스케줄러 역할이 뭔가요?
스케줄러는 컴퓨터 시스템에서 프로세스들의 실행을 관리하고, 리소스 할당 및 우선순위 결정을 조정하는 역할을 수행합니다.
모든 프로세스는 CPU를 필요로 하는데, 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 것을 스케줄링 이라 합니다.
프로세스 마다 우선순위를 기준으로 먼저 처리할 프로세스를 결정하여 효율적으로 처리합니다.
우선순위를 부여하는 기준이 뭔가요?
프로세스 종류마다 입출력장치를 이용하는 시간과 CPU를 이용하는 시간의 양에는 차이가 있습니다.
입출력 집중 프로세스는 입출력 작업이 많은 프로세스이고, CPU 집중 프로세스는 CPU 작업이 많은 프로세스 입니다.
입출력 집중 프로세스는 실행 상태보다 입출력을 위한 대기 상태에 더 많이 머무르고, CPU 집중 프로세스는 대기 상태보다 실행 상태에 더 많이 머무르게 됩니다
프로세스는 CPU 버스트와 입출력 버스트를 반복하며 실행됩니다. CPU를 이용하는 작업을 CPU 버스트라고 합니다. 입출력을 대기하는 작업을 입출력 버스트라고 합니다.
입출력 집중 프로세스를 먼저 처리해 버리면, 다른 프로세스가 CPU를 사용할 수 있기 때문에 입출력 집중 프로세스를 먼저 실행시켜 입출력장치를 끊임없이 작동시키고, CPU 집중 프로세스에 집중적으로 CPU를 할당하는 것이 효율적입니다.
상황에 맞게, 프로세스에 중요도에 맞게 프로세스가 CPU를 이용할 수 있도록 운영체제는 프로세스마다 우선수위를 부여하고, PCB에 명시합니다.
즉, 스케줄러는 각 프로세스의 우선순위를 기준으로 먼저 처리할 프로세스를 결정합니다.
스케줄링 큐가 뭔가요?
스케줄링 큐는 운영체제 내에서 프로세스들을 관리하고 조직화하기 위해 사용되는 자료구조입니다.
우선순위가 있어도, CPU를 사용할 다음 프로세스를 찾기 위해 운영체제가 일일히 모든 프로세스의 PCB를 탐색하는 것, CPU 자원만이 아닌, 메모리에 적재, 입출력장치, 보조기억장치를 사용하길 원하는 프로세스도 있을 수 있기 때문에 운영체제가 직접 자원을 이용할 프로세스를 결정하는 것은 비효율적이여서 프로세스들을 스케줄링 큐에 관리합니다.
스케줄링 큐의 종류에 대해 설명해주세요
준비 큐는 준비 상태에 있는 프로세스들이 대기하는 큐입니다. 즉 CPU 시간을 할당받기를 기다리는 프로세스들이 위치합니다.
대기 큐는 입출력장치를 이용하기 위해 대기 상태에 접어든 프로세스들이 대기하는 큐 입니다. 조건이 만족되면 준비 큐로 이동하여 실행됩니다.
스케줄링 종류에 대해 설명해주세요
선점형 스케줄링은 프로세스가 CPU를 비롯한 자원을 사용하고 있더라도, 자원을 강제로 빼앗아 다른 프로세스에 할당할 수 있는 스케줄링 방식입니다.
즉, 어느 하나의 프로세스가 자원 사용을 독점할 수 없습니다.
비선점형 스케줄링은 하나의 프로세스가 자원을 이용하고 있다면, 프로세스가 종료되거나 대기 상태에 접어들기 전까지 다른 프로세스가 끼어들 수 없는 스케줄링 입니다.
즉, 비선점형 스케줄링은 하나의 프로세스가 자원 사용을 독점할 수 있습니다.
스케줄링 알고리즘에 대해 설명해주세요
선입선출 스케줄링(FCFS)
선입선출 스케줄링은 준비 큐에 삽입된 순서대로 프로세스들을 처리하는 비선점형 스케줄링 방식입니다.
프로세스들이 기다리는 시간이 매우 길어질 수도 있습니다.
최단 작업 우선 스케줄링(SJF)
SJF 스케줄링은 CPU 사용 시간이 짧은 순서대로 프로세스들을 처리하는 비선점형 스케줄링 방식입니다. 선점형 스케줄링 으로도 구현이 가능합니다.
라운드 로빈 스케줄링(RR)
RR 스케줄링은 선입선출 스케줄링에 타임 슬라이스라는 개념이 더해진 스케줄링 방식입니다.
타임 슬라이스란 각 프로세스가 CPU를 사용할 수 있는 정해진 시간을 의미합니다.
즉, 라운드 로빈 스케줄링은 정해진 타임 슬라이스만큼의 시간 동안 돌아가며 CPU를 이용하는 선점형 스케줄링 입니다. 정해진 시간동안 작업이 완료되지 않았다면, 다시 큐의 맨 뒤에 삽입됩니다.
라운드 로빈 스케줄링은 타임 슬라이스가 너무 크면 선입 선출 스케줄링과 비슷해지고, 너무 작으면 문맥 교환에 발생하는 비용이 커집니다.
최소 잔여 시간 우선 스케줄링(SRT)
SRT 스케줄링은 SJF + RR 스케줄링을 합친 스케줄링 입니다.
정해진 타임 슬라이스 만큼 CPU를 사용하되, CPU를 사용할 다음 프로세스는 남아있는 작업 시간이 가장 적은 프로세스가 선택됩니다.
우선순위 스케줄링
우선순위 스케줄링은 프로세스들에게 우선순위를 부여하고, 가상 높은 우선순위를 가진 프로세스부터 실행됩니다.
- 우선순위가 같으면 선입 선출로 스케줄링 됩니다.
우선순위 스케줄링은 우선순위가 높은 프로세스들에 의해 실행이 계속 연기될 수 있는데 이를 기아 현상이라고 합니다. 이를 방지하기 위한 기법으로 에이징이 있는데, 이는 오랫동안 대기한 프로세스의 우선순위를 점차 높이는 방식입니다.
다단계 큐 스케줄링
우선순위 스케줄링의 발전된 형태로, 우선순위 별로 준비 큐를 여러 개 사용합니다.
우선순위가 가장 높은 큐에 있는 프로세스 먼저 처리하고, 높은 큐가 비어있다면, 다음 우선순위 큐에 있는 프로세스들을 처리합니다. 또한 큐 별로 다른 스케줄링 알고리즘과 타임 슬라이스 크기를 지정할 수 있습니다.
다단계 피드백 큐 스케줄링
다단계 큐 스케줄링의 발전된 형태입니다.
다단계 큐 스케줄링에서는 프로세스들이 큐 사이를 이동할 수 없는데, 이는 기아 현상이 발생할 수도 있습니다. 이를 방지하기 위해 프로세스들이 큐 사이를 이동합니다.
새로 생성된 프로세스는 최고 우선순위 큐에 먼저 들어가게 되고, 일정 시간 동안 작업을 처리를 다 못했다면, 그 다음 우선순위 큐에 삽입되는 방식입니다. 즉 점차 우선순위가 낮아집니다.
또한 에이징 기법을 적용해 우선순위가 높은 큐로 이동시킬 수 있습니다.
즉, 다단계 피드백 큐 스케줄링 알고리즘은 어떤 프로세스의 CPU 이용 시간이 길면 낮은 우선순위 큐로 이동시키고, 어떤 프로세스가 낮은 우선순위큐에서 너무 오래 기다린다면 높은 우선순위 큐로 이동시킬 수 있습니다.