쉽게 배우는 운영체제 4장 연습문제&심화문제

※본 게시물은 대학생이 공부하면서 직접 푼 문제이기 때문에 정답이 아닐 수 있습니다!

4장. CPU 스케줄링

연습문제

1. 시스템 내 전체 프로세스의 수를 조절하는 것으로, 장기 스케줄링 또는 작업 스케줄링이라 불리는 스케줄링 수준은 무엇인가?

고수준 스케줄링

 

2. 어떤 프로세스에 CPU를 할당하고 어떤 프로세스를 대기 상태로 보낼지 등을 결정하는 스케줄링 수준은 무엇인가?

저수준 스케줄링

 

3. 어떤 프로세스가 CPU를 할당 받아 실행 중이더라도 운영체제가 CPU를 강제로 빼앗을 수 있는 스케줄링은 무엇인가?

선점형 스케줄링

 

4. 현재 입출력을 진행하는 프로세스로, 사용자와 상호작용이 가능하여 상호작용 프로세스라고도 불리는 것은 무엇인가?

전면 프로세스

 

5. 준비 큐에 도착한 순서대로 CPU를 할당하는 비선점형 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

FCFS 스케줄링

 

6. 준비 큐에 있는 프로세스 실행 시간이 가장 짧은 작업부터 CPU를 할당하는 비선점형 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

SJF 스케줄링

 

7. SJF 스케줄링 알고리즘의 단점으로 크기가 큰 작업이 계속 뒤로 밀리는 현상을 무엇이라 하는가?

아사 현상

 

8. 아사 현상을 해결하는 방법을 설명하시오.

HRN 스케줄링. 서비스를 받기 위해 기다린 시간과 CPU 사용 시간을 고려하여 스케줄링한다.

 

9. 서비스를 받기 위해 대기한 시간과 CPU 사용 시간을 고려하여 우선순위를 정하는 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

HRN 스케줄링

 

10. 프로세스가 할당 받은 시간(타임 슬라이스) 동안 작업하다가 작업을 완료하지 못하면 준비 큐의 맨 뒤로 가서 다음 자기 차례가 올 때까지 기다리는 선점형 스케줄링 알고리즘 중 가장 단순한 것은 무엇인가?

라운드 로빈 스케줄링

 

11. 타임 슬라이스의 크기와 문맥 교환의 관계를 설명하시오.

타임 슬라이스가 크면 하나의 작업이 끝난 뒤 다음 작업이 시작되는 것처럼 보인다. 실제로 라운드 로빈 스케줄링에서 타임 슬라이스가 무한대이면 FCFS 스케줄링이 된다. 타임 슬라이스가 작으면 사용자는 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 보인다. 이는 문맥 교환이 너무 자주 일어나 문맥 교환에 걸리는 시간이 실제 작업 시간보다 상대적으로 커지며, 문맥 교환에 많은 시간을 낭비하여 실제 작업을 못하는 문제가 발생한다. 따라서 타임 슬라이스는 되도록 작게 설정하되 문맥 교환에 걸리는 시간을 고려하여 적당한 크기로 하는 것이 중요하다.

 

12. 기본적으로 라운드 로빈 방식을 사용하지만, CPU를 할당 받을 프로세스를 선택할 때 남아 있는 작업 시간이 가장 적은 것을 선택하는 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

SRT 스케줄링

 

13. 우선순위에 따라 준비 큐를 여러 개 사용하며 고정형 우선순위를 적용하는 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

다단계 큐 스케줄링

 

14. 우선순위에 따라 준비 큐를 여러 개 사용하며, 프로세스가 CPU를 사용한 후 우선순위가 낮아지는 특징을 가진 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?

다단계 피드백 큐 스케줄링

 

15. 다단계 피드백 큐 스케줄링에서 마지막 큐에 있는 프로세스(우선순위가 가장 낮은 프로세스)의 타임 슬라이스 크기는 얼마인가?

무한대

 

16. 다단계 피드백 큐 스케줄링에서 우선순위가 낮아질수록 타임 슬라이스의 크기는 어떻게 변하는가?

