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1. 프로세스 스케줄링
1.1. 프로세스 스케줄링
•
스케줄링
◦
여러가지 작업의 처리 순서를 결정하는 것
◦
예) 프로세스 스케줄링, 디스크 스케줄링
•
프로세스 스케줄링
◦
주어진 프로세스가 여러개인 경우, 프로세스 처리 순서를 결정하는 것
1.2. 스케줄링 단계
1.
작업 큐
•
시스템에 들어오는 작업들
2.
상위단계 스케줄링
•
시스템의 자원을 효율적으로 이용할 수 있도록 함
3.
준비 큐
4.
하위단계 스케줄링
5.
중간단계 스케줄링
•
시스템에 대한 단기적인 부하를 조절
•
예시)
•
하위 단계 스케줄링
◦
준비 큐에 있는 프로세스를 선택하여 사용 가능한 CPU를 할당(디스패치) 하는 역할
◦
수행 주체: 디스패처(dispatcher)
1.3. 스케줄링 목표
•
공정성
◦
모든 프로세스가 적정 수준에서 CPU 작업을 할 수 있게 함
•
균형
◦
시스템 자원이 충분히 활용될 수 있게 함
•
운영체제의 유형에 따른 스케줄링의 목표
◦
일괄처리 운영체제
▪
처리량 극대화
•
주어진 시간에 처리한 프로세스 수
▪
반환시간의 최소화
•
프로세스 생성 시점부터 종료시점까지의 소요시간
▪
CPU 활용의 극대화
◦
시분할 운영체제
▪
빠른 응답시간
•
요청한 시점부터 반응이 시작되는 시점까지의 소요시간
▪
과다한 대기시간 방지
•
프로세스가 종료될때까지 준비 큐에서 기다린 시간의 합
◦
실시간 운영체제
▪
처리기한 맞춤
1.4. 스케줄링 정책
•
스케줄링 목표에 따라 우선적으로 고려해야할 기본적인 정책
◦
선점 스케줄링 정책
◦
비선점 스케줄링 정책
•
선점 스케줄링 정책
◦
실행중인 프로세스에 인터럽트를 걸고 다른 프로세스에 CPU를 할당할 수 있는 스케줄링 방식
◦
높은 우선순위의 프로세스를 우선 처리해야하는 경우에 유용
▪
실시간 시스템, 시분할 시스템
◦
컨텍스트 스위칭에 따른 오버헤드 발생
▪
운영체제는 컨텍스트 스위칭이 매우 빠르게 실행되도록 만들어져야 함
•
비선점 스케줄링 정책
◦
실행중인 프로세스를 바로 준비상태로 전이시킬 수 없는 스케줄링 방식
◦
CPU를 할당받아 실행이 시작된 프로세스는 대기 상태나 종료상태로 전이될때까지 계속 실행상태에 있게 됨
◦
강제적인 컨텍스트 스위칭이 없어 오버헤드가 발생하지 않음
◦
긴 프로세스가 실행중이라면 짧은 프로세스가 오래 기다리게 되는 경우 발생
1.5. 컨텍스트 스위칭
•
문맥 (context)
◦
CPU의 모든 레지스터와 기타 운영체제에 따라 요구되는 프로세스와 상태
•
문맥 교환 (context switching)
◦
CPU가 현재 실행하고 있는 프로세스의 문맥을 PCB에 저장하고 다른 프로세스의 PCB로부터 문맥을 복원하는 작업
1.6. 스케줄링의 평가 기준
•
평균 대기 시간
◦
각 프로세스가 수행이 완료될 때까지 준비 큐에서 기다리는 시간의 합의 평균값
•
평균 반환 시간
◦
각 프로세스가 생성된 시점부터 수행이 완료된 시점까지의 소요시간의 평균값
2. 스케줄링 알고리즘
•
비선점
◦
FCFS
◦
SJF
◦
HRN
•
선점
◦
SRT
◦
RR
◦
다단계 피드백 큐 스케줄링
2.1. FCFS 스케줄링
•
특징
◦
FCFS (First-Come First-Served)
◦
비선점 방식
◦
