정보처리기사(정처기) 시험에서 **스케줄링 알고리즘**은 필수적으로 이해해야 할 주제입니다. 스케줄링 알고리즘은 프로세스관리와 관련된 중요한 요소로, 시스템의 성능과 효율성에 막대한 영향을 미칩니다. 이번 블로그에서는 여러 스케줄링 알고리즘과 그 특성, 적용 예제, 통계 자료 및 실질적인 팁을 제시하겠습니다.
1. 스케줄링 알고리즘의 기본 개념
스케줄링 알고리즘은 다수의 프로세스가 CPU 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 관리하는 방법입니다. 이 알고리즘들은 CPU의 사용률을 최대화하고, 대기 시간을 최소화하며, 공정성을 확보합니다.
예제: 만약 3개의 프로세스가 A(10ms), B(20ms), C(30ms)의 실행 시간을 요구한다고 가정할 때, 효율적인 스케줄링을 통해 CPU 사용율을 높일 수 있습니다.
2. FCFS(First-Come, First-Served) 스케줄링
FCFS는 가장 간단한 스케줄링 알고리즘으로, 먼저 도착한 프로세스가 먼저 CPU를 할당받습니다. 이 알고리즘은 구현이 간단하지만, **대기 시간이 길어질 수 있다는 단점**이 있습니다.
예제: 3개의 프로세스 A(0ms), B(5ms), C(10ms)가 각각 5ms, 10ms, 15ms의 실행 시간을 갖는 경우, 총 대기 시간은 0 + 5 + 10 = 15ms로, 모든 프로세스의 대기 시간이 결국 증가하게 됩니다.
3. SJF(Shortest Job First) 스케줄링
SJF는 '**가장 짧은 작업이 가장 먼저 실행된다**'는 원칙을 따릅니다. 이는 평균 대기 시간을 최소화하는 데 효과적이지만, 긴 프로세스가 심각한 대기 시간을 가지게 되어 **스타베이션**(기아 현상) 문제를 일으킬 수 있습니다.
예제: 프로세스 A(5ms), B(10ms), C(20ms)가 있을 경우, SJF는 A를 먼저 실행하여 평균 대기 시간을 줄입니다. 이 경우, B는 A가 종료된 후 시작하므로 대기 시간은 A의 실행 시간이 끝날 때까지의 시간만큼 늘어납니다.
4. RR(Round Robin) 스케줄링
RR 스케줄링은 프로세스가 일정한 시간 할당량을 가지고 실행된다가 CPU를 할당받게 됩니다. 이 방법은 일관된 시간 분배를 통해 모든 프로세스가 공정하게 CPU를 사용할 수 있게 합니다.
예제: 시간 할당량이 10ms일 때, 프로세스 A(50ms), B(30ms), C(20ms)가 실행될 경우, A가 10ms 실행 후 B로 스위칭되고, 이후 C가 실행됩니다. 각 프로세스는 차례로 시간 할당량을 받아 계속 반복하게 됩니다.
5. 다단계 큐 스케줄링
다단계 큐 스케줄링은 여러 개의 큐를 사용하여 프로세스를 그룹화하는 방법입니다. 각 큐는 서로 다른 우선순위를 갖고 있으며, 사용자 설정에 따라 프로세스의 우선순위를 조정할 수 있습니다. 이 알고리즘은 다양한 시스템 요구 사항에 맞춰 유연하게 관리할 수 있는 장점이 있습니다.
예제: 우선순위가 높은 프로세스는 높은 우선순위 큐에서 실행되고, 낮은 프로세스는 그 다음 큐에서 대기하게 됩니다. 이러한 방식으로 시스템의 응답성을 개선할 수 있습니다.
6. 스케줄링 성능 평가 지표
이제 선택한 스케줄링 알고리즘의 효율성을 평가할 수 있는 몇 가지 지표를 알아보겠습니다. 주로 사용하는 지표는 **응답 시간, 대기 시간, turnaround time**입니다.
응답 시간: 프로세스가 요청된 후 첫 번째 결과를 얻기까지의 시간입니다. 이 시간을 최소화하면 사용자 경험이 향상됩니다.
대기 시간: 프로세스가 CPU를 기다리는 동안 소요된 시간입니다. 이는 가능한 한 짧아야 합니다.
Turnaround Time: 프로세스가 제출된 후 종료될 때까지 걸리는 총 시간입니다. 이 지표를 최소화하면 전체적인 시스템 수행 성능을 높일 수 있습니다.
7. 스케줄링 알고리즘 선택 팁
어떤 스케줄링 알고리즘을 선택해야 할까요? 선택은 시스템의 성격과 목표에 따라 다를 수 있습니다. 다음은 몇 가지 실질적인 팁입니다:
- 기본적인 **성능 요구 사항**을 평가하세요. 응답 시간이 중요한 시스템에서는 RR이나 SJF가 유리합니다.
- 시스템의 **부하 특성**을 고려하세요. 프로세스가 균형 있게 분포되어 있는지, 특정 프로세스가 CPU를 독식하는 경향이 있는지를 살펴보세요.
- 예상되는 **전반적인 시스템 성능**을 기반으로 우선순위를 설정하세요. 자원이 제한된 시스템에서는 FCFS보다 SJF와 같은 알고리즘이 효과적일 수 있습니다.
결론
스케줄링 알고리즘은 정보처리기사 시험에서도 중요한 주제일 뿐만 아니라 실제 시스템에서 성능을 최적화하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이 글에서 소개한 알고리즘과 그 활용 방법을 바탕으로, 자신의 시스템 요구 사항에 맞는 최적의 스케줄링 전략을 수립해 보시기 바랍니다.