[CS] CPU 스케줄링 알고리즘

박상민·2023년 8월 17일
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Computer Science

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CPU 스케줄러는 CPU 스케줄링 알고리즘에 따라 프로세스에서 해야 하는 일을 스레드 단위로 CPU에 할당한다.

프로그램이 실행될 때는 CPU 스케줄링 알고리즘이 어떤 프로그램에 CPU 소유권을 줄 것인지 결정한다. 이 알고리즘은 CPU 이용률은 높게, 주어진 시간에 많은 일을 하게, 준비 큐에 있는 프로세스는 적게, 응답 시간은 짧게 설정하는 것을 목표로 한다.

❗️비선점형 방식

비선점형 방식은 프로세스가 스스로 CPU 소유권을 포기하는 방식이며, 강제로 프로세스를 중지하지 않는다. 따라서 컨텍스트 스위칭으로 인한 부하가 적다.

  • FCFS
    FCFS(Fist Come, First Served)는 가장 먼저 온 것을 가장 먼저 처리하는 알고리즘이다.

    길게 수행되는 프로세스 때문에 '준비 큐에서 오래 기다리는 현상'이 발생하는 단점이 있다.

  • SJF
    SJF(Shortest Job First)는 실행 시간이 짧은 프로세스를 가장 먼저 실행하는 알고리즘이다.

    긴 시간을 가진 프로세스가 실행되지 않는 현상이 일어나며 평균 대기 시간이 가장 짧다. 하지만 실제로는 실행 시간을 알 수 없기 때문에 과거에 실행했던 시간을 토대로 추측해서 사용한다.

❗️선점형 방식

선점형 방식은 현대 운영체제가 쓰는 방식으로 지금 사용하고 있는 프로세스를 알고리즘에 의해 중단시켜 버리고 강제로 다른 프로세스에게 CPU 소유권을 할당하는 방식이다.

  • 라운드 로빈
    각 프로세스는 동일한 할당 시간을 주고 그 시간안에 끝나지 않으면 다시 준비 큐의 뒤로 가는 알고리즘이다.

    예를 들어 q만큼 할당 시간이 부여되었고 N개의 프로세스가 운영된다고 하면 (N - 1) * q 시간이 지나면 차례가 오게 된다. 할당 시간이 너무 크면 FCFS가 되고 짧으면 컨텍스트 스위칭이 잦아져서 오버헤드, 즉 비용이 커진다. 일반적으로 전체 작업 시간은 길어지지만 평균 응답 시간은 짧아진다는 특징이 있다.

  • SRF
    SJF는 중간에 실행 시간이 더 짧은 작업이 들어와도 기존 작업을 모두 수행하고 그 다음 작업을 이어나가는데, SRF는 중간에 더 짧은 작업이 들어오면 수행하던 프로세스를 중지하고 해당 프로세스를 수행하는 알고리즘이다.

  • 다단계 큐
    우선순위에 따른 준비 큐를 여러개 사용하고, 큐마다 라운드 로빈이나 FCFS 등 다른 스케줄링 알고리즘을 적용한 것이다. 큐 간의 프로세스 이동이 안되므로 스케줄링 부담이 적지만 유연성이 떨어지는 특징이 있다.

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