모든 프로세스는 CPU 자원을 필요로 하는데, 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 할당하기 위해 운영체제는 어떤 프로세스에 CPU를 할당하고, 어떤 프로세스를 기다리게 할지를 결정해야 합니다.
이렇게 운영체제가 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 것을 CPU 스케줄링 이라고 합니다.
다음 프로세스를 선택할 때, 먼저 온 프로세스를 선택하는 것이 꼭 좋은 방법이 아닙니다.
왜냐하면, 프로세스마다 우선순위가 다르기 때문입니다. 우선순위가 높은 프로세스란 빨리 처리해야 하는 프로세스들을 의미합니다.
스케줄링 큐
각 프로세스의 PCB(Process Control Block)에 우선순위를 명시하고, 이 우선순위를 기준으로 먼저 처리할 프로세스를 결정합니다.
하지만, CPU를 원하는 프로세스들은 여러 개일 것이고, CPU를 요구하는 새로운 프로세스는 언제든 생길 수 있습니다. 운영체제가 매번 일일이 모든 PCB를 검사하여 먼저 자원을 이용할 프로세스를 결정하는 일은 매우 비효율적입니다.
그래서 운영체제가 CPU를 사용하고 싶은 프로세스들, 메모리에 적재되고 싶은 프로세스들, 특정 입출력장치를 사용하고 싶은 프로세스들을 모두 줄 세워 기다릴 것을 요구합니다. 이를 스케줄링 큐로 구현하고 관리합니다.
운영체제가 관리하는 대부분의 자원은 큐로 관리되는데, 이 큐에는 다양항 종류가 존재합니다.
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준비 큐(Ready Queue) : CPU를 이용하고 싶은 프로세스들이 서는 줄을 의미합니다.
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대기 큐(Waiting Queue) : 입출력장치를 이용하기 위해 대기 상태에 접어든 프로세스들이 서는 줄을 의미합니다.
선점형(Preemptive)과 비선점형(Non-Preemptive)
현재 CPU를 사용 중인 프로세스로부터 CPU 자원을 빼앗아 다른 프로세스에 할당할 수도 있고, CPU를 사용 중인 프로세스의 작업이 끝날 때까지 다른 급한 프로세스를 기다리게 할 수도 있습니다.
이 방법을 선점형 스케줄링과 비선점형 스케줄링이라고 합니다.
선점형(Preemptive)
Preemptive는 선점이라고 합니다.
의미대로 특정 프로세스가 CPU를 점유하고 있는 동안 특정 프로세스의 작업이 끝나지 않았는데, 다른 프로세스가 해당 CPU를 강제로 선점하는 경우를 말합니다.
비선점형(Non-Preemptive)
Non-Preemptive는 비선점이라고 하고 Preemptive의 반대입니다.
특정 프로세스가 CPU를 점유하고 있으면 프로세스의 상태가 waiting으로 변하거나 종료될 때까지 다른 프로세스가 CPU를 점유하지 못하는 경우를 말합니다.
즉, 비선점형 스케줄링은 하나의 프로세스가 자원 사용을 독점할 수 있는 스케줄링 방싟입니다.
현재 대부분의 운영체제는 선점형 스케줄링 방식을 사용하고 있지만 선점형 스케줄링과 비선점형 스케줄링은 각각 장단점을 가지고 있습니다.
선점형 스케줄링은 어느 한 프로세스의 자원 독점을 막고 프로세스들에 골고루 자원을 배분할 수 있다는 장점이 있지만, 그만큼 문맥 교환 과정에서 오버헤드가 발생할 수 있습니다.
비선점형 스케줄링은 문맥 교환의 횟수가 선점형 스케줄링보다 적기 때문에 문맥 교환에서 발생하는 오버헤드는 선점형 스케줄링보다 적지만, 하나의 프로세스가 자원을 사용 중이라면 당장 자원을 사용해야 하는 상황에서도 무작정 기다리는 수밖에 없기 때문애 모든 프로세스가 자원을 골고루 자원을 사용할 수 없습니다.
이상으로 CPU 스케줄링에 대해서 간단하게 알아봤습니다.
참고
- KOCW - 운영체제, 양희재 교수님
- 혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제
