CS 전공지식 스터디 3기 [2주차] 운영체제 미션

Q. FIFO 스케줄링의 장단점이 뭔가요?

FIFO(First In, First Out) 스케줄링은 먼저 도착한 프로세스가 먼저 실행되는 방식의 스케줄링 알고리즘입니다.
이는 큐(Queue) 구조를 사용하며, 도착한 순서대로 실행되기 때문에 공평하지만 비효율적인 경우가 발생할 수 있습니다.

장점:
- 공정성: 먼저 도착한 프로세스를 먼저 처리하기 때문에 기아(Starvation) 현상이 발생하지 않음
- 간단한 구현: 큐(Queue) 자료구조를 사용하여 구현이 간단함
- 비선점(Non-Preemptive) 방식: 한 프로세스가 CPU를 점유하면 끝날 때까지 다른 프로세스가 실행되지 않음
단점:
- 긴 작업이 먼저 도착하면 대기 시간이 증가
  - 예를 들어, 긴 실행 시간을 가진 프로세스가 먼저 들어오면 뒤의 짧은 프로세스들이 오래 대기해야 함
  - 이를 Convoy Effect(호위 효과)라고 부름
- 응답 시간이 일정하지 않음
  - 짧은 작업이 있어도 먼저 도착한 긴 작업이 끝날 때까지 기다려야 함

FIFO 스케줄링 수행 과정

P1 → P2 → P3 순서로 실행됨
P1이 먼저 CPU를 점유하고 끝날 때까지 P2와 P3는 기다려야 함

Q. SJF를 사용하기 여러운 이유가 뭔가요?

SJF(Shortest Job First) 스케줄링은 CPU 실행 시간이 가장 짧은 프로세스를 먼저 실행하는 방식입니다.
즉, Burst Time(실행 시간)이 짧은 순서대로 프로세스를 실행하기 때문에 평균 대기 시간(AWT)이 최소화되는 장점이 있습니다.

SJF 스케줄링의 종류

비선점형 SJF (Non-Preemptive SJF)
- 실행 중인 프로세스가 끝날 때까지 CPU를 점유 (중간에 빼앗기지 않음)
선점형 SJF (Preemptive SJF, SRTF: Shortest Remaining Time First)
- 새로운 프로세스가 도착하면 현재 실행 중인 프로세스와 실행 시간을 비교하여 더 짧은 실행 시간이 남은 프로세스가 있으면 CPU를 빼앗김

실행 순서

먼저 도착한 P1 실행 (7ms)
다음으로 P3 실행 (1ms)
P2 실행 (4ms)
마지막으로 P4 실행 (4ms)

SJF를 사용하기 어려운 이유

실행 시간이 가장 짧은 작업을 먼저 실행해야 하는데, 프로세스의 CPU Burst Time(실행 시간)을 정확히 예측하기 어렵습니다.
I/O Bound 프로세스와 CPU Bound 프로세스를 구분하기 쉽지 않습니다.
비선점(Non-Preemptive) 방식이라 실시간 시스템에 적합하지 않을 수 있습니다.

Q. RR 스케줄링에서 타임 슬라이스가 아주 작으면 어떤 문제가 발생할까요?

RR(Round Robin) 스케줄링은 각 프로세스가 일정한 시간(Time Quantum) 동안만 실행되며, 시간이 지나면 다음 프로세스로 넘어가는 방식입니다.
즉, 모든 프로세스가 공평하게 CPU를 사용할 수 있도록 설계된 선점형(Preemptive) 방식입니다.

RR스케줄링의 타임 슬라이스가 아주 작으면 아래와 같은 문제가 발생합니다.

Context Switching 증가:
- 타임 슬라이스가 너무 작으면 프로세스가 자주 CPU에서 교체되므로 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 비용이 증가하여 오버헤드가 커진다.
CPU 사용률 저하:
- CPU가 실제 작업을 수행하는 시간보다 문맥 전환(Context Switching) 처리에 더 많은 시간을 사용하게 되어 효율성이 떨어진다.

하지만 RR 스케줄링은 모든 프로세스가 공평하게 실행되고, 응답 시간이 빨라서 실시간 시스템에 적합하다는 장점이 있습니다.

Q. 운영체제가 MLFQ에서 CPU Bound Process와 I/O Bound Process를 어떻게 구분할까요?

MLFQ(Multi-Level Feedback Queue, 다단계 피드백 큐) 스케줄링은 여러 개의 큐를 사용하여 프로세스를 우선순위별로 분류하고, 프로세스의 실행 시간이나 행동 패턴에 따라 다른 큐로 이동시키는 방식입니다.

즉, CPU 사용 시간에 따라 우선순위가 조정되며, 프로세스가 낮은 우선순위로 이동할 수도 있고 다시 높은 우선순위로 복귀할 수도 있는 유동적인 스케줄링 방식입니다.

운영체제는 프로세스의 행동 패턴을 기반으로 CPU Bound Process와 I/O Bound Process를 구분합니다.

CPU Bound Process:
- CPU를 오래 사용하는 프로세스
- 계산량이 많고, 연산이 많은 작업 (예: 영상 처리, 데이터 분석)
- CPU를 길게 사용하여 타임 퀀텀을 초과하면 하위 큐로 이동
I/O Bound Process:
- I/O 작업(디스크 접근, 네트워크 요청 등)이 잦은 프로세스
- 키보드 입력, 파일 읽기 등의 작업이 많음 (예: 웹 브라우저, 텍스트 편집기)
- 자주 I/O 요청을 하면 다시 상위 큐로 이동
즉 운영체제는 프로세스가 얼마나 자주 I/O 요청을 하는지 모니터링하며 CPU Bound와 I/O Bound를 자동으로 구분합니다.

Q. 공유자원이란무엇인가요?

공유 자원이란 여러 개의 프로세스가 동시에 접근할 수 있는 자원을 의미합니다.
예시:
- 메모리 (공유 메모리 영역)
- 파일 시스템 (파일 접근)
- 프린터, 네트워크 소켓 등

Q. 교착상태에 빠질 수 있는 조건은 어떤 것들을 충족해야 할까요?

교착 상태는 4가지 조건을 모두 만족해야 교착 상태에 빠지게 됩니다.

아래 4가지 중 한가지라도 만족하지 않는다면, 교착 상태에 빠지지 않게 됩니다.

교착 상태 4가지 조건

상호 배제 (Mutual Exclusion):
- 한 번에 하나의 프로세스만 자원을 사용할 수 있어야 한다.
점유와 대기 (Hold and Wait):
- 하나의 자원을 점유한 프로세스가 다른 자원을 기다리는 상태여야 한다.
비선점 (No Preemption):
- 프로세스가 강제로 자원을 빼앗기지 않는다.
순환 대기 (Circular Wait):
- 프로세스들이 원형(사이클)으로 자원을 서로 점유하고 대기한다.