[IT 기술면접 준비자료] CPU 스케줄링 기법 (선점 스케줄링, 비선점 스케줄링)

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  [IT 기술면접 준비자료] Process와 Thread의 비교

 프로세스(Process)가 구동하려면 다양한 시스템 자원이 필요하다. 대표적으로 CPU(중앙처리장치)와 입출력장치가 있는데, 최고의 성능을 내기 위해 자원을 어떤 프로세스에 얼마나 할당하는지 정책을 만드는 것을 CPU스케줄링이라고 한다. CPU스케줄링에 대해 알아보기 전에, 왜 필요한지 짚고 넘어갈 필요가 있다. (스케줄링 기법에 어떤 것들이 있는지 외우는 것보다 중요하다.)

프로세스의 생명주기

 

 라면을 끓일 때, 물이 끓을 때까지 멍하니 기다리지는 않을 것이다. 라면 봉투를 미리 뜯어 놓기, 스프 미리넣기, 각종 재료를 미리 준비하기 등을 물이 끓는 것을 기다리면서 할 것이다. 여기서 CPU스케줄링을 착안하면 되겠다. 프로세스는 작업(Job)을 완료할 때까지 다양한 상태가 되는데, 우리가 주목해야할 것은 'Waiting'이다. 

 프로세스가 CPU를 점유하여 작업을 수행하는 도중 I/O 또는 Interrupt가 발생하면 일시적으로 프로세스는 CPU를 사용하지 않게 된다. 하지만 계속 점유하고 있다. 이러한 상황을 줄여, CPU를 최대한 활용하면 시스템의 성능 개선을 꾀할 수 있다. 결국, "어떻게 프로세스들이 CPU를 효율적으로 사용하게 할 것인가?" 라는 고민에서 CPU 스케줄링이 출발한다고 할 수 있다.

중앙처리장치는 컴퓨터의 두뇌와 같은 역할을 한다.

 

 본격적으로 CPU 스케줄링에 대해 알아보겠다. CPU 스케줄링은 크게 두 가지로 분류되는데, 선점(Preemptive)스케줄링과 비선점(Non-Preemptive)스케줄링이다.

선점스케줄링

 - CPU가 어떤 프로세스에 의해 점유 중일 때, 우선 순위가 높은 프로세스가 CPU를 차지할 수 있음

 

 - 우선 순위가 높은 프로세스를 빠르게 처리해야할 경우 유용.

 

 - 선점이 일어날 경우, 오버헤드가 발생하며 처리시간을 예측하기 힘듦.

 선점 스케줄링의 경우 위와 같은 특징이 있으며, 비선점 스케줄링은 선점 스케줄링과 반대이다. 선점 스케줄링의 경우에는 I/O요청, I/O응답, Interrupt발생, 작업완료 등의 상황에서 스케줄링이 일어날 수 있다. 하지만 비선점 스케줄링의 경우 프로세스가 스스로 CPU를 놓아주는 시점(작업이 완료되는 시점)에만 스케줄링이 일어난다. 

(비)선점 스케줄링에 각각 속하는 CPU 스케줄링 알고리즘 기법은 다양하다. 그 알고리즘에 대해 간략히 소개하도록 하겠다.

1. 선점 스케줄링

1-1. SRT(Shortest Remaining Time) 스케줄링: 짧은 시간 순서대로 프로세스를 수행한다. 남은 처리 시간이 더 짧은 프로세스가 Ready 큐에 들어오면 그 프로세스가 바로 선점됨. 아래에 소개할 SJF의 선점 버전이라고 할 수 있다.

1-2. 라운드로빈(Round-Robin)스케줄링: 각 프로세스는 같은 크기의 CPU 시간을 할당 받고 선입선출에 의해 행된다. 할당시간이 너무 크면 선입선출과 다를 바가 없어지고, 너무 작으면 오버헤드가 너무 커진다.

   1-3. 다단계 큐(Multi-level Queue) 스케줄링: Ready큐를 여러 개 사용하는 기법. 각각의 큐는 자신의 스케줄링 알고리즘을 수행하며, 큐와 큐 사이에도 우선순위를 부여한다.

   1-4. 다단계 피드백 큐 스케줄링: 다단계 큐와 비슷하나 프로세스들이 큐를 이동할 수 있다.

2. 비선점 스케줄링

1-1.  HRN(Highest response ratio next) 스케줄링: 긴 작업과 짧은 작업간의 지나친 불평등을 어느 정도 보완한 기법. 수행시간의 길이와 대기 시간을 모두 고려해 우선순위를 정한다.

1-2. SJF(Shortest Job First) 스케줄링: 큐 안에 있는 프로세스 중 수행시간이 짧은 것을 먼저 수행. 평균 대기 시간을 감소시킨다.

1-3. 우선순위(priority) 스케줄링: 프로세스에게 우선순위를 정적, 혹은 동적으로 부여하여 우선순위가 높은 순서대로 처리한다. 동적으로 부여할 경우, 구현이 복잡하고 오버헤드가 많다는 단점이 있으나, 시스템의 응답속도를 증가시킨다.

1-4. 기한부(Deadline) 스케줄링: 작업을 명시된 시간이나 기한 내에 완료하도록 계획.

1-5. FIFO 스케줄링: 프로세스들은 Ready큐에 도착한 순서대로 CPU를 할당 받는다. 작업 완료 시간을 예측하기 매우 용이하다. 하지만 덜 중요한 작업이 중요한 작업을 기다리게 할 수도 있다.

지금까지 CPU 스케줄링과 알고리즘에 대해 간략히 알아보았다. CPU 스케줄링은 운영체제가 사용자도 모르는 새 자동으로 진행하는 작업이다. 프로세스와 비슷한 성질을 띠는 스레드의 경우, 프로그램 개발자가 스케줄링 관련 코드를 삽입해야 한다.

-끝-

출처

그림1: http://stackoverflow.com/questions/29586950/basic-cpu-scheduling-waiting-to-ready

그림2: http://taeeun83.com/?tag=cpu

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