05장. 프로세스의 생성과 소멸 ① 프로세스와 스케줄러의 이해

프로세스와 스케줄러의 이해

프로세스의 이해

 

프로세스란?

메인 메모리로 이동하여 실행중인 프로그램 → 일반적인 정의

보통 프로세스라 하면 실행중인 프로그램 이다. 라고 표현을 한다.

틀린 표현은 아니다. 

그러나 메인메모리가 256메가 인데 실행파일의 크기가 1기가 라고 하면 과연 메모리에 올라가있는 코드만 프로세스인가? 

틀린건 아니지만 너무 애매한 표현이다.

프로세스의 구체적인 이해

프로세스의 범위

메모리 구조 + 레지스터 Set

프로세스 별 독립적인 대상은 프로세스의 범주에 포함시킬 수 있다.

↑  Code 영역 ↓	명령어 (Instruction Code)
↑ Data 영역 ↓	전역변수 static 변수
Heap 영역 ↓ ↑ Stack 영역	프로그래머 할당
	지역변수 전달인자 정보

프로세스가 생성되면 위와같은 메모리가 할당 된다. 

프로그램이 실행된다라는 것은 레지스터에 프로그램 실행정보로 가득차게되는데

이런 레지스터 set과 메모리 구조 모두 프로세스 범위에 포함된다.

'프로세스를 구성하는 범주는 프로세스 별로 독립적으로 할당받는 리소스다.'

라고 할 수 있다.

프로세스 스케줄러

프로세스 스케줄러 기능

둘 이상의 프로세스가 적절히 실행되도록 컨트롤

스케줄링 방법

스케줄링 알고리즘에 따라 다양함.

1)FIFO(First In First Out) 스케줄링

가장 간단한 방식이고 비선점 방식의 스케줄링이다.

길고 중요하지 않은 작업이 급하고 중요한 작업을 오래 기다리게 할 수 있다.

대화식 시스템에 부적합하다.

FCFS(First Come First Serve) 스케줄링 방업이라고도 부른다.

 

2) Priority우선순위 스케줄링

작업마다 우선순위가 주어지며 우선순위가 제일 높은 작업에게 CPU를 할당한다.

무한봉쇄(Indefinite blocking) 나 기아상태(Starvation)에 빠지는 프로세스가 생길 수 있다.

기다린 시간에 비례하여 우선순위를 높이는 에이징기법을 사용하여 무한봉쇄를 방지할 수 있다.

 

3)기한부스케줄링

작업이 주어진 만료시간안에 완료되도록 보장하는 기법이다.

 

특징

사용자는 deadline과 같은 정보를 시스템에 제시해야 한다.

시스템은 deadlineㅇ르 지켜주기 위해 계획을 세워야 한다.

여러작업들의 deadline이 상충되면 스케줄링이 복잡해진다.

스케줄링에 많은 오버헤드가 들 수 있으며 주로 실시간 시스템에서 사용된다.

 

4)RR(Round Robin)스케줄링

프로세스는 주어진 시간 할당량동안만 CPU를 쓰는데, Time Slice를 다 쓰고도 끝나지 않은 프로세스는 CPU를 선점당한다(timer 인터럽트)

cpu를 빼앗긴 프로세스틑 ready큐의 맨 뒤로 되돌아 간다

 

선점스케줄링기법이다

긴 작업이 있어도 NQ초 이후에는 CPU를 할당받는다(N: ready  Q:Timer slice)

시스템의 부하에 관계없이 짧은 작업이라면 수초 내에 작업이 끝나므로 수 초 내에 응답해주어야 하는 대화식 시분할 시스템에 적합하다

Time Slice값을 프로그램들 요구에 맞춰 자동 조절하는 방식으로 다단계 피드백 큐 스케줄링이다.

 

 

5)Shortest Job First

비선점 스케줄링 기법으로서 shortest job에게 CPU를 할당하는 기법으로 각 프로세스의 요구시간을 미리 알기 어렵다는 단점이 있다.

 

특징

비선점 스케줄링 기법이다.

작업들의 평균 대기 시간이 최소가 되는 최적의 스케줄링 알고리즘이다.

대화형 시스템에는 부적합하다.

 

6)Shortest Rmaining time 스케줄링

대개중인 프로세스 중 남은 작업시간이 가장 작은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당한다

특징

선점스케줄링기법이다

SJF 스케줄링 기법보다 많은 오버헤드가 발생한다.

 

7)Highest Response Ratio Next 스케줄링

Brinch Hansen 이 SJF기법의 길고 짧은 작업 간의 불평등을 보완한 기법

 

우선순위=(대기시간+서비스에 걸리는 시간)/서비스에 걸리는 시간

 

특징

비선점 스케줄링 기법이다.

서비스 받을 시간이 분모에 있으므로 짧은 작업의 우선순위가 높아진다.

대기 시간이 분자에 있으므로 긴 작업도 오래 기다리게 되면 우선 순위가 높아진다.

 

8) 다단계 피드백 큐(Multilevel Feedback Queue)스케줄링

다양한 특성의 작업이 혼합된 경우 매우 유용한 스케줄링 방법으로 여러 단계의 ready큐로 구성된다.