준비큐에 도착한 순서에 따라 디스패치
•
장점
◦
가장 간단한 스케줄링 기법
•
단점
◦
짧은 프로세스가 긴 프로세스를 기다리거나, 중요한 프로세스가 나중에 수행 될 수 있음
▪
시분할 운영체제나 실시간 운영체제에 부적합
◦
프로세스의 도착순서에 따라 평균 반환 시간이 크게 변함
•
예시)
2.2. SJF 스케줄링
•
특징
◦
SJF (Shortest Job First)
◦
비선점 방식
◦
준비 큐에서 기다리는 프로세스 중 실행시간이 가장 짧다고 예상되는 것을 먼저 디스패치
•
장점
◦
일괄처리 환경에서 구현하기 쉬움
•
단점
◦
실제로는 먼저 처리할 프로세스의 CPU 시간을 예상할 수 없음
◦
새로 들어온 짧은 프로세스가 긴 프로세스를 기다리거나 중요한 프로세스가 나중에 수행될 수 있음
▪
시분할/실시간 운영체제에 부적합
•
예시)
2.3. SRT 스케줄링
•
특징
◦
SRT (Shortest Remaining Time)
◦
선점 방식
▪
SJF 알고리즘을 선점 방식으로 변경한 것
◦
준비 큐에서 기다리는 프로세스 중 남은 실행시간이 가장 짧다고 예상되는 것을 먼저 디스패치
•
장점
◦
SJF보다 평균대기시간이나 평균반환시간에서 효율적임
•
단점
◦
실제로는 프로세스의 CPU 시간을 예상할 수 없음
◦
각 프로세스의 실행시간 추적, 선점을 위한 컨텍스트 스위칭 등 SJF보다 오버헤드가 큼
•
예시)
2.4. RR 스케줄링
•
특징
◦
RR (Round Robin)
◦
선점 방식
◦
준비 큐에 도착한 순서대로 디스패치하지만 정해진 시간 할당량에 의해 실행 제한
◦
시간 할당량 안에 종료하지 못한 프로세스는 준비 큐의 마지막에 배치됨
•
장점
◦
CPU를 독점하지 않고 공평하게 이용
▪
시분할 운영체제에 적합
•
단점
◦
시간 할당량이 너무 크면 FCFS 스케줄링과 동일
◦
시간 할당량을 너무 작으면 너무 많은 문맥 교환으로 인해 오버헤드 발생
•
예시)
2.5. HRN 스케줄링
•
특징
◦
HRN (Highest Response Ratio Next)
◦
비선점 방식
◦
준비큐에서 기다리는 프로세스 중 응답 비율이 가장 큰것을 먼저 디스패치
▪
응답 비율
▪
예상실행시간이 짧을수록, 대기시간이 길수록 응답비율이 커짐
•
장점
◦
SJF 스케줄링의 단점 보완
◦
예상실행시간이 긴 프로세스도 오래 대기하면 응답비율이 커져 나중에 들어오는 짧은 프로세스보다 먼저 디스패치 가능
•
단점
◦
실제로는 프로세스의 CPU 시간을 예상할 수 없음
•
예시)
2.6. 다단계 피드백 큐 스케줄링
•
특징
◦
선점 방식
◦
I/O 중심 프로세스와 연산 중심 프로세스의 특성에 따라 서로 다른 시간 할당량 부여
▪
I/O 위주 프로세스는 높은 우선권 유지
▪
연산 위주의 프로세스는 낮은 우선권이지만 긴 시간 할당량 부여 받음
◦
단계 1부터 단계 n까지 하나씩 준비 큐 존재
◦
단계 k는 단계 k+1에 피드백
◦
단계가 커질수록 시간 할당량도 커짐
•
스케줄링 방법
◦
디스패치 후 대기상태로 갔다가 준비가 될 때에는 현재와 동일한 단계의 준비 큐에 배치
◦
시간 할당량을 다 썼으면 다음 단계의 준비큐로 이동 배치
◦
단계 k의 준비 큐에 있는 프로세스가 디스패치되려면 단계 1부터 단계 k-1까지의 모든 준비 큐가 비어있어야함
•
예시)
2.7. 스케줄링 알고리즘 비교
•
연관 관계
