CPU Scheduling

CPU 스케줄링이란, OS가 프로세스들에게 공정하고 합리적으로 CPU 자원을 배분하는 것을 의미한다.

만약 프로세스한테 CPU를 제대로 분배하지 못하면 반드시 실행돼야 되는 프로세스가 실행이 안되거나 우선순위가 낮은 프로세스들만 계속해서 실행되는 상태가 반복될 수 있다.

프로세스 우선순위

어떻게 해야 모든 프로세스들에게 CPU 자원을 공정하게 배분할 수 있을까.

간단한 방법으로는 CPU를 필요로하는 프로세스들에게 순서대로 이용하게 하는 방법이 있다.

• 합리적으로 보이지만 그렇게 좋은 방법이 아니다.

• 프로세스마다 우선순위가 존재하기 때문에 CPU를 많이 사용해야 할 프로세스가 있는 반면 그렇지 않은 프로세스도 있다.

CPU bound process: CPU 작업이 많은 프로세스 I/O bound process: 입/출력 작업이 많은 프로세스

I/O bound 프로세스는 CPU bound 프로세스보다 우선순위가 높다.

🤔 그 이유는 뭘까?

대부분의 프로세스는 CPU와 입출력 장치를 모두 사용하면서 실행된다.

I/O bound 프로세스는 CPU bound에 비해 대기상태에 더 많이 머무른다.

• 실행상태보다는 대기 상태에 더 많이 머무른다.

• 대기상태에 머물게 되면 CPU를 사용하지 않는다.

그렇기 때문에 I/O 프로세스의 우선순위를 높여 먼저 처리하는 것이 CPU bound 프로세스에게 더 많이 할당할 수 있다.

• I/O bound 프로세스는 어차피 잠깐 CPU를 사용하고 나면, 대기상태로 머무르고 한동한 CPU를 쓰지 않는다.

이러한 이유로, I/O bound 프로세스가 우선순위가 높다고 알려져있다.

이러한 우선순위는 프로세스에 PCB에 저장되고, OS는 PCB를 보고 이를 기반으로 어떤 프로세스가 CPU를 얼마나 사용하게 될 지를 결정하게 된다.

• 우선순위가 높은 프로세스는 더 빨리, 더 자주 실행될 수 있다.

스케줄링 Queue

PCB마다 우선순위가 존재하지만, OS가 다음에 CPU를 사용할 프로세스를 찾기 위해 모든 PCB를 확인하는 것은 비효율적이다. 이를 개선하기 위해 OS가 사용하는 것이 스케줄링 큐 이다.

• 자원을 이용하고 싶어하는 프로세스들이 줄 서있는 공간이다.

• 여기서 자원은 CPU, 메모리, HHD, CD-ROM 등을 의미한다.

보통 Queue 자료구조는 FIFO 특성을 갖지만, 스케줄링 Queue는 FIFO일 필요는 없다.

• 프로세스마다 우선순위가 다르기 때문에 먼저 큐에 삽입되었다고 해서 반드시 먼저 처리되지 않는다.

정리하면, OS는 시스템 자원을 사용하고 싶어하는 프로세스를 큐에 삽입해서 줄을 세워서 자원을 이용하도록 한다.

스케줄링 큐에도 여러 종류가 있지만, 대표적으로 준비/대기 큐가 있다.

• 외에도 Job, Device Queue가 있다.

Ready Queue

준비 큐는 CPU를 이용하고자 하는 프로세스들이 서는 줄을 의미한다. 준비 상태의 프로세스, 언제든지 CPU를 할당받아 실행할 수 있지만 차례가 되지 않아서 기다리는 상태의 프로세스들의 줄이다.

• 즉, 메모리에 올라와서 CPU 할당을 기다리는 프로세스 큐이다.

준비 상태가 된 프로세스는 디스패치돼서 CPU를 할당받아 실행하게 된다. 그리고 CPU 할당 시간이 완료되면 타임아웃 인터럽트가 발생해서 준비상태에 들어간다.

Wating Queue

대기 큐는 입출력 장치를 이용하고 싶은 프로세스들이 서는 줄을 의미한다.

• I/O 등 이벤트 완료를 기다리는 프로세스 큐이다.

• I/O 작업을 해야 되서, 당장 CPU를 사용할 필요가 없기 때문에 대기 상태로 있는것이다.

입출력 작업을 완료하고, 다시 CPU 작업을 진행하는 경우 대기 큐에서 빠져나와 다시 준비 상태가되어 준비 큐로 들어간다.

컴퓨터에는 여러 가지 입출력(I/O) 장치들이 있기 때문에 대기 큐 안에도 여러 종류가 있다.

• 보통은 입출력 장치별로 존재하는 경우가 많다.

• 같은 장치를 요구한 프로세스들은 같은 큐에 대기하는 경우가 많다.