프로세스를 스케줄링 하기 위해서 사용하는 Queue는 3가지가 존재한다.
그런데, 이를 알기 전 왜 스케줄링을 해야할까?

이전 글에 PCB에 관해서 정리를 한 내용이 있는데 이를보면 PCB에 존재하는 다양한 정보 중 한 가지, 바로 프로세스의 상태를 알려주는 정보가 있다.

CPU를 점유중인 한 프로세스가 입출력 요청에 의해 Wait으로 변경이 되었다. 그런데 해당 정보가 Wait에서 Ready 상태로 돌아올 때 까지 계속 기다리고만 있는다면 이는 얼마나 비효율적인가?

스케줄링이 필요한 이유는, 이러한 비효율적인 과정을 줄이기 위함이며, 이러한 스케줄링은 다중 프로그램을 지원하는 운영체제에서는 정말 중요하며, 필수적인 요소이다.

다시 본론으로 돌아와서 스케줄링에서 사용하는 Queue는 3가지가 존재한다고 맨 처음에 언급하였다.

• Job Queue : 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스들의 집합
• Ready Queue : 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
• Device Queue : Device I/O 작업을 대기하고 있는 프로세스의 집합

이렇게 총 3개의 Queue가 존재하는데, 이러한 Queue에 따라서 스케줄러의 종류에도 크게 3가지로 나뉘게 된다.

장기 스케줄러

장기 스케줄러는 Long-term Scheduler 이지만, Job Scheduler 라고 한다.
이는 무엇일까?

이 장기 스케줄러는 어떤 프로세스를 준비 큐에 삽입할 지 결정하는 역할을 한다.
이게 무슨소리인가 싶을것이다.

디스크에서 하나의 프로그램을 가져온다. 이를 사용하기 위해서는 커널에 등록을 해야 프로세스가 되는데, 이 때 디스크에서 어떤 프로그램을 가져와 커털에 등록할 지 결정을 해주는 역할을 하는 스케줄러 이다.

그런데 이는 왜 필요한것일까?

한 가지 예시를 들어보자.

내가 수행을 해야하는 Job은 50개라고 하자. 그런데, 메모리에는 최대 30개밖에 올릴 수 없는 상황이다.
이럴 때 어떻게 해야할까? 이 때 우리는 어떤것을 메모리에 올릴지 고민을 하게되는데, 이 스케줄러는 이러한 역할을 해준다.
여기서 먼저 적재시킬 프로그램을 선정하는 과정에서는 CPU Bound 인지 I/O Bound 인지 구분하여 적절히 Queue에 올려주는 역할을 하게된다.

즉, 한계치를 넘는 작업을 수행해야 할 때 이 스케줄러가 우선순위를 정해주어 더욱 효율적으로 작업을 진행할 수 있도록 도와주게 된다.

하.지.만. 요즘에는 장기 스케줄러는 없다고 한다.
왜 그럴까?

이유는, 가상메모리(Virtual Memory Management)의 발달로 인해 없어졌다고 한다.
물리적인 메모리에는 한계가 있지만, 가상의 메모리에는 제한이 없는것 처럼(실제로 무한은 아니다) 운영체제가 서비스를 해주기 때문에 50개중 30개가 아닌 50개를 다 올려버린다.

단기 스케줄러

단기 스케줄러는 CPU 스케줄러 라고도 한다. 왜 이렇게 불리울까?

이는 어떤 프로세스를 다음 번에 실행 상태로 만들것인지를 결정하는 스케줄러 이다.
일반적으로 우리가 “스케줄러!” 라고 하면 단기 스케줄러를 의미하는 경우가 많으며, 이 스케줄러는 스케줄러 알고리즘에 따라서 CPU에 어떤 프로세스를 할당할 지 선택을 하게 된다.

위에 언급한 스케줄링 알고리즘에는 크게 두 가지가 있다.

• 선점 스케줄링
  • 우선순위가 높은 프로세스가 긴급 처리되어야 할 때 유용하며, 모든 프로세스를 프로세서에 할당할 수 있는 기회가 생긴다.
  • 하지만, 잦은 컨텍스트 스위칭으로 인하여 오버헤드가 높다.
• 비선점 스케줄링
  • 실행시간이 짧은 프로세스가 먼저 자원을 가질 수 있어 평균 대기시간이 짧다.
  • 하지만, 긴 프로세스는 짧은 프로세스에게 밀려 프로세스가 기아상태에 빠질 수 있다.

중기 스케줄러

이는 메모리에 적재된 프로세스를 관리해주는 스케줄러 이다.

이 중기 스케줄러에는 4가지의 개념이 등장한다.

• Swaping
• Trashing
• Swap Out
• Swap In

Swaping

장기 스케줄러와 마찬가지로, 메모리에 올라와있는 프로세스의 수를 조절하는것.

trashing, swap out, swap in 이들을 전체적으로 Swaping이라고 한다.

Trashing

여러개의 프로세스가 작동을 하고 있고, 이 프로세스들에게 메모리가 모두 할당이 되면 CPU 수행에 필요한 프로세스의 주소 공간조차도 메모리에 올려놓기 어려운 상황이 생기는데, 이렇게 되면 디스크 I/O가 수시로 발생하여 시스템의 성능이 심각하게 저하가 된다.

이 때 생기는 개념이 Trashing인데 , 가상메모리 체계에서 너무 많은 프로스세스가 적재되면 하드디스크 입출력이 과다해져서 시스템이 거의 멈추는 현상을 Trashing이라고 한다.

Swap Out

Trashing이 발생했을 때 프로세스중 일부의 메모리를 통째로 빼앗아 그 내용을 디스크의 스왑 영역에 적재를 해 놓는다. 이 행위를 Swap Out 이라고 한다.

이 때, 디스크로 Swap Out 시킬 프로세스는 봉쇄 상태(중단 상태)에 있는 프로세스부터 아웃 시킨다. 이 후에도 문제가 해결되지 않으면 타이머 언터럽트가 발생되어 준비큐로 프로세스를 이동하는 Swap Out을 진행한다.

Swap In

Swap Out이 생긴 뒤 메모리에 여유가 생기면 Swap Out된 메모리를 다시 적재(Swap In)한다.