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💡 11장 : CPU 스케줄링-
CPU 스케줄링
- 운영체제가 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 것
- 컴퓨터 성능과 직결되는 문제
- 현명하게 배분하지 못하면 프로세스들이 실행되지 않거나, 무질서한 상태가 발생
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프로세스 우선순위
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준비 상태인 프로세스들이 cpu 사용하고 싶다고 쫄라대면?
→ 차례대로 사용하게 한다 (X)
⇒ 프로세스 마다 우선순위가 있기 때문에 좋지 않는 방법!
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우선 순위가 높은 프로세스?
- 빨리 처리해야 하는 프로세스
- 우선순위⬆️ = 입출력 작업이 많은 프로세스
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입출력 작업이 많은 프로세스 먼저 하는 게 왜 효율적?
→ 프로세스 CPU와 입출력장치 모두 사용
→ 프로세스 실행 상태와 대기 상태를 반복 실행
→ 프로세스 종류마다 입출력장치를 이용하는 시간, CPU를 이용하는 시간의 양 차이 O
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입출력 집중 프로세스
- 실행 상태 < 입출력을 위한 대기 상태에 더 많이 머무르게 됨
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CPU 집중 프로세스
- 대기 상태 < 실행 상태 에 더 많이 머무르게 됨
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CPU 버스트와 입출력 버스트
- CPU 버스트 → CPU를 이용하는 작업
- 입출력 버스트 → 입출력장치를 기다리는 작업
- 프로세스 → 두 개 반복적으로 실행되는데 많이하는 쪽이 이름 붙는 것
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입출력과 CPU 동일한 빈도 가능(X) → 비합리적
→ 입출력을 먼저 사용하면 cpu를 한번에 처리해서 빨리 처리 할 수 있음
⇒ 상황에 맞게 프로세스가 cpu 이용할 수 있게 하기 위해 프로세스 우선순위 부여함
⇒ PCB 우선순위 명시 → 기준으로 프로세스 처리 결정
➡️ 자연스럽게 우선순위 높은 프로세스 더 많이 자주 실행
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PCB 우선순위에 적힌 것부터 사용 → CPU 사용 끝 → 다음 프로세스 찾기 위해 운영체제가 일일이 프로세스 PCB 찾는 것 ➡️ 비효율
운영체제 ⇒ 줄 서서 기다리길 원함
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원하는 프로세스끼리 구현하고 관리해 줌
-
스케줄링은 무조건 선입선출 필요 X
⇒ 운영체제 → 메모리, 입출력장치 생성되는 프로세스 큐 삽입 (줄 세움)
- 큐 → 운영체제 관리 ⇒ 다양한 종류 O
- 준비 큐
- CPU를 이용하고 싶은 프로세스들이 서는 줄
- 대기 큐
- 입출력장치를 이용하기 위해 대기 상태에 접어든 프로세스들이 서는 줄
- 준비 큐
- 준비 상태 프로세스들의 PCB → 준비 큐 마지막 삽입 → CPU 사용할 차례 기다림
- 우선순위가 높은 프로세스 → 먼저 큐 삽입
- 입출력 완료
- 대기 상태에서 작업 완료된 PCB 찾음
- 준비된 상태로 바뀜(준비 큐 이동)
- 대기 큐 삭제
프로세스 상태 다이어그램을 이용해 상세하게 만들 수 있음
- 실행중인 프로세스가 있는데 다른 프로세스가 급하게 요청한다면?
