CPU 스케줄링 방식

운영체제를 공부하다 보면 꼭 나오는 개념이다.

CPU는 컴퓨터의 두뇌와 같은 존재인데, 모든 프로그램이 이 CPU를 사용해야만 실행된다.

하지만 CPU는 한 번에 하나의 작업만 처리할 수 있다.

그럼 동시에 여러 작업이 실행 중일 땐 누굴 먼저 실행시켜야 할까?

그 판단을 해주는 게 바로 CPU 스케줄링 방식이다.

 

그래서 CPU 스케줄링이 뭔데?

여러 개의 준비된 프로세스(Ready Queue) 중 하나를 선택해서 CPU에 할당하는 방식이다.

왜 스케줄링이 필요한데?

CPU는 하나인데, 실행할 작업은 수십 개

동시에 실행되는 것처럼 보이는 건 사실 운영체제가 순서를 잘 배분해 주는 덕분

따라서 공정하고 효율적인 배분을 위해 다양한 알고리즘이 필요하다

 

주요 CPU 스케줄링 방식

1. FCFS (First-Come, First-Served)

도착한 순서대로 처리하는 방식이다.

EX) P1(도착: 0, 실행: 5), P2(도착: 1, 실행: 2), P3(도착: 2, 실행: 1)

→ 실행 순서: P1 → P2 → P3
→ P3은 실행 시간 1초인데, 6초나 기다림

 

장점은 구현이 쉽고 직관적이다

단점은 Convoy 효과 발생한다.(긴 작업이 앞에 있으면 전체가 느려짐)

 

Convoy 효과가 뭐냐면
FCFS처럼 비선점 스케줄링에서, 긴 작업 하나가 앞에 있으면 뒤에 있는 짧은 작업들이 기다리는 현상)

 

쉽게 말해서 무거운 트럭이 도로 맨 앞에 있으면 가벼운 승용차들이 그 뒤에서 전부 막히는거다.

 

2. SJF (Shortest Job First)

실행 시간이 가장 짧은 작업을 먼저 실행

EX) P1(실행: 5), P2(실행: 2), P3(실행: 1)
→ 실행 순서: P3 → P2 → P1

 

장점은 평균 대기시간이 가장 낮다.(이론상 효율 최고)

단점은 작업의 실행 시간을 미리 알아야 함, 긴 작업은 계속 밀려 starving 발생 가능

 

변형:

SRTF(Shortest Remaining Time First)
→ 선점형 버전: 더 짧은 작업이 들어오면 현재 작업 중단하고 교체

 

3. Priority Scheduling

우선순위가 높은 프로세스를 먼저 실행, 우선순위는 숫자(예: 낮을수록 더 높음)로 표현

EX) P1(priority 1), P2(priority 2), P3(priority 3)
→ 실행 순서: P1 → P2 → P3

 

장점은 중요한 작업을 먼저 실행할 수 있다.

단점은 낮은 우선순위는 계속 밀릴 수 있다.

 

해결법: Aging: 오래 기다릴수록 우선순위를 점점 높여줌

 

선점형 VS 비선점형

구분	설명	예시
비선점형	실행 중인 작업은 끝까지 실행	FCFS, SJF
선점형	더 중요한 작업이 오면 현재 작업 중단	RR, SRTF, 선점형 Priority

 

선점형은 반응성이 좋고 공평하지만 문맥 교환 비용이 크다

비선점형은 안정적이고 오버헤드가 적지만 유연성이 떨어진다

 

요약하자면

방식	설명	선점 여부	장점	단점
FCFS	도착 순서대로 실행	비선점형	단순 구현	Convoy 효과
SJF	짧은 작업 우선 실행	SRTF로 선점 가능	평균 대기시간 최소	실행 시간 예측 필요
RR	타임 슬라이스로 순환	선점형	공평, 빠른 응답	문맥 교환 많음
Priority	우선순위 높은 작업 우선	선택 가능	중요한 작업 우선 처리	starvation 위험

 

CPU 스케줄링은 운영체제의 핵심 기능 중 하나다.

멀티태스킹 환경에서 시스템 전체 효율을 좌우한다.

어떤 환경에서 어떤 방식이 적합한지를 판단하는 능력이 중요함