CPU 스케줄링
CPU 스케줄링(Central Processing Unit Scheduling)은 운영체제에서 CPU가 실행할 프로세스를 선택하는 알고리즘입니다. 이 알고리즘은 멀티프로그래밍 환경에서 CPU 이용률을 높이고 응답시간을 줄이기 위해 필요합니다. CPU 스케줄링은 선점형과 비선점형으로 나뉘며, 프로세스의 우선순위, 실행시간 등 여러 요소를 고려하여 CPU에 할당할 프로세스를 선택합니다. 대표적인 스케줄링 알고리즘으로는 FCFS(First Come First Served), SJF(Shortest Job First), Round Robin 등이 있습니다.
CPU 스케줄링의 목적
CPU 스케줄링(Central Processing Unit Scheduling)의 목적은 CPU 이용률을 높이고 응답시간을 줄이기 위해, 여러 개의 프로세스를 조절하여 효율적인 처리를 지원하는 것입니다.
운영체제에서는 여러 개의 프로세스가 동시에 실행될 수 있습니다. CPU 스케줄링은 이러한 다수의 프로세스를 조절하여 CPU를 효율적으로 사용할 수 있게 합니다. 이를 통해 CPU가 일을 처리하지 않고 놀고 있는 시간을 최소화하고, 시스템 전체의 응답속도를 향상시킬 수 있습니다.
또한 CPU 스케줄링은 시스템 전반적인 성능을 향상시키기 위해 다음과 같은 목적을 가집니다.
- 공정한 자원 할당: 운영체제는 다수의 프로세스를 동시에 실행하면서 자원을 공정하게 분배하기 위해 CPU 스케줄링 알고리즘을 사용합니다.
- 우선순위 조절: 우선순위가 높은 프로세스에게 더 많은 CPU 시간을 할당함으로써, 중요한 작업에 대한 응답성을 높입니다.
- 응답시간 최소화: 프로세스가 사용자와의 상호작용을 필요로 할 때, 운영체제는 응답시간을 최소화하기 위해 프로세스를 빠르게 실행합니다.
- 자원 활용도 최대화: CPU 스케줄링은 시스템의 자원 활용도를 최대화하기 위해 여러 개의 프로세스를 동시에 실행하는 작업을 수행합니다.
이러한 목적을 가지고 CPU 스케줄링은 운영체제에서 매우 중요한 역할을 담당합니다. 적절한 스케줄링 알고리즘을 선택하고 적용함으로써, 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.
CPU 스케줄링 기법
CPU 스케줄링 기법은 프로세스의 실행 순서와 CPU 할당 시간을 결정하는 알고리즘으로, 운영체제가 CPU 이용률과 성능을 향상시키기 위해 사용합니다. CPU 스케줄링 기법은 크게 선점형 스케줄링과 비선점형 스케줄링으로 나뉩니다.
선점형 스케줄링 (Preemptive Scheduling)
선점형 스케줄링은 현재 실행 중인 프로세스를 다른 높은 우선순위의 프로세스가 대기열에서 대기하고 있다면, 현재 실행 중인 프로세스의 CPU 사용을 중단시키고 대기 중인 높은 우선순위의 프로세스에게 CPU를 할당합니다. 이러한 선점형 스케줄링 알고리즘에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- Round Robin : 각 프로세스에 일정 시간 할당 후, 대기열의 다른 프로세스에게 CPU를 전환하는 방식
- Shortest Remaining Time First (SRTF) : 다음 프로세스를 선택할 때, 실행 시간이 남은 시간이 가장 적은 프로세스를 선택하는 방식
- Priority Scheduling : 프로세스에 우선순위를 지정하고, 우선순위가 높은 순서대로 CPU를 할당하는 방식
비선점형 스케줄링 (Non-Preemptive Scheduling)
비선점형 스케줄링은 현재 실행 중인 프로세스가 CPU를 해제하거나 종료될 때까지 CPU를 유지하는 방식입니다. 이러한 비선점형 스케줄링 알고리즘에는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- First Come First Served (FCFS) : 대기열에서 가장 먼저 도착한 프로세스부터 CPU를 할당하는 방식
- Shortest Job First (SJF) : 대기열에서 실행 시간이 가장 적은 프로세스부터 CPU를 할당하는 방식
- Priority Scheduling : 프로세스에 우선순위를 지정하고, 우선순위가 높은 순서대로 CPU를 할당하는 방식
CPU 스케줄링 기법은 운영체제의 성능을 크게 영향을 미치므로, 적절한 스케줄링 알고리즘을 선택하고 적용하는 것이 중요합니다. 또한, 프로세스의 특성에 따라 적절한 CPU 스케줄링 기법을 선택해야 합니다. 예를 들어, 대기열에 있는 프로세스들의 실행 시간이 비슷하다면 Round Robin 알고리즘을 사용하는 것이 좋을 것입니다. 반면, 실행 시간이 차이가 큰 프로세스들이 있다면 Shortest Job First 알고리즘이 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 또한, 우선순위 스케줄링에서는 우선순위를 결정하는 기준도 중요한데, CPU 사용률이 높은 프로세스에 우선순위를 더 높이 할당하는 것이나 I/O 요청이 많은 프로세스에 우선순위를 높이 할당하는 것 등이 가능합니다.
CPU 스케줄링 기법은 운영체제에서 프로세스 관리와 CPU 이용률을 향상시키기 위해 중요한 역할을 합니다. 적절한 CPU 스케줄링 알고리즘을 선택하고 적용하면, CPU 사용률을 향상시키고 응답 시간을 줄이는 등의 효과를 얻을 수 있습니다.
CPU 스케줄링 기법의 성능 기준
CPU 스케줄링 기법의 성능을 평가하기 위해 사용하는 주요 기준은 다음과 같습니다.
- CPU 이용률 (CPU Utilization)
CPU 이용률은 CPU가 일정 시간 내에 얼마나 오랫동안 사용되는지를 나타내는 지표입니다. CPU 이용률이 높을수록 CPU 자원을 효율적으로 활용하고 있음을 의미합니다. - 처리량 (Throughput)
처리량은 단위 시간당 완료된 프로세스의 수를 나타내는 지표입니다. 더 많은 프로세스를 처리할수록 처리량이 높아집니다. - 대기 시간 (Waiting Time)
대기 시간은 프로세스가 대기열에서 기다리는 시간을 의미합니다. 대기 시간이 길수록 프로세스의 실행 시간이 짧아져 전체 처리 시간이 증가하게 됩니다. - 응답 시간 (Response Time)
응답 시간은 프로세스가 처음 실행될 때부터 출력이 시작될 때까지 걸리는 시간을 의미합니다. 응답 시간이 길수록 사용자가 프로세스를 대기하는 시간이 늘어나므로 사용자 친화적인 시스템에서는 짧은 응답 시간이 중요합니다. - 반환 시간 (Turnaround Time)
반환 시간은 프로세스가 실행을 시작한 시점부터 종료될 때까지 걸리는 시간을 의미합니다. 대기 시간과 실행 시간을 모두 고려하는 지표로, 반환 시간이 짧을수록 빠른 처리가 이루어지고 있음을 나타냅니다.
이러한 성능 기준을 기반으로 CPU 스케줄링 알고리즘을 평가하고, 적절한 알고리즘을 선택하여 시스템의 성능을 최적화하는 것이 중요합니다.
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