상위큐는 하위큐를 선점하며 상위 큐는 하위큐보다 짧은 time slice를 가진다.

새프로세스는 최상위 단계큐로 들어가며 실행시간이 길어질수록 하위 단계 큐로 옯겨진다. 다라서 최하위 큐는 가장 긴 time slice를 가진  round-robun방식으로 스케줄링되며, 그보다 상위의 큐들은 FIFO방식으로 스케줄링된다.

 

특징

i/o bound 작업처럼 cpu를 잠시 사용하는 작업에게 cpu우선권을 준다(입출력 장치의 효율이 향상된다)

I/O bound 작업들은 상위큐에서 높은 우선순위로 짧은 time slice로 cpu를 사용한다

compute bound 작업들은 최하위 큐에서 긴 time slice로 돌아가게되며, 작업들마다 그 특성에 맞는 우선 순위와 time slice를 적용한다.

작업들에게 동적으로 적응하는 스케줄링 방식이다.

작업들이 서로 묶음으로 분류될 수 있을 때 적합

준비상태 Queue를 여러종류로 분할하여 스케줄링

작업들은 한 Queue에서 고정되어 실행

foreground작업과 background 작업을 서로 다르게 스케줄링

출처: http://blog.naver.com/kka1221/20020142362

[출처] CPU스케줄링 알고리즘의 종류|작성자갤러리

[출처] CPU스케줄링 알고리즘의 종류|작성자 갤러리

스케줄러 라는 장치는 Windows 에서 지원해주는 소프트웨어적인 장치이다.

프로세스 스케줄러는 말그데로 프로세스를 스케줄링 해주는 것이다.

CPU는 하나인데 프로세스는 여러게를 실행 시키려하면 CPU는 하나의 프로세스만 실행시킬수 있기때문에 스케줄러가 프로세스의 순서를 정해주고  순서를 정하는 정책을 결정하고 관리해주는 것이다.

§스케줄러는 소프트웨어이기 때문에 스케줄러가 동작하는 순간에도 프로세스들은 동작하지 못한다. 넓은 관전에서 보면 스케줄러도 프로세스에 포함시킬 수 있다.

프로세스의 상태

프로세스는 Ready , Running, Blocked 같은 상태정보를 지닌다.

Running 상태는 CPU에 의해서 실행중인 상태로 CPU가 하나라면 Running 상태의 프로세스는 하나일 수 밖에 없다.

Blocked는 실행중이 아닌 상태.

Ready 상태는  Running 하고 싶은 상태로 C프로세스가  Running 상태이고

A와 B가 Ready 상태일때 C가 Blocked 상태로 간다고 하면 A와 B중 누가 Running

상태로 가느냐를 정해주는 것이 바로 스케줄러가 하는것이다.   

즉 Ready 상태에 있다는 것은 스케줄러가 선택해주기를 기다리는 상태이다.

그림에서 볼 수있듯이 모든 프로세스는 실행시키면 Ready 상태가 된다.

연산중에는 CPU에 의존적인 연산이 있고 그렇지 않은 연산있다.

그중에 I/O연산은 유독 CPU에 의존적이지 않기때문에 사칙연산과같은 기본적인 연산과 병행해 질수있다. 

만약에 Running 상태에 있는 C라는 프로세스가 I/O 연산시작 했을때 I/O 연산이 끝날때 까지 C는 쉬고있고 대신 다른 프로세스가  Running 상태가 되어도 된다.

그럼 C는 Ready 상태가 되야될까? Blocked 상태가 되야할까?

 Ready 상태가 된다고 생각해보면 C는 다시  Running 상태가 될것이고 I/O연산이 끝나지 않았다면 다시  Ready 상태가 되는 반복을 하기때문에 Blocked 상태가 된다.

그리고 다시 I/O연산이 끝났다면 Ready 상태로 돌아가게 된다.

 Running 상태에서 바로 Ready 상태가 되는것은 다른 프로세스들고 실행을 시키여하기때문에 연산이 끝나지않았어도 Ready 상태로 내리는 경우이다.

1. 모든 프로세스는 실행시키면 Ready 상태가 된다.

2. Ready 상태이면 스케줄러가   Running 상태로 만들어준다.

3. Running 상태에서 다른 프로세스를 실행시키기위해 어쩔수 없이 양보하는 경우

    Ready 상태로 내려간다.

4. 일반적으로 I/O 연산을 하고있는 프로세스들은 다른프로세스들에게 양보하기위        

   해서 Blocked 상태로 간다.

5. I/O 연산이 끝나면 프로세스를 다시 진행시키기위해  Ready 상태가 된다.

6. 프로세스 종료.

컨텍스트 스위칭(context switching)

ALU가 연산을 하기위해서 레지스터에 의존적이다.

레지스터는 Running 상태의 프로세스 정보로 가득차있다.

이때 Ready상태의 프로세스를 실행 시키려 할때 프로세스를 실행시킬 수 있는 

첫 번째 조건은 지금 레지스터레 채워져있는 데이터를 다른 저장영역에 저장시키고

 Ready상태의 프로세스를 위한 데이터를 레지스터에 복원해야한다.

이런 작업을 컨텍스트 스위칭(context switching)이라 한다.