커진다

 

17. 다단계 피드백 큐 스케줄링에서 마지막 큐(우선순위가 가장 낮은 큐)는 어떤 스케줄링 알고리즘처럼 동작하는가?

FCFS 스케줄링 알고리즘

 

심화문제

1. 스케줄링의 단계와 그 특징을 설명하시오.

작업 대기, 보류 프로세스, 활성 프로세스, 실행 프로세스, 작업 종료 순으로 진행. 그 중간에 보류, 활성화, 대기 또는 타임아웃, 프로세스 선정의 과정이 있다.

고수준 스케줄링에서는 전체 시스템의 부하를 고려하여 작업을 시작할지 말지를 결정한다. 이 결정에 따라 시스템의 전체 프로세스 수가 결정되는데 이를 멀티프로그래밍 정도라고 한다.

중간 수준 스케줄링은 시스템의 부하를 조절할 때 필요. 시스템에 과부하가 걸려서 전체 프로세스 수를 조절해야 한다면 이미 활성화된 프로세스 중 일부를 보류 상태로 보냄

저수준 스케줄링에서는 실제 작업이 이루어짐. CPU 스케줄러는 대부분 중간 수준 스케줄링과 저수준 스케줄링으로 구성되어 있다. CPU 스케줄러는 필요에 따라 준비 상태에 있는 프로세스를 실행 상태로 옮기기도 하고, 대기상태로 보내기도 하며, 타임 아웃으로 준비 상태로 돌려보내기도 한다. 준비 상태에 있는 프로세스 중 어떤 프로세스를 선택할 지, 어떤 기준에 따라 타임 슬라이스를 정할지 등은 시스템의 성능에 많은 영향을 미친다.

 

2. 스케줄링의 목적을 설명하시오.

공평성 : 모든 프로세스가 자원을 공평하게 배정받아야 하며, 자원 배정 과정에서 특정 프로세스가 배제되어서는 안 된다.

효율성 : 시스템 자원이 유휴 시간 없이 사용되도록 스케줄링을 하고, 유휴 자원을 사용하려는 프로세스에는 우선권을 주어야 한다.

안정성 : 우선순위를 사용하여 중요 프로세스가 먼저 작동하도록 배정함으로써 시스템 자원을 점유하거나 파괴하려는 프로세스로부터 자원을 보호해야 한다.

확장성 : 프로세스가 증가해도 시스템이 안정적으로 작동하도록 조치해야 한다. 또한 시스템 자원이 늘어나는 경우 이 혜택이 시스템에 반영되게 해야 한다.

반응 시간 보장 : 응답이 없는 경우 사용자는 시스템이 멈춘 것으로 가정하기 때문에 시스템은 적절한 시간 안에 프로세스의 요구에 반응해야 한다.

무한 연기 방지 : 특정 프로세스의 작업이 무한히 연기되어서는 안 된다.

 

3. 선점형 스케줄링과 비선점형 스케줄링을 비교하여 설명하시오.

선점형 스케줄링은 실행 상태에 있는 작업을 중단시키고 새로운 작업을 실행할 수 있고 프로세스가 CPU를 독점할 수 없어 대화형이나 시분할 시스템에 적합하며 시분할 방식 스케줄러에 사용된다.

비선점형 스케줄링은 실행 상태에 있는 작업이 완료될 때까지 다른 작업이 불가능하고, CPU 스케줄러의 작업량이 적고

문맥 교환의 오버헤드가 적으며, 일괄 작업 방식 스케줄러에 사용된다.

 

4. 스케줄링 알고리즘의 선택 기준에 대해 설명하시오.

CPU 사용률 : 전체 시스템의 동작 시간 중 CPU가 사용된 시간을 측정하는 방법이다. 가장 이상적인 수치는 100% 이지만 실제로는 여러 가지 이유로 90%에도 못 미친다.

처리량 : 시스템이 정상적으로 작동한다면 일정 시간 후 작업이 끝난다. 처리량은 단위 시간당 작업을 마친 프로세스의 수로, 이 수치가 클수록 좋은 알고리즘이다.

