🚀 CPU 스케줄링, 이게 뭐길래? 🤔

오늘의 이야기

매일 같이 Insight를 얻기 위해 재미있는 주제로 이메일 보내주는 플랫폼이 있는데 흥미로운 주제가 있어서 정리해보았습니다. 우리는 컴퓨터를 사용할 때 여러 프로그램을 동시에 실행하는데, 이 과정에서 운영체제가 어떤 프로세스에 CPU를 먼저 할당할 것인지를 결정하는 것이 바로 CPU 스케줄링입니다. 이번 글에서는 CPU 스케줄링의 개념과 다양한 알고리즘을 쉽고 재미있게 정리해 보겠습니다! 😎

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CPU 스케줄링이란? 🤖

CPU 스케줄링이란 여러 프로세스가 CPU를 효율적으로 사용할 수 있도록 운영체제가 프로세스를 관리하는 방법을 의미합니다. 하나의 CPU를 여러 프로세스가 동시에 사용하는 것은 불가능하기 때문에, 운영체제가 어떤 프로세스에게 언제 CPU를 할당할지 결정하는 역할을 합니다.

선점형(Preemptive) vs. 비선점형(Non-Preemptive) 스케줄링

🔹 선점형 스케줄링: 실행 중인 프로세스를 중단하고, 다른 프로세스가 CPU를 사용할 수 있도록 하는 방식. 문맥 교환(Context Switching)이 발생할 수 있음.

🔹 비선점형 스케줄링: 실행 중인 프로세스가 끝날 때까지 다른 프로세스가 CPU를 사용할 수 없는 방식. 문맥 교환이 없지만, 긴 실행 시간을 가진 프로세스가 있으면 대기 시간이 길어질 수 있음.

📌 비유하자면?

• 선점형: 카페에서 주문을 하다가 갑자기 급한 일이 생기면 다른 사람이 먼저 주문을 받을 수 있는 것! ☕
• 비선점형: 한 사람이 주문을 마칠 때까지 기다려야 하는 방식! ⏳

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다양한 CPU 스케줄링 알고리즘 🏁

1️⃣ 선입선출 (FCFS, First Come First Served)

• 원리: 먼저 도착한 프로세스가 먼저 실행됨
• 장점: 간단하고 공정함
• 단점: 긴 작업이 먼저 도착하면 다른 프로세스가 오래 기다려야 하는 호위 효과(Convoy Effect) 발생 가능

🖥 예제

프로세스 | 도착 시간 | 실행 시간
P1      | 0       | 5
P2      | 1       | 3
P3      | 2       | 2

실행 순서: P1 → P2 → P3

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2️⃣ 최단 작업 우선 (SJF, Shortest Job First)

• 원리: 실행 시간이 가장 짧은 프로세스부터 실행
• 장점: 평균 대기 시간을 최소화할 수 있음
• 단점: 긴 작업이 계속 밀리면서 실행되지 못하는 기아 현상(Starvation) 발생 가능

🖥 예제

프로세스 | 실행 시간
P1      | 6
P2      | 2
P3      | 8
P4      | 3

실행 순서: P2 → P4 → P1 → P3

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3️⃣ 라운드 로빈 (RR, Round Robin)

• 원리: 각 프로세스에게 동일한 시간 할당량을 부여하고, 순환하면서 CPU를 실행
• 장점: 응답 시간이 개선되며, 모든 프로세스가 일정하게 CPU를 사용할 수 있음
• 단점: 시간 할당량이 너무 작으면 문맥 교환(Context Switching) 오버헤드 증가

🖥 예제 (Time Quantum = 2)

프로세스 | 실행 시간
P1      | 5
P2      | 3
P3      | 6

실행 순서: P1(2) → P2(2) → P3(2) → P1(2) → P3(2) → P1(1) → P3(2)

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4️⃣ 다단계 큐 (Multilevel Queue Scheduling)

• 원리: 프로세스를 여러 개의 큐로 분류하고, 각 큐에 다른 스케줄링 알고리즘을 적용
• 예제:
  • 높은 우선순위 큐: 사용자 인터페이스 작업 (라운드 로빈)
  • 낮은 우선순위 큐: 백그라운드 작업 (FCFS)
• 장점: 우선순위가 높은 작업을 빠르게 실행할 수 있음
• 단점: 우선순위가 낮은 프로세스는 오랫동안 실행되지 않을 수도 있음 (기아 현상)

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기아 현상과 해결 방법 🌟

기아 현상(Starvation)이란 우선순위가 낮은 프로세스가 계속 실행되지 못하고 대기 상태에 빠지는 문제를 의미합니다. 이를 해결하는 방법으로 에이징(Aging) 기법을 사용할 수 있습니다.

✔ 에이징(Aging) 기법

• 오래 대기한 프로세스의 우선순위를 점진적으로 증가시켜 결국 실행될 수 있도록 함
• 즉, 기다린 시간이 길수록 실행될 확률이 높아짐!

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✨ 마무리하며

CPU 스케줄링 알고리즘은 시스템 성능과 응답 시간에 큰 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 어떤 알고리즘을 선택하느냐에 따라 시스템의 응답 속도와 효율성이 달라질 수 있습니다.

🚀 한 줄 요약: 운영체제는 여러 개의 프로세스를 효율적으로 실행하기 위해 다양한 CPU 스케줄링 알고리즘을 사용한다!

이제 여러분도 CPU 스케줄링의 원리를 이해하고, 적절한 알고리즘을 선택하는 데 도움이 되었길 바랍니다! 😊