CPU 스케줄링 알고리즘
CPU 스케줄러는 CPU 스케줄링 알고리즘에 따라 프로세스에서 해야 하는 일을 스레드 단위로 CPU에 할당한다.
프로그램이 실행될 때는 CPU 스케줄링 알고리즘이 어떤 프로그램에 CPU 소유권을 줄 것인지 결정한다.
CPU 스케줄링 알고리즘의 목표
- CPU 이용률은 높게 설정
- 주어진 시간에 많은 일을 하게 설정
- 준비 큐(ready queue)에 있는 프로세스는 적게 설정
- 응답 시간은 짧게 설정
1. 비선점형 방식 (non-preemptive)
비선점형 방식은 프로세스가 스스로 CPU 소유권을 포기하는 방식으로 강제로 프로세스를 중지하지 않는다.
따라서 컨텍스트 스위칭으로 인한 부하가 적다.
1-1. FCFS (First Come, First Served)
- FCFS는 가장 먼저 온 것을 가장 먼저 처리하는 알고리즘이다.
- 단점: 길게 수행되는 프로세스 때문에 준비 큐에서 오래 기다리는 현상(convoy effect)이 발생한다.
1-2. SJF (Shortest Job First)
- SJF는 실행 시간이 가장 짧은 프로세스를 가장 먼저 실행하는 알고리즘이다.
- 평균 대기 시간이 가장 짧다. 하지만 실제로는 실행 시간을 알 수 없기 때문에 과거의 실행했던 시간을 토대로 추측해서 사용한다.
- 단점: 긴 시간을 가진 프로세스가 실행되지 않는 현상(starvation)이 일어난다.
1-3. 우선순위 (Priority)
- 기존 SJF 스케줄링의 경우 긴 시간을 가진 프로세스가 실행되지 않는 현상이 있었다. 우선순위 알고리즘은 오래된 작업일수록 '우선순위를 높이는 방법(aging)'을 통해 단점을 보완하였다.
2. 선점형 방식 (preemptive)
선점형 방식은 현대 운영체제가 쓰는 방식이다.
지금 사용하고 있는 프로세스를 알고리즘에 의해 중단시켜 버리고 강제로 다른 프로세스에 CPU 소유권을 할당하는 방식이다.
2-1. 라운드 로빈(Round Robin)
- 라운드 로빈은 현대 컴퓨터가 쓰는 스케줄링인 우선순위 스케줄링의 일종으로 각 프로세스는 동일한 할당 시간을 주고 그 시간 안에 끝나지 않으면 다시
준비 큐(ready queue)의 뒤로 가는 알고리즘이다. - 전체 작업 시간은 길어지지만 평균 응답 시간은 짧아진다는 특징이 있다.
- 로드밸런서에서 트래픽 분산 알고리즘으로도 쓰인다.
- 예시: q만큼의 할당 시간이 부여되었고 N개의 프로세스가 운영된다고 하면 (N-1)*q 시간이 지나면 자기 차례가 오게 된다. 할당 시간이 너무 크면 FCFS가 되고, 짧으면 컨텍스트 스위칭이 잦아져서 오버헤드, 즉 비용이 커진다.
- cf. 컨텍스트 스위칭: PCB(프로세스 제어 블록)를 교환하는 과정을 말한다. 한 프로세스에 할당된 시간이 끝나거나 인터럽트에 의해 발생한다.
- cf. 오버헤드: 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간 · 메모리 등을 말한다.
2-2. SRF (Shortest Remaining Time First)
- SJF는 중간에 실행 시간이 더 짧은 작업이 들어와도 기존 짧은 작업을 모두 수행하고 그 다음 짧은 작업을 이어나가는데, SRF는 중간에 더 짧은 작업이 들어오면 수행하던 프로세스를 중지하고 해당 프로세스를 수행하는 알고리즘이다.
2-3. 다단계 큐 (Multilevel Queue)
- 다단계 큐는 우선순위에 따른 준비 큐를 여러 개 사용하고, 큐마다 라운드 로빈이나 FCFS 등 다른 스케줄링 알고리즘을 적용한 것을 말한다.
- 큐 간의 프로세스 이동이 안 되므로 스케줄링 부담이 적지만 유연성이 떨어지는 특성이 있다.
Reference.
- 면접을 위한 CS 전공지식 노트, 주홍철 저
