프로세스 스케줄러

1. 스케줄링(Scheduling)

프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업이다.

 

스케줄링

 

1) 장기(작업) 스케줄링

메모리와 디스크 사이의 스케줄링을 담당한다. 많은 프로세스가 한꺼번에 메모리에 올라올 경우 디스크에 임시로 저장되는데 저장된 프로세스 중 어떤 프로세스를 메모리에 할당하여 준비 큐로 보낼지 결정한다.

 

2) 중기 스케줄링

현 시스템에서 메모리에 너무 많은 프로그램이 동시에 올라가는 것을 조절한다

 

3) 단기(프로세서) 스케줄링

CPU와 메모리 사이의 스케줄링과 문맥 교환을 담당한다. 준비 큐에 존재하는 프로세스 중 어떤 프로세스를 실행시킬지 결정한다.

 

4) 스케줄링 큐(Queue)

• 작업(Job) 큐: 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스들의 집합이다.
• 준비(Ready) 큐: 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합이다.
• 장치(Device) 큐: 입출력 작업을 대기하고 있는 프로세스의 집합이다.

 

2. 프로세스 상태 변화

프로세스 상태에는 준비(Ready), 실행(Running), 대기(Wait), 종료(Exit) 4가지가 존재한다.

 

프로세스 상태 변화

 

보통 프로그램은 CPU가 해석할 수 있는 기계어 형태로 디스크에 저장된다. 프로그램을 실행하면 디스크에 있던 프로세스가 메인 메모리에 적재되어 준비 상태로 실행을 기다리게 된다. 이때 실행 중인 프로세스가 종료되거나 인터럽트가 발생하면 비실행 상태가 되고 준비 큐의 첫 번째 프로세스가 CPU를 할당받아 실행 상태가 된다.

 

1) Dispatch : 준비(Ready) → 실행(Running)

준비 상태로 대기하고 있는 프로세스 중 하나의 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정이다.

 

2) Time Runout : 실행(Running) → 준비(Ready)

운영체제는 프로세스가 CPU를 일정 시간만 사용할 수 있게 시간을 제한하는데, 이 시간이 경과하면 인터럽트를 발생시켜 운영체제가 CPU 제어권을 갖게 된다. 이때 실행 프로세스는 준비 상태가 되고 준비 큐의 프로세스 중 하나가 CPU를 할당받아 실행 상태가 된다.

 

3) Block : 실행(Running) → 대기(Wait)

실행 프로세스가 입출력, 새로운 자원 요청 등이 필요하면 스스로 CPU를 반납하고 대기 상태가 된다.

 

4) Wake Up : 대기(Wait) → 준비(Ready)

입출력 작업 등 조건이 만족되면 프로세스가 대기 상태에서 준비 상태가 된다.

 

 

2. CPU 스케줄링

준비 큐에 있는 프로세스들을 대상으로 어떤 프로세스에 CPU를 할당할 것인지 결정하는 작업이다.

 

1) FCFS(First Come First Served)

• 먼저 온 순서대로 처리
• 비선점(Non-Preemptive) 스케줄링: 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 스케줄링으로 프로세스가 CPU를 할당받으면 해당 프로세스가 완료될 때까지 사용한다.
• 소요시간이 긴 프로세스가 먼저 도달하여 효율성을 낮추는 현상이 발생한다.

 

2) SJF(Shortest Job First)

• 다른 프로세스가 먼저 도착했어도 CPU burst time이 짧은 프로세스에게 먼저 할당
• 비선점(Non-Preemptive) 스케줄링
• 기아(Starvation) 상태 발생 가능: 사용 시간이 긴 프로세스는 거의 영원히 CPU를 할당받을 수 없다.

 

3) SRT(Shortest Remaining time First)

• 더 짧은 burst time을 가진 프로세스에게 먼저 할당
• 선점(Preemptive) 스케줄링
• 기아(Starvation) 상태 발생 가능

 

4) Priority Scheduling

• 우선순위가 가장 높은 프로세스에게 먼저 할당
• 선점(Preemptive) 스케줄링
• 비선점(Non-Preemptive) 스케줄링: 더 높은 우선순위의 프로세스가 도착하면 준비 큐의 Head에 넣는다.
• 기아(Starvation) 상태와 무기한 봉쇄(Indefinite blocking) 발생 가능
  • 무기한 봉쇄: 실행 준비는 되어있으나 CPU를 사용 못하는 프로세스를 CPU가 무기한 대기하는 상태
  • Aging(에이징)으로 해결: 아무리 우선순위가 낮은 프로세스라도 오래 기다리면 우선순위를 높여준다.

 

5) Round Robin

• 각 프로세스는 동일한 크기의 할당 시간을 갖게 되고 할당 시간이 지나면 프로세스는 선점당하고 준비 큐의 제일 뒤로 옮겨진다.
• 선점(Preemptive) 스케줄링