4주차. CPU Scheduling (1) - CPU, I/O burst & 스케줄링의 기준 척도

CPU and I/O Bursts

• 프로그램 실행중 주어진 명령문의 종류에 따라 구분
  • I/O burst : I/O를 실행하고 있는 단계
  • CPU burst : CPU만 연속적으로 사용하면서 명령어를 실행하는 단계
• 즉 프로그램이 실행중이라는 것은 CPU burst와 I/O burst가 반복적으로 번갈아가면서 실행중이라는 것이다
• 단, 프로그램마다 빈도수와 burst길이의 차이는 있다

CPU-burst Time의 분포표

• I/O bound job : I/O burst의 빈도 수가 높은 job
• CPU bound job : CPU burst의 정도가 많은 job
• 대체로 I/O bound job는 burst의 시간이 짧고 빈도수가 높았고, CPU bound job은 burst의 시간은 길지만, 빈도수가 낮았다
• I/O bound job 등 사람과 직접 상호작용하는 interactive job은 적절한 response 제공을 요한다
  • (반응속도가 빨라야 된다, 느리면 답답, 그래서 cpu burst는 짧지만, 잦은 요청으로 빈도수가 높다)

I/O bound process

• I/O를 계산하는데 많은 시간을 필요로하는 job
• many and short I/O burst

CPU bound process

• CPU 연산 위주의 job
• few and very long CPU burst

 

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CPU Scheduler

• Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 받을 프로세스를 골라주는 존재

Dispatcher

• CPU의 제어권을 CPU Scheduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘기는 존재
• 이 넘기는 과정을 Context Switch (문맥교환)라고 한다

 

CPU sheduling이 필요한 경우

1. Running → Blocked
   • I/O를 위해 CPU를 자진 반납하는 시스템 콜 호출 시 대기 상태로 보냄
2. Running → Ready
   • 할당 시간 만료(Timer interrupt)로 인해 준비 상태로 보냄
3. Blocked → Ready
   • I/O 완료 후 입출력 device controller가 CPU에게 interrupt로 I/O 완료를 알린다.
   • 보통은 I/O 완료 후 인터럽트가 발생하면 CPU가 해당 데이터를 메인 메모리에 올려놓고 다시 기존에 수행중이던 프로세스를 마저 진행하러간다.
     하지만 Priority Queue 구조에서 해당 입출력을 진행한 프로세스의 우선순위가 더 높다면 해당 프로세스에 바로 CPU를 주게된다.
4. Terminate
   • 프로세스의 종료로 CPU 반납을 위한 interrupt
   • 자진 반납하는 경우

Preemptive : 강제로 빼앗는경우 (2, 3)

Nonpreemptive : 자진해서 CPU를 반납한 경우 (1, 4)

 

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성능 척도

시스템(주인) 입장에서의 성능척도

CPU utilization (이용률)

• (CPU가 놀지 않은 시간 / 전체 시간) * 100 의 비율

Throughput (처리량)

• 주어진 시간 동안 얼마나 많은 작업을 완료했는지

 

프로세스(고객) 입장에서의 성능척도

Turnaround time

• 프로세스가 CPU를 쓰기위해 Ready Queue에 들어오고, 대기 후에 CPU를 얻어서 CPU burst를 수행하는데 걸린 총 시간.
• cpu burst와 I/O burst를 왔다갔다하면서 생긴 ready queue대기 시간과 cpu burst 수행 시간들을 전부 다 합한 것.

Wating time

• 프로세스가 CPU를 쓰기위해 Ready Queue에 들어와서 CPU를 얻기까지 대기한 모든 총 시간.
• 프로세가 CPU에서 일을 처리할 때, cpu burst도 처리하고 I/O burst도 처리하는데, 이때 입출력 burst를 처리하고 다시 ready queue에서 대기하고 다시 cpu를 얻기위해 대기했던 모든 시간의 합을 의미한다.

Response time

• 프로세스가 CPU를 쓰기위해 Ready Queue에 들어와서 CPU를 얻기까지 대기한 최초의 시간
• Wating time과는 다르게 처음으로 CPU를 얻기위해 대기했던 그 시간만을 의미한다

참고로, CPU입장에서 프로세스(고객)을 바라보는 것이다. 각자의 프로세스의 입장에서 해석하면 안된다.

즉, CPU에서 각 프로세스마다 일어나는 cpu burst, ready queue 대기시간들을 단위로서 보는 것이다.