[운영체제] 14. 프로세스 스케줄링의 이해

스케줄링의 개념

 

단일 처리 시스템을 사용하지 않는 이유중 한 가지는 바로 이 스케줄링과 관련이 있다.

 

단일 처리 시스템에서 실행 중인 프로세스가 입출력을 요청하면, 이 프로세스가 실행을 마칠 때 까지는 사용하던 자원을 대기해야 하므로 효율이 많이 낮아진다.

 

하지만 다중 처리 시스템에서는 여러 프로세스를 동시에 메모리에 올려놓고 실행 중인 프로세스가 입출력을 요청하면, 운영체제가 실행중인 프로세서를 회수하여 다른 프로세스에게 할당한다.

 

장점

• 프로세서 이용율을 높일 수 있다.
• 프로세서 처리율이 증가한다.

 

프로세스 스케줄링의 목적

 

• 자원 할당의 공정성
• 단위시간당 처리량 극대화
• 예측 가능성 보장
• 적절한 반환시간 보장
• 오버헤드 최소화
• 자원 사용의 균형 유지
• 실행 대기 시간 방지
• 우선순위

 

와 같은 목적을 위해 운영체제는 프로세스 스케줄링을 한다.

 

스케줄링의 기준 요소

 

스케줄링의 목적을 실현하기 위해서는 프로세스의 동작을 고려해야 한다. 특히 프로세스의 실행 시간이 중요한 요소이다.

 

프로세스를 프로세서에서 실행할 때를 버스트라고 하며, 입출력 버스트는 프로세스가 추가로 실행하려고 입출력을 기다리고

있을 때이다.

 

프로세스는 입출력 버스트 후 다음 프로세서 버스트를 위해 준비 큐로 이동한다.

 

 

위의 그림은 프로세서 버스트 상태로 시작해서 두 상태를 교대로 진행한 프로세서 버스트로 끝이 난다.

 

이러한 프로세서 버스트는 입출력 대기시간에 의해서 사용량이 결정된다.

 

스케줄링의 단계

 

스케줄링은 수행 단계에 따라 세 단계로 분화된다.

 

• 1단계 : 작업 선택

실제로 시스템 자원을 사용할 작업을 결정하는 스케줄링으로 작업 스케줄링에 따라 작업을 프로세스들로 나눠 생성한다.

• 2단계 : 사용 권한 부여

프로세서를 사용할 권한을 부여할 프로세스를 결정하는 작업 승인과 프로세서 할당 스케줄링

• 3단계 : 준비 상태의 프로세스에 프로세서 할당.(디스패칭)

디스패처가 준비 상태에 있는 프로세스 중에서 프로세서를 할당할 프로세스를 결정하는 할당 스케줄링.

 

스케줄링 큐

 

준비 큐에서 프로세스를 하나 선택하여 입출력 장치 큐ㄹ에 추가시키는 작업을 한다.

 

스케줄링과 스케줄러

 

운영체제에서는 다양한 스케줄러를 이용하여 자원과 프로세스를 조작하는데 스케줄링을 이해하기 위해서는 큐잉 도표를 이해해야 한다.

 

큐잉 도표

 

• 큐(준비 큐와 입출력 장치 큐)는 사각형
• 자원 은 원
• 프로세스의 흐름은 화살표

 

 

위의 그림은 다음과 같은 모양을 갖고 있는데 순서대로 확인해보자.

 

1. 프로세스가 입출력 요청을 보낸 뒤 입출력 큐로 이동
2. 프로세스가 새로운 프로세스를 생성하고 생성한 프로세스의 종료를 기다림
3. 프로세스가 시간 할당량을 초과하면 준비 큐로 이동
4. 인터럽트로 프로세서에서 제거된 프로세스는 다시 준비 큐로 이동

 

이와 같은 과정을 시스템에서 사라질 떄 까지 순환한다.

 

스케줄러의 종류와 역할

 

장기 스케줄러

장기 스케줄러는 작업 스케줄러라고 표현하기도 하며, 스케줄링에 따라 디스크에서 메모리로 작업을 가져와 처리할 순서를 결정

 

 

단기 스케줄러

메모리에 적재된 프로세스 중 프로세서를 할당하여 실행 상태가 되도록 결정하는 프로세스 스케줄링을 한다.

 

 

장기 스케줄러와 단기 스케줄러의 차이점

장기 스케줄러와 단기 스케줄러의 가장 큰 차이점이라고 하면 실행할 프로세스의 작업 시간이다. 단기 스케줄러는 100만 분의 수초로 수시로확인 하고, 장기 스케줄러는 분단위로 작업을 확인한다.

 

 

중기 스케줄러

가상 메모리 체제나 시분할 방법을 사용하는 시스템에서 사용되는 스케줄러로 프로세스들이 서로 프로세서를 차지하려 할 때 프로세스를 따로 별도의 기억장소에서 빼낼 수 있어서 다중 프로그래밍의 정도를 줄일 수 있다.

 

 

중기 스케줄러가 포함된 큐잉 도표

 

선점 스케줄링과 비선점 스케줄링

 

실행 중인 작업이나 프로세스를 실행 중 중단할 것인가? 하는 관점에 의해 구분되는데

 

 

선점 스케줄링 이란 현재 실행중인 프로세스를 인터럽트 할 수 있거나 준비 상태로 이동할 수 있는 스케줄링.

 

프로세스 하나가 장시간동안 프로세서를 독점하는 것을 방지하기 위해 모든 프로세스에 프로세서를 서비스할 기회를 늘린다.

우선순위가 높은 프로세스들이 긴급 처리를 요청할 때 유리

 

비선점 스케줄링 이란 한 프로세스가 자원을 선택 했을 때 다른 프로세스가 해당 자원을 뺏아올 수 없는 스케줄링

 

실행 시간이 짧은 프로세스가 작업 실행 시간이 긴 프로세스를 기다리는 대신 모든 프로세서를 공정하게 관리한다.

우선순위가 높은 프로세스를 중간에 입력 해도 대기중인 프로세스는 영향을 받지 않으므로 응답 시간 예측 용이