CPU 스케줄링 알고리즘
CPU 스케줄링은 운영체제가 프로세스들에 CPU 자원을 배분하는 과정이다.
스케줄링의 대상은 Ready queue에 있는 프로세스들이다.
FCFS(First Come First Served)
특징
- 먼저 온 고객을 먼저 서비스해주는 방식, 즉 먼저 온 순서대로 처리.
- 비선점형(Non-Preemptive) 스케줄링
일단 CPU를 잡으면 CPU burst가 완료될 때까지 CPU 를 반환하지 않는다. 할당되었던 CPU 가 반환될 때만 스케줄링이 이루어진다.
문제점
- convoy effect
- 소요시간이 긴 프로세스가 먼저 도달하여 효율성을 낮추는 현상이 발생한다.
SJF(Shortest Job First)
특징
- 다른 프로세스가 먼저 도착했어도 CPU burst time이 짧은 프로세스에게 선 할당
- 비선점형(Non-Preemptive) 스케줄링
문제점
- starvation
- 효율성을 추구하는게 가장 중요하지만 특정 프로세스가 지나치게 차별받으면 안된다. 하지만, 이 스케줄링은 극단적으로 CPU 사용이 짧은 job을 선호한다. 그래서 사용 시간이 긴 프로세스는 거의 영원히 CPU를 할당받을 수 없다.
SRTF(Shortest Remaining Time First)
특징
- 새로운 프로세스가 도착할 때마다 새로운 스케줄링이 이루어진다.
- 선점형(Preemptive) 스케줄링
- 현재 수행중인 프로세스의 남은 burst time보다 더 짧은 CPU burst time을 가지는 새로운 프로세스가 도착하면 CPU를 뺏긴다.
문제점
- starvation
- 새로운 프로세스가 도달할 때마다 스케줄링을 다시하기 때문에 CPU burst time(CPU 사용시간)을 측정할 수가 없다.
Priority Scheduling
특징
- 우선순위가 가장 높은 프로세스에게 CPU를 할당하는 스케줄링
우선순위란 정수로 표현하게 되고 작은 숫자가 우선순위가 높다. - 선점형 스케줄링(Preemptive) 방식
더 높은 우선순위의 프로세스가 도착하면 실행중인 프로세스를 멈추고 CPU를 선점한다. - 비선점형 스케줄링(Non-Preemptive) 방식
더 높은 우선순위의 프로세스가 도착하면 Ready Queue 의 Head 에 넣는다.
문제점
- starvation
- 무기한 봉쇄(Indefinite blocking)
실행 준비는 되어있으나 CPU 를 사용못하는 프로세스를 CPU가 무기한 대기하는 상태
해결책
- aging
- 아무리 우선순위가 낮은 프로세스라도 오래 기다리면 우선순위를 높여주자.
P2
waiting time: 0, burst time: 1 -> turnaround time: 0+1 = 1
P5
waiting time: 1, burst time: 5 -> turnaround time: 1+5 = 6
P1
waiting time: 6, burst time: 10 -> turnaround time: 6+10 = 16
P3
waiting time: 16, burst time: 2 -> turnaround time: 16+2 = 18
P4
waiting time: 18, burst time: 1 -> turnaround time: 18+1 = 19
Round Robin
특징
- 현대적인 CPU 스케줄링
- 각 프로세스는 동일한 크기의 할당 시간(time quantum)을 갖게 된다.
- 할당 시간이 지나면 프로세스는 선점당하고 ready queue의 제일 뒤에 가서 다시 줄을 선다.
RR은 CPU 사용시간이 랜덤한 프로세스들이 섞여있을 경우에 효율적이다.RR이 가능한 이유는 프로세스의 context를 저장할 수 있기 때문이다.
장점
Response time이 빨라진다.
n 개의 프로세스가 ready queue에 있고 할당시간이 q(time quantum)인 경우 각 프로세스는 q 단위로 CPU 시간의 1/n 을 얻는다. 즉, 어떤 프로세스도 (n-1)q time unit 이상 기다리지 않는다.- 프로세스가 기다리는 시간이 CPU를 사용할 만큼 증가한다.
- 공정한 스케줄링이라고 할 수 있다.
주의할 점
설정한 time quantum이 너무 커지면 FCFS와 같아진다. 또 너무 작아지면 스케줄링 알고리즘의 목적에는 이상적이지만 잦은 context switch로 overhead가 발생한다. 그렇기 때문에 적당한 time quantum을 설정하는 것이 중요하다.
참고
운영체제 공룡책 강의
공부 기록