프로세스가 도착하면 CPU를 빼앗김
- 이 방법을 Shortest-Remaining-Time-First(SRTF)이라고도 부른다.
Priority Scheduling
RR (Round Robin)
-
각 프로세스는 동일한 크기의 할당 시간(time quantum)을 가진다. (일반적으로 10~100 milliseconds)
-
할당 시간이 지나면 프로세스는 선점당하고 레디 큐의 가장 뒤에 가서 다시 줄을 선다.
-
n개의 프로세스가 레디 큐에 있고 할당 시간이 q time unit인 경우 각 프로세스는 최대 q time unit 단위로 cpu 시간의 1/n을 얻는다
-> 어떤 프로세스도 (n-1)q time unit 이상 기다리지 않는다.
-
Performance
- q large -> FCFS
- q small -> context switch 오버헤드가 커진다.
-
일반적으로 SJF보다 average turnaround time이 길지만 response time은 더 짧다.
-
모든 프로세스의 cpu burst time이 동일하거나 비슷할 경우 RR은 average turnaround timed이 길어지기 때문에 비효율적이다.
- 짧은 job과 긴 job이 섞여있을 때 사용하는 것이 좋다.
Multilevel Queue
- 레디 큐를 여러 개로 분할
- Foreground(interacticve)
- Background(batch - no human interaction)
- 각 큐는 독립적인 스케줄링 알고리즘을 가짐
- Foreground - RR
- Background - FCFS
- 큐에 대한 스케줄링이 필요
- Fixed priority scheduling
- Foreground를 모두 먼저 처리하고, backgroud를 처리한다.
- stravation의 가능성이 있다.
- Time slice
- 각 큐에 CPU time을 적절한 비율로 할당
- 예) RR foreground 80%, FCFS background 20%
Multilevel Feedback queue
Multiple-Processor Scheduling
- CPU가 여러 개인 경우 스케줄링은 더욱 복잡해짐
- Homogeneous processor인 경우
- Queue에 한줄로 세워서 각 프로세스가 알아서 꺼내가게 할 수 있다.
- 반드시 특정 프로세서에서 수행되어야 하는 프로세스가 있는 경우에는 문제가 더 복잡해짐
- Load sharing
- 일부 프로세서에 job이 몰리지 않도록 부하를 적절히 공유하는 메커니즘 필요
- 별개의 큐를 두는 방법 vs 공동 큐를 사용하는 방법
- Symmetric Multiprocessing (SMP)
- Asymmetric multiprocessing
- 하나의 프로세서가 시스템 데이터의 접근과 공유를 책임지고 나머지 프로세서는 거기에 따름
Real-Time Scheduling
- Hard real-time systems
- hart real-time task는 정해진 시간 안에 반드시 끝내도록 스케줄링해야 함
- Soft real-time systems
- soft real-time task는 일반 프로세스에 비해 높은 priority를 갖도록 해야 함 ( ex동영상 재생)
Thread Scheduling
- Local Scheduling
- User level thread의 경우 사용자 수준의 thread library에 의해 어떤 thread를 스케줄할지 결정
- Global Scheduling
- Kernel level thread의 경우 일반 프로세스와 마찬 가지로 커널의 단기 스케줄러가 어떤 thread를 스케줄할지 결정