[CPU 스케줄링] CPU 스케줄링 개요

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CPU 스케줄링

운영체제가 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 것이다. 이는 컴퓨터 성능과도 직결되는 문제이다. 프로세스들에게 현명하게 CPU를 배분하지 못하면 무질서한 상태가 발생할 수 있기 때문이다.

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프로세스 우선순위

• 우선순위가 높은 프로세스는 빨리 처리해야하는 프로세스이다.
  • ex.입출력 작업이 많은 프로세스
  • ps -el 명령어를 통해 우선순위를 확인할 수 있고, nice 명령어를 통해 일부 프로세스의 우선순위를 변경할 수도 있다.
• 대부분의 프로세스는 CPU와 입출력장치를 모두 사용하며 실행된다. 즉, 프로세스는 실행 상태와 대기 상태를 반복하며 실행된다.
• 프로세스 종류마다 입출력장치를 이용하는 시간과, CPU를 이용하는 시간의 양에는 차이가 있다.
  • 입출력 집중 프로세스: 입출력을 위한 대기상태에 더 많이 머무른다.
    • ex.비디오 재생, 디스크 백업 작업
  • CPU 집중 프로세스: 실행 상태에 더 많이 머무른다.
    • ex.복잡한 수학 연산, 컴파일, 그래픽 처리 작업
• 프로세스의 중요도에 맞게 프로세스가 CPU를 이용할 수 있도록 하기 위해 운영체제는 프로세스마다 우선순위를 부여한다.
• 운영체제는 각 프로세스의 PCB에 우선순위를 명시하고, PCB에 적힌 우선순위를 기준으로 먼저 처리할 프로세스를 결정한다. 이때, 우선순위가 높은 프로세스는 더 빨리, 더 자주 실행된다.

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✚ CPU 버스트, 입출력 버스트

• CPU 버스트: CPU를 이용하는 작업
• 입출력 버스트: 입출력장치를 기다리는 작업

=> 즉, 프로세스는 일반적으로 CPU 버스트와 입출력 버스트를 반복하며 실행된다.

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스케줄링 큐

• 운영체제가 매번 일일이 모든 PCB를 검사하여 먼저 자원을 이용할 프로세스를 결정하는 일은 매우 번거롭고, 시간이 많이 소요된다. 그래서 운영체제는 프로세스들에게 줄을 서서 기다릴 것을 요구한다. 운영체제는 이 줄을 스케줄링 큐로 구현하고 관리한다.
• 참고로 여기서 큐는 반드시 선입선출 방식일 필요는 없다.
• 즉, 운영체제는 메모리에 적재되고 싶은 프로세스들, CPU를 사용하고 싶은 프로세스들, 특정 입출력장치를 사용하고 싶은 프로세스들을 모두 줄 세운다.

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운영체제가 관리하는 큐로는 대표적으로 준비 큐, 대기 큐가 있다.

준비 큐

• CPU를 이용하고 싶은 프로세스들이 서는 줄

대기 큐

• 입출력장치를 이용하기 위해 대기 상태에 접어든 프로세스들이 서는 줄

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선점형과 비선점형 스케줄링

선점형 스케줄링

• 운영체제가 프로세스로부터 자원을 강제로 빼앗아 다른 프로세스에 할당할 수 있는 스케줄링 방식이다.
• 대부분의 운영체제는 선점형 스케줄링 방식을 차용하고 있다.
• 장점: 자원 독점을 막고, 프로세스들에게 골고루 자원을 배분할 수 있다.
• 단점: 문맥 교환 과정에서 오버헤드가 발생할 수 있다.

비선점형 스케줄링

• 하나의 프로세스가 자원을 사용하고 있다면 그 프로세스가 종료되거나 스스로 대기 상태에 접어들기 전까진 다른 프로세스가 끼어들 수 없는 스케줄링 방식이다.
• 장점: 오버헤드는 선점형 스케줄링보다 적다.
• 단점: 모든 프로세스가 골고루 자원을 사용할 수 없다.