[OS] CPU Scheduling

🖥️  CPU Scheduling

시스템의 CPU 사용 효율을 극대화하기 위해 다중 프로그래밍과 멀티태스킹 기술을 사용하는 것

Resources (CPU포함)는 process들 사이에서 공유된다.

 

🖥️ CPU-IO Burst Cycle

프로세스가 실행되는 동안 CPU 사용(bursts)과 입출력(I/O) 대기 시간 사이를 번갈아 가며 반복하는 현상

 

Types of processes

• I/O bound process
  • 입력(input)과 출력(output) 작업에 더 많은 시간을 소비하는 프로세스
• CPU-bound process
  • 계산이나 처리 과정에서 대부분의 시간을 소비하는 프로세스

 

🖥️ CPU Scheduler

CPU Scheduler는 ready queue에서 process를 선택하고, CPU core를 할당한다.

 

When Scheduling Occurs?

1. running에서 waiting state으로 switch 될 때 (Nonpreemtive)
2. running에서 ready state으로 switch 될 때 (Preemtive)
3. wating에서 ready로 switch 될 때 (Preemtive)
4. 종료될 때 (Nonpreemtive)

 

Non-preemptive vs Preemptive

- Non-preemptive scheduling

• 아무도 interrupt할 수 없다.
• running → waiting / terminate 될 때마다 발생한다.
• Running process는 interrupted 가 아니다.

- Preemptive scheduling

• 1,2,3,4에서 발생할 수 있다.
• processing이 실행 중일 때 scheduling이 발생한다.
  • interrupt, process with higher priority
• HW의 지원과 shared data handling이 필요하다.
• 선점형 스케줄링이 여러 프로세스 간에 데이터를 공유할 때 경쟁 상태(레이스 컨디션)를 발생시킬 수 있다.

 

🖥️ Dispatcher

CPU를 현재 실행 중인 프로세스에서 다음에 실행할 프로세스로 넘겨주는 운영 체제의 모듈이다.

• Switching Context
  • CPU가 현재 실행 중인 프로세스(P0)의 상태(예: 레지스터 값, 프로그램 카운터 등)를 저장하고, 다음 프로세스(P1)의 이전 상태를 복원합니다.
• 유저 모드로 전환(Switching to User Mode)
  • 프로세스가 사용자 모드에서 실행될 수 있도록 CPU의 모드를 변경합니다.
• 적절한 위치로 점프(Jumping to the Proper Location)
  • 프로그램이 중단된 부분부터 계속 실행될 수 있도록 프로그램 카운터를 해당 위치로 설정합니다.

Dispatch Latency (지연)

한 프로세스(P0)를 중단하고 다른 프로세스(P1)가 실행을 시작하는 데 걸리는 시간을 의미한다.

 

🖥️ Scheduling Criteria

• CPU Utilization(CPU 이용률) : CPU가 얼마나 부지런히 일하는가. / 높을수록 좋은거임 (단위 : %)
• Throughput(처리율) : 시간당 몇개의 작업을 처리하는가. / 높을수록 좋은거임 (단위 : job/sec)
• Turnaround time(반환시간) : 작업이 메인메모리로 끝내고 나올때까지 걸리는 시간. / 짧을수록 좋은거임 (단위 : sec)
• Waiting time(대기시간) : CPU에서 서비스를 받기 위해 ReadyQueue에서 기다리는 시간. / 짧을수록 좋지 (단위 : sec)
• Response time(응답시간) : 컴퓨터와 대화하는 시스템에서 중요함. (요새는 다 맞긴함) / 짧을수록 좋음 (단위 : sec)