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현대의 운영 체제는 다양한 프로세스가 동시에 진행되는 환경에서 발생하는 자원 관리의 복잡성을 해결하기 위해 여러 가지 스케줄링 기법을 채택합니다. 이러한 기법들은 프로세스가 CPU와 같은 중앙 처리 장치를 효율적으로 사용할 수 있도록 도와주며, 각 기법의 특성과 장단점에 대한 이해는 시스템 성능을 극대화하는 데 중요한 역할을 합니다.

스케줄링 기법의 분류

스케줄링 기법은 크게 선점형 스케줄링(Preemptive)과 비선점형 스케줄링(Non-preemptive)으로 나뉩니다. 이 두 가지 기법은 프로세스가 CPU 자원을 사용하고 있는 상황에서 다른 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗을 수 있는지 여부에 따라 구분됩니다.

비선점 스케줄링

비선점형 스케줄링에서는 이미 CPU를 할당받은 프로세스가 완료되거나 입출력 요청으로 자발적으로 중단되지 않는 이상, 다른 프로세스가 CPU를 사용할 수 없습니다. 이 방식은 상대적으로 간단하며, CPU를 장기간 사용하는 프로세스가 있을 경우, 자원 활용도가 높아질 수 있습니다. 그러나 긴 실행 시간을 요구하는 프로세스가 짧은 프로세스의 진행을 지연할 수 있는 단점이 존재합니다.

• FCFS(First Come First Served): 준비 상태 큐에 도착한 순서에 따라 CPU를 할당하는 기법입니다. 간단하고 직관적이지만, 긴 작업이 짧은 작업을 지연시키는 문제가 발생할 수 있습니다.
• SJF(Shortest Job First): 대기 큐에서 가장 짧은 실행 시간을 가진 프로세스에게 먼저 CPU를 할당합니다. 이 방식은 평균 대기 시간을 줄일 수 있지만, 긴 작업이 대기하는 문제를 초래할 수 있습니다.
• HRN(Highest Response Ratio Next): 대기 시간과 서비스 시간을 고려하여 우선순위를 결정하는 기법입니다. 이로써 긴 프로세스에 대한 불공정성을 어느 정도 완화할 수 있습니다.

선점 스케줄링

선점형 스케줄링에서는 우선순위가 높은 프로세스가 CPU를 강제로 차지할 수 있습니다. 이는 긴급성을 요구하는 응답성을 중시하는 시스템에서 매우 유용합니다. 그러나 문맥 교환이 빈번하게 발생하여 성능 저하를 일으킬 수 있습니다.

• Round Robin(RR): 시분할 시스템을 위해 설계된 이 기법은 각 프로세스에 정해진 시간 할당량을 부여한 후, 해당 시간이 초과하면 다음 프로세스에게 CPU를 넘깁니다. 이러한 방식은 공정성을 높이지만, 빈번한 문맥 교환이 오히려 성능을 저하시킬 수 있습니다.
• SRT(Shortest Remaining Time): 현재 실행 중인 프로세스의 남은 시간과 대기 큐의 프로세스 중 실행 시간이 짧은 것을 비교하여 CPU를 할당하는 기법입니다. 이는 짧은 작업이 신속하게 처리되도록 도와줍니다.
• 다단계 큐(Multilevel Queue): 여러 개의 대기 큐를 두어 프로세스를 다양한 그룹으로 나누고 각 그룹에 따라 다른 스케줄링 기법을 적용하는 방식입니다. 이를 통해 각각의 프로세스 요구에 더 적합한 자원 관리를 할 수 있습니다.

스케줄링 알고리즘의 평가 기준

스케줄링 기법의 성능은 여러 기준에 따라 평가됩니다. 일반적으로 고려되는 요소들은 다음과 같습니다.

• CPU 사용률: 전체 시간 중 CPU가 작업을 수행하는 비율입니다.
• 처리량: 주어진 시간 내에 CPU가 처리하는 프로세스의 수입니다.
• 응답 시간: 사용자 요청이 들어온 시점부터 최초 결과가 출력되기까지의 시간입니다.
• 대기 시간: 준비 큐에서 프로세스가 대기하는 총 시간입니다.
• 반환 시간: 프로세스가 시작하여 완료되는 데까지 걸리는 전체 시간입니다.

결론

운영 체제에서의 스케줄링 기법은 시스템 자원을 효율적으로 관리하고 최적의 성능을 끌어내기 위한 필수적인 요소입니다. 다양한 기법을 이해하고 상황에 맞는 적절한 방법을 선택하는 것은 효율적인 컴퓨터 시스템 운영에 있어 매우 중요합니다. 각 기법의 특징과 장단점을 고려하여 최적의 스케줄링 방식을 적용하는 것이 필요합니다.

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