프로세스의 스케줄링과 상태변화

프로세스의 스케줄링(Scheduling)

CPU는 하나인데 여러개의 프로세스를 동시에 실행할 수 있다. 그 방법은 하나의 CPU가 여러개의 프로세스를 번갈아가면서 실행하는 것이다. 멀티 프로세스 운영체제에서 여러개의 프로세스가 실행되는 것처럼 보이는 이유는 여러개의 프로세스들이 CPU할당 시간을 나누기 때문이다.

 

스케줄링 기본원리

프로세스의 CPU할당 순서 및 방법을 결정짓는 일을 가리켜 스케줄링(Scheduling)이라 한다. 이때 사용되는 알고리즘을 스케줄링 알고리즘(Scheduling Algorithms)이라 한다. 스케줄링 알고리즘을 적용해서 실제로 프로세스를 관리하는 운영체제 요소(모듈)을 스케줄러(Scheduler)라고 한다.

 

멀티프로세스는 CPU를 바쁘게 한다.

A,B,C 프로세스를 모두 실행시킨 후 멀티 프로세스 운영체제의 스케줄러에 의해서 프로세스들이 관리하도록 한다. 정해진 순서에 의해서 CPU의 실행시간을 나눠서 할당받아 실행하는 형태이다.

 

프로그램은 실행되는 과정에서 많은 시간을 I/O(입력 및 출력)에 할당 한다. I/O는 데이터 입출력을 뜻한다. 파일 입출력 뿐만아니라 네트워크로 데이트럴 송수신 하는 것도 I/O에 해당한다. 입출력에 관련된 일을 할 경우 CPU는 아무일도 하지않고 대기하게 된다.

 

A프로세스가 I/O에 관련된 일을 할 경우, 운영체제는 스케줄러를 통해서 다른 프로세스가 실행되도록 스케줄링한다.

즉 A프로세스가 I/O작업을 하는 동안 B프로세스가 CPU에 의해서 실행을 시킬 수 있다.

 

프로세스의 상태 변화

여러개의 프로세스들이 돌아가면서 실행되기 때문에, 프로세스 상태는 시간 흐름에 따라 변화한다.

 

 

상황 1. S(Start)에서 Ready 상태로의 전이를 보여준다.

S는 프로세스가 생성됨을 의미한다. 프로세스는 생성과 동시에 Ready상태로 들어간다. Ready상태에 있는 프로세스는 CPU에 의해 실행되기를 희망하는 상태이다. 현재 CPU에 의해서 임의의 프로세스가 실행중일 수 있어 바로 Running상태가 되는것이 아니고 Ready상태가 된다.

 

상황 2. Ready 상태 -> Running

Ready상태에 있는 프로세스들은 스케줄러에 의해서 관리되는 프로세스들이다. 스케줄러는 Ready 상태에 있는 프로세스중 하나를 선택해서 CPU에 의해 실행될 수 있도록 한다.

Ready 상태에 있는 프로세스들 중 스케줄러에 의해 선택된 프로세스는 Running 상태가 되어 실행된다.

 

상황 3. Running 상태 -> Ready

일의 중요도에 따라 실행순서를 정하기 위해서 프로세스에는 우선순위라는 개념이 존재한다. 프로세스 생성시 중요도에 에 따라 우선순위가 높다면 A프로세스를 Ready상태로 변경하고 B프로세스를 Running 상태로 변경한다.

A프로세스 Running -> Ready

상황 4. Running 상태 -> Blocked 상태

일반적으로 데이터 입출력에 관련된 일을 하는 경우 프로세스가 실행을 멈추는 상태(Blocked)로 들어간다. 데이터 입출력을 진행 중인 프로세스는 잠시 내려오게 하고(Blocked) Ready상태에 있는 프로세스중 하나를 대신 실행시키는 것이다.

 

상황 5.Blocked 상태 -> Ready 상태

Ready상태는 스케줄러에 의해 선택되어 바로 Running이 가능한 상태이고 Blocked 상태는 스케줄러에 의해 선택될 수 없는 상태이다. 입출력이 완료된 Blocked 상태에 있는 프로세스는 다시 Ready 상태가 되어 스케줄러의 선택을 기다려야 한다.

 

컨텍스트 스위칭(Context Switching)

CPU내에 존재하는 레지스터들은 현재 실행 중에 있는 프로세스 관련 데이터들로 채워진다. 즉 실행중인 프로세스가 변경되면 CPU내에 레지스터들의 값이 변경된다. 컨텍스트 스위칭이란 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때 기존의 프로세스의 레지스터들을 메모리에 저장하고 메모리에 존재하는 다음 프로세스의 정보를 레지스터로 옮기는것이 컨텍스트 스위칭이다.