[TIL] CPU 스케줄링

hongjeZZ 2025. 3. 24. 17:22

CPU 스케줄링

운영체제가 Ready Queue에 있는 프로세스들에게 CPU 자원을 할당하는 것
CPU 스케줄링 알고리즘에 따라 프로세스에서 해야 하는 일을 스레드 단위로 CPU에 할당함

선점 스케줄링

다른 프로세스가 CPU를 사용 중이더라도, 운영체제가 프로세스로부터 자원을 빼앗아 다른 프로세스에 할당하는 방식
우선순위가 높은 프로세스를 빠르게 처리할 수 있다.
라운드 로빈, SRT, 멀티 큐, 멀티 피드백 큐
컨텍스트 스위칭이 자주 일어나 오버헤드가 발생하여 성능 저하의 우려가 있다.

문맥교환 (Context Switching)

CPU가 어떤 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때, 기존 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 저장하고 CPU가 다음 프로세스를 수행하도록 새로운 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 교체하는 작업

비선점 스케줄링

프로세스가 종료되거나 대기 상태에 접어든 후 CPU에 할당된 프로세스를 교체하는 방식
모든 프로세스를 공정하게 처리
SJF, FCFS 등

FCFS 스케줄링 - 비선점

준비 큐에 먼저 도착한 프로세스를 CPU에 할당하는 프로세스로 선택하는 스케줄링 알고리즘
CPU 사용 시간이 짧은 프로세스들이 긴 시간을 기다려야하는 호위 효과가 발생
- 평균 대기 시간 증가, CPU와 장치 이용률 저하

SJF 스케줄링 - 비선점

CPU 사용 시간에 따라 우선순위를 부여하여 프로세스를 선택하는 스케줄링 알고리즘
평균 대기 시간을 줄일 수 있어, 평균 대기 시간을 최소화 할 수 있음
기아 현상이 발생할 수 있다.
- CPU 사용 시간이 긴 프로세스가 우선순위에서 계속 밀려나 CPU 할당 기회를 받지 못하게 되는 현상
- SRT 알고리즘 - 최소 잔여 시간 우선
- SJF + RR 방식을 혼합한 선점 스케줄링 방식
  프로세스는 time slice 만큼 CPU를 사용하고, 잔여 시간이 짧은 순으로 우선 순위를 매김

라운드 로빈(RR) 스케줄링 - 선점

FCFS 방식에 time slice 개념을 추가한 방식
선입 선처리 방식으로 프로세스를 CPU에 할당하고, time slice가 지나면 다시 준비 큐에 삽입 (타이머)
time slice가 크면 FCFS와 동일하게 호위 효과가 발생할 수 있다.
time slice가 작으면 Context Switching으로 오버헤드가 발생할 수 있다.

우선 순위 스케줄링 - 선점

프로세스에 우선순위를 부여하여 이에 따라 할당하는 방식
SRT, SJF는 우선순위 스케줄링으로 분류할 수 있음
문제점: 기아현상
해결방법: 에이징
- 오래 대기한 프로세스의 우선순위를 점차 상승시켜 기아 현상을 제거

멀티 큐 스케줄링 - 선점

다수의 별도의 큐로 분류하여 각 큐마다 제 각각의 스케쥴링 알고리즘을 적용하는 방법입니다.
- 각 큐는 각각의 스케줄링 알고리즘을 가질 수 있음
- 프로세스 유형별로 우선순위를 구분하여 실행하는 것에 유리함
프로세스는 포어그라운드(대화형) 프로세스와 백그라운드(일괄처리) 프로세스로 구분
- 포어그라운드 프로세스 : 응답 시간 짧게 하기 위해 Round Robin 방식 사용
- 백그라운드 프로세스 : 계산 위주의 작업을 하며 응답 시간이 큰 의미 없어서 FCFS 사용
- 보통 CPU 시간의 80%는 Foreground의 RR, 20%는 Background의 FCFS에 할당된다.
기아 현상이 동일하게 발생할 수 있음

멀티 레벨 큐 스케줄링 - 선점

다단계 큐에서 자신에게 할당된 time slice을 다 사용한 프로세스는 밑으로 내려가고 time slice 을 다 채우지 못한 프로세스는 원래 큐 위치 그대로 둔다.
짧은 작업에 유리하며 입출력 위주의 작업에 우선권을 준다.
처리 시간이 짧은 프로세스를 먼저 처리하기 때문에 Turnaround 평균 시간을 줄여준다.
기아 현상의 해결방안인 에이징 구현 가능하다.
특정 시스템에 부합하도록 구성이 가능함으로 현대 사용되는 CPU 스케줄링 알고리즘 중 가장 일반적인 CPU 스케줄링 알고리즘이다.