- 사용 중인 프로세스로부터 CPU 자원을 빼앗아 다른 프로세스에 할당 → 선점형 스케줄링
- 끝날 때까지 기다리게 하기 → 비선점형 스케줄링
- 선점형 스케줄링
- CPU를 비롯한 자원을 사용하고 있더라도 강제로 빼앗아 다른 프로세스에 할당할 수 있는 스케줄링 방식
- 하나의 프로세스가 자원 사용을 독점할 수 없는 스케줄링 방식
- 비선점형 스케줄링
- 자원을 사용하고 있다면 그 프로세스가 종료, 스스로 대기 상태에 접어들기 전 다른 프로세스가 끼어들 수 없는 스케줄링 방식
운영체제 ⇒ 선점형 스케줄링 > 비선점형 스케줄링
| 스케줄링 종류 | 선점형 스케줄링 | 비선점형 스케줄링 |
|---|---|---|
| 장점 | - 자원 독점 X - 골고루 자원 배분 가능 |
- 오버헤드 발생 적음 |
| 단점 | - 문맥 교환 과정에서 오버헤드 발생 - 오버헤드(문맥 교환하는 중에는 다른 작업 X) |
- 기약없는 기다림 - 골고루 자원 사용 X |
- 종류는 매우 다양하고 운영체제 저마다 서로 다른 스케줄링 알고리즘을 이용
- 용어 X 아이디어 O
| 알고리즘 종류 | 선입 선처리 스케줄링 | 최단 작업 우선 스케줄링 | 라운드 로빈 스케줄링 | 최소 잔여 시간 우선 스케줄링 | 우선순위 스케줄링 | 다단계 큐 스케줄링 | 다단계 큐 피드백 스케줄링 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 스케줄링 이름 | FCFS 스케줄링 (비선점형 스케줄링) |
SJF 스케줄링 (비선점형 스케줄링 알고리즘) |
선입 선처리 스케줄링 + 타임 슬레드(정해진 시간) 선점형 스케줄링 |
SRT 스케줄링 최단 작업 우선 스케줄링 + 라운드 로빈 스케줄링 |
우선순위 부여 높은 우선순위 프로세스 실행 |
우선순위 스케줄링 발전된 형태 | 다단계 큐 스케줄링 발전된 형태 (기아현상 발생 보안) |
| 스케줄링 내용 | 순서대로 프로세스들을 처리 | 길이가 짧은 프로세스부터 실행 | 정해진 타임 슬라이드만큼의 시간 동안 돌아가며 CPU 사용 | 프로세스들은 정해진 타임 슬레이드만큼 CPU를 사용함 CPU 사용할 다음 프로세스는 남아있는 작업 시간이 가장 적은 프로세스 선택 |
최단 작업 우선 스케줄링 작업 시간 짧은 프로세스에 높은 우선순위 최소 잔여 시간 우선 스케줄링 남은 시간이 짧은 프로세스에 높은 우선순위 |
우선순위별로 준비 큐에 있는 프로세스들을 먼저 처리 우선순위가 가장 높은 큐가 비어있으면 다음 우선순위 큐 프로세스 처리 |
우선순위 높은 큐 삽입 일정 시간 동안 실행 일정 시간 안에 끝내지 못하면? → 다음 우선순위 큐 삽입 실행 → CPU 오래 사용할수록 점점 우선순위 낮아짐(에이징 기법) ⇒ CPU 사용량에 따라 우선순위 달라짐(에이징 기법) |
| 장 단점 | 공정함 기다리는 시간 길어짐 |
정해진 시간내로 끝내지 못했다면? → 문맥 교환 발생 타임 슬레이드 중요 많으면 호위 효과 없으면 문맥 교환 |
기아 현상 우선순위가 낮은 프로세스는 무기한 연기 에이징(기아 현상 방지) 오랫동안 대기한 프로세스의 우선순위를 점차 높임 |
유형별로 우선순위 구분 편리 |
라운드 로빈 스케줄링 예시
- CPU 스케줄링 개요
- CPU 스케줄링은 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 방법을 의미
- 프로세스는 우선순위를 가지고 있고, 이는 PCB에 명시
- 운영체제는 효율적인 스케줄링을 위해 스케줄링 큐를 사용
- 준비 큐는 CPU 할당을 기다리는 프로세스들을 위한 큐 의미
- 대기 큐는 입출력장치를 기다리는 프로세스들을 위한 큐를 의미
- 선점형 스케줄링은 프로세스가 이용중인 자원을 빼앗을 수 있음
- 비선점형 스케줄링은 프로세스가 이용중인 자원을 뺴앗을 수 없음
- CPU 스케줄링 알고리즘
- 선입 선처리 스케줄링 알고리즘은 준비 큐에 삽인된 순서대로 CPU를 할당함
- 최단 작업 우선 스케줄링 알고리즘은 준비 큐에 삽인된 프로세스들 중 CPU 사용 기간의 길이가 가장 짧은 프로세스부터 CPU 할당
- 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘은 장해진 시간만큼만 돌아가며 CPU를 할당
- 우선순위 스케줄링 알로기름은 가장 높은 우선순위를 가진 프로세스에 CPU를 할당
- 다단계 피드백 큐 스케줄링 알고리즘은 프로세스들이 큐 사이를 이동할 수 있는 다단계 큐 스케줄링