대기 시간 : 작업을 요청하더라도 실제 작업이 이루어지기 전까지는 대기 시간이 필요하다. 대기 시간은 작업을 요청한 프로세스가 작업을 시작하기 전까지 대기하는 시간으로, 이 시간이 짧을수록 좋다.

응답 시간 : 대화형 시스템에서는 사용자의 요구에 얼마 만에 반응하는지가 중요하다. 응답 시간은 프로세스 시작 후 첫 번째 출력 또는 반응이 나올 때까지 걸리는 시간으로, 이 시간 역시 짧을수록 좋다.

반환 시간 : 프로세스가 생성된 후 종료되어 사용하던 자원을 모두 반환하는 데까지 걸리는 시간이다. 반환 시간은 대기 시간과 실행 시간을 더한 값이다.

 

5. FCFS, SJF, HRN 스케줄링의 특징을 설명하시오.

FCFS 스케줄링은 준비 큐에 도착한 순서대로 CPU를 할당하는 비선점형 방식으로, 선입선출 스케줄링이라고도 한다.

SJF 스케줄링은 준비 큐에 있는 프로세스 중에서 실행 시간이 가장 짧은 작업부터 CPU를 할당하는 비선점형 방식으로, 최단 작업 우선 스케줄링이라고도 한다.

HRN 스케줄링은 SJF 스케줄링에서 발생할 수 있는 아사 현상을 해결하기 위해 만들어진 비선점형 알고리즘으로, 최고 응답률 우선 스케줄링이라고도 한다.

 

6. 라운드 로빈, SRT, 다단계 큐, 다단계 피드백 큐 스케줄링의 특징을 설명하시오.

라운드 로빈은 선점형. 한 프로세스가 타임 슬라이스동안 작업을 하다가 작업을 완료하지 못하면 준비 큐의 맨 뒤로 가서 자기 차례를 기다리는 방식.

SRT 는 SJF+라운드 로빈. 선점형. 기본적으로 라운드 로빈 스케줄링을 사용하지만, CPU를 할당 받을 프로세스를 선택할 때 남아 있는 작업 시간이 가장 적은 프로세스를 선택.

다단계 큐 스케줄링은 우선순위에 따라 준비 큐를 여러 개 사용하는 방식. 프로세스는 운영체제로부터 부여 받은 우선순위에 따라 해당 우선순위의 큐에 삽입된다.

다단계 피드백 큐 스케줄링은 우선순위가 낮은 프로세스에 불리한 다단계 큐 스케줄링의 문제점을 보완한 방식. 다단계 큐 스케줄링과 기본적인 형태가 같아 우선순위를 가진 여러 개의 큐를 사용한다.

 

7. 아사 현상과 에이징에 대해 설명하시오.

아사 현상은 작업시간이 길다는 이유로 작업이 계속 연기되는 현상. 이를 오나화하기 위해 에이징이 있다. 에이징은 프로세스가 양보할 수 있는 상항선을 정하는 방식이다. 프로세스가 자신의 순서를 양보할 때마다 나이를 한 살 씩 먹어 최대 몇 살까지 양보하도록 규정하는 것이다.

 

8. 타임 슬라이스의 크기를 정하는 것과 시스템 효율성에 대해 설명하시오.

타임 슬라이스의 크기는 프로세스의 반응 시간에 영향을 미칠 뿐 아니라 시스템 전체의 성능에도 영향을 미친다. 타임 슬라이스가 크면 하나의 작업이 끝난 뒤 다음 작업이 시작되는 것처럼 보인다. 실제로 라운드 로빈 스케줄링에서 타임 슬라이스가 무한대이면 FCFS 스케줄링이 된다. 타임 슬라이스가 작으면 사용자는 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 보인다. 이는 문맥 교환이 너무 자주 일어나 문맥 교환에 걸리는 시간이 실제 작업 시간보다 상대적으로 커지며, 문맥 교환에 많은 시간을 낭비하여 실제 작업을 못하는 문제가 발생한다. 따라서 타임 슬라이스는 되도록 작게 설정하되 문맥 교환에 걸리는 시간을 고려하여 적당한 크기로 하는 것이 중요하다.