1. 운영체제 스케줄링의 개념
운영체제 스케줄링은 다중 프로세스 환경에서 프로세스들을 조절하고, 실행할 프로세스를 선택하는 과정을 말합니다. 이는 시스템 자원을 효율적으로 활용하고, 프로세스의 응답 시간을 최소화하기 위해 필요합니다. 운영체제 스케줄링은 CPU 스케줄링, 입출력 장치 스케줄링 등 다양한 부분에서 적용됩니다.
스케줄링은 프로세스의 실행 순서를 결정하는 것으로, 프로세스 스케줄러에 의해 수행됩니다. 스케줄러는 프로세스들 사이에서 우선순위를 결정하고, CPU를 어떤 프로세스에 할당할지를 결정합니다. 이때 어떤 스케줄링 알고리즘을 선택하느냐에 따라 프로세스의 성능과 시스템의 전체적인 효율성이 달라집니다.
운영체제 스케줄링은 다양한 기법들을 사용하여 프로세스들을 관리합니다. 각각의 기법들은 프로세스의 특성과 요구사항을 고려하여 선택되어야 합니다. 이러한 스케줄링 기법들은 프로세스의 우선순위, 동시 실행의 가능성, 선점 가능 여부 등을 고려하여 고안되었습니다. 적절한 스케줄링 기법을 선택하고 적용함으로써 시스템의 성능과 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.
2. 운영체제 스케줄링의 목표
운영체제 스케줄링의 목표는 시스템의 효율성과 사용자 경험을 최적화하는 것입니다. 다양한 요소를 고려하여 프로세스들을 조절하고, CPU 할당을 결정함으로써 이러한 목표를 달성합니다. 아래는 운영체제 스케줄링의 주요 목표들입니다.
공정성(Fairness): 모든 프로세스들이 CPU를 공평하게 사용할 수 있도록 보장해야 합니다. 일부 프로세스가 지나치게 많은 시간을 점유하지 않도록 하여, 다른 프로세스들이 기다리는 시간을 최소화해야 합니다.
처리량(Throughput): 단위 시간당 처리되는 프로세스의 수를 최대화해야 합니다. 시스템이 많은 프로세스를 동시에 처리할 수 있도록 하여, 작업량을 효과적으로 분배해야 합니다.
응답 시간(Response Time): 사용자 또는 어플리케이션의 요청에 대한 응답 시간을 최소화해야 합니다. 프로세스들이 빠른 응답을 제공하는 것은 사용자 경험의 중요한 요소입니다.
자원 활용도(Utilization): 시스템의 자원을 최대한 활용하도록 해야 합니다. CPU, 입출력 장치 등의 자원을 효율적으로 사용하여 시스템 성능을 향상시켜야 합니다.
우선순위(Priority): 프로세스들이 우선순위에 따라 적절한 자원을 할당받을 수 있도록 해야 합니다. 시스템이 중요한 작업 또는 긴급한 작업을 우선적으로 처리할 수 있도록 보장해야 합니다.
이러한 목표들은 상황에 따라 우선순위가 다를 수 있으며, 각각의 목표를 적절하게 균형있게 조정해야 합니다. 스케줄링 알고리즘은 이러한 목표들을 고려하여 프로세스들을 관리하고 자원을 할당하게 됩니다.
3. 운영체제 스케줄링의 주요 기법
운영체제 스케줄링은 다양한 기법들을 사용하여 프로세스들을 관리합니다. 각각의 기법은 프로세스의 특성과 요구사항을 고려하여 선택되어야 하며, 시스템의 성능과 사용자 경험을 최적화하는 데 기여합니다. 이하에는 운영체제 스케줄링의 주요 기법들을 설명합니다.
선입선출(First-Come, First-Served, FCFS): 가장 간단한 스케줄링 알고리즘으로, 도착한 순서대로 프로세스를 실행합니다. 먼저 도착한 프로세스에게 우선적으로 CPU를 할당하므로 공정성을 유지합니다. 하지만, 실행시간이 긴 프로세스가 먼저 실행되면서 응답 시간이 길어지는 단점이 있습니다.
최단 작업 우선(Shortest Job First, SJF): 실행시간이 가장 짧은 프로세스에게 우선적으로 CPU를 할당하는 기법입니다. 평균 대기 시간이 최소화되며, 응답 시간도 짧아집니다. 하지만 실행시간을 예측하기 어려워, 실제 상황과 맞지 않을 수 있고 길이가 긴 프로세스는 계속해서 뒤로 밀릴 수 있습니다.
우선순위(Priority): 프로세스마다 우선순위를 가지고, 가장 높은 우선순위를 가진 프로세스에게 CPU를 할당하는 기법입니다. 중요한 작업이나 긴급한 작업을 우선 처리할 수 있으나, 우선순위가 낮은 작업들이 오랜 시간 동안 대기할 수 있습니다.
Round Robin: 일정한 시간 간격(타임 슬라이스)으로 여러 프로세스를 번갈아가며 실행하는 기법입니다. 모든 프로세스들이 CPU를 공평하게 사용할 수 있으며, 응답 시간도 빠릅니다. 하지만 타임 슬라이스가 너무 작으면 오버헤드가 커질 수 있고, 크면 응답 시간이 길어질 수 있습니다.
다단계 큐(Multi-Level Queue): 프로세스들을 여러 개의 큐로 구분하여 관리하는 기법입니다. 각 큐마다 우선순위를 다르게 설정하고, 프로세스는 큐 간에 이동할 수 있습니다. 각 큐마다 다른 스케줄링 기법을 적용하여 다양한 요구사항을 충족시킬 수 있습니다.
다단계 피드백 큐(Multi-Level Feedback Queue): 다단계 큐와 비슷하지만, 한 큐에서 장기적으로 대기하는 프로세스를 다른 큐로 이동시킬 수 있는 기법입니다. 실행 여부와 선점 여부를 결정하는 조건이 추가되어, 우선순위 조정이 가능합니다.
각 스케줄링 기법은 장단점이 있으며, 프로세스의 특성과 요구사항에 따라 적절한 기법을 선택하고 조합하여 사용해야 합니다.