[운영체제] ep9) Multiprocessor and Real-Time Scheduling

멀티 프로세서 시스템이란 뭘까? 2가지 특징이 있다

- 프로세서가 여러 개이지만, 메인 메모리가 딱 하나다

- 하나의 OS가 시스템 전체를 관리한다

 

멀티 프로세서 시스템에서는 동기화(Synchronization) 개념이 매우 중요하다

Process들이 얼마나 자주 동기화를 하느냐 성분표

 

[멀티 프로세서 시스템 스케줄링 디자인 이슈들]

- 동기화 빈도

- 프로세서 수

 

프로세서에 프로세스를 할당하는 방법은 2가지가 있다

방법 1: 각각의 프로세서마다 별도의 레디-큐를 둔다

방법 2: 전역 큐를 둔다 (큐가 c.s. 안에 있어야 한다) - Mutual Exclusion

요즘에는 방법 2를 채택한다

 

멀티 프로그래밍을 쓸까? 말까?

동기화가 자주 일어나지 않는다면 문맥 전환이 적어 오버헤드가 적기 때문에 멀티 프로그래밍을 잘 사용할 수 있지만

동기화가 자주 일어난다면 문맥 전환이 잦아 오버헤드가 크기 때문에 멀티 프로그래밍을 안 하는 게 더 나을 수 있다

 

<프로세스 디스패칭 순서>

9장에서는 '순서'가 가장 중요했지만 Multiprocessor System에서는 어떤 순서로 dispatch 해도 response time이 다 비슷해 크게 상관이 없다

 

 

 

ㅁ스레드 스케줄링(Thread Scheduling)

4가지

 

ㅇLoad Sharing: 스레드 단위 스케줄링

[CPU 개수 <= application의 스레드 개수]

(한 application 스레드를 동시에 실행 x)

 

레디-큐에 스레드 별로 줄을 슨다

전역 큐(FCFS)

 

단점 3가지

- 전역 큐가 Mutual Exclusion 때문에 c.s. 안에 있어야 한다 - 병목현상

- 캐시가 덜 효율적이다 -> 시스템 성능 ↓

- 한 application에서 나온 스레드들이 동시에 작업된다는 보장 x

 

이러한 단점들이 있어도 CPU 개수가 적을 때는 이게 최선이기 때문에 많이 사용한다

 

 

ㅇGang Scheduling: application 단위 스케줄링

[CPU 갯수 >= application의 스레드 개수]

(한 application 스레드를 동시에 실행 ㅇ)

 

레디-큐에 application 별로 줄을 슨다 (Gang == application 라 생각하자 ㅋㅎ)

<Time Sharing>

Example of Scheduling Groups with Four and One Threads

 

 

ㅇDedicated Processor Assignment: Process / Thread Switching 없이 끝까지 실행하는 방식

Gang Scheduling의 특화버전이다

(Gang Scheduling 보다 CPU 개수가 훨씬 多)

 

단점: Processor fragmentation problem

 

 

ㅇDynamic Scheduling: 동적으로 되면 해주고 안되면 안 해준다

OS가 스케줄링 역할의 반만 한다

OS는 Process를 프로세서에 할당해 주는 역할만!

 

 

 

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ㅁReal-Time Scheduling

Hard real-time task: 반드시 deadline을 지켜야 한다 (못 지키면 컴퓨터가 터진다 ㅋㅋㅋㅋ)

Soft real-time task: deadline을 지키는 게 필수는 아니다

periodic task: 주기와 데드락이 정해져 있는

aperiodic task: 주기와 데드락이 정해져 있지 않은

 

여기서 우리가 중점적으로 다룰 것은 periodic한 Soft real-time task 이다

1. Earliest-deadline Scheduling: 데드라인을 보고 우선순위를 정한다

 

 

2. Rate Monotonic Scheduling: 데드라인이 아닌 주기를 본다

주기가 짧으면 우선순위가 올라간다

 

더 많이 사용하는 방식이다

 

 

ㅇPriority Inversion(우선순위 역전): 우선순위가 높은 Process보다 낮은 Process가 먼저 실행되는 경우

동기화 기법: lock (e.g. 뮤텍스 락)

unbounded priority inversion

 

ㅇPriority Inversion(우선순위 상속)

T3가 T1의 우선순위를 상속받는다 (T3의 우선순위가 1이 된다)

 

 

 

 

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[OS별 스케줄링 시스템]

ㅁWindows: 우선순위 큐 총 32개

16개: Real-time task를 위한 큐

- FCFS (같은 큐 안에서는 RR)

16개: Non-real-time task를 위한 큐

- Feedback 큐

Windows Thread Dispatching Priorites

 

우선순위 피드백 시스템 기반이며, 프로세서를 많이 사용하고 범위가 정해져 있다

 

(Windows는 애초에 처음부터 멀티 프로세서 시스템을 가정하고 만든 OS이다)

 

 

 

 

ㅁUNIX SVR4(UNIX의 최신버전 - Windows와 유사하다): 우선순위 큐 총 160개

(우선순위 1) 60개: for Real-time Process

(우선순위 2) 40개: for 커널모드 Process

(우선순위 3) 60개: for 유저모드 Process

 

UNIX SVR4 Dispatch Queues

 

 

똑같이 Windows와 유사하다!

우선순위 피드백 시스템 기반이며, 프로세서를 많이 사용하고 범위가 정해져 있다

 

 

ㅁLinux: 우선순위 큐 총 140개

100개: Real-time task를 위한 큐 (2가지 종류가 있다)

- FIFO

- RR

40개: Non-real-time task를 위한 큐

 

FIFO라 할지라도 우선순위가 더 높은 task가 나타나면 CPU를 뺏긴다

Linux 스케줄링 자료구조

 

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 및 출처: Operating Systems: Internals and Design Principles(William Stalling), Operating System Concepts(Silberschatz, Abraham)