[논문 리뷰] A Comparative Study of CPU Scheduling Algorithms

Neetu Goel, Rajesh Garg|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 16.

Parallel Computing and Optimization Techniques참고 문헌 6인용 수 48

한 줄 요약

이 논문은 단일 CPU 환경에서 다양한 워크로드 하에서의 동작과 효율성을 평가하기 위해 상태도를 사용하여 CPU 스케줄링 알고리즘을 비교 분석한다. 스레드 처리량, 반응 시간, 공정성과 같은 시스템 목표에 기반하여 최적의 스케줄링 전략을 규명하며, 특정 시나리오에 가장 적합한 알고리즘을 선택하기 위한 시각적이고 분석적인 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

Developing CPU scheduling algorithms and understanding their impact in practice can be difficult and time consuming due to the need to modify and test operating system kernel code and measure the resulting performance on a consistent workload of real applications. As processor is the important resource, CPU scheduling becomes very important in accomplishing the operating system (OS) design goals. The intention should be allowed as many as possible running processes at all time in order to make best use of CPU. This paper presents a state diagram that depicts the comparative study of various scheduling algorithms for a single CPU and shows which algorithm is best for the particular situation. Using this representation, it becomes much easier to understand what is going on inside the system and why a different set of processes is a candidate for the allocation of the CPU at different time. The objective of the study is to analyze the high efficient CPU scheduler on design of the high quality scheduling algorithms which suits the scheduling goals. Key Words:-Scheduler, State Diagrams, CPU-Scheduling, Performance

연구 동기 및 목표

• 통제된 시뮬레이션 기반 환경에서 다양한 CPU 스케줄링 알고리즘의 성능 특성을 분석하기 위해.
• 반응 시간을 최소화하거나 처리량을 최대화하는 등의 특정 시스템 목표에 가장 적합한 스케줄링 알고리즘을 식별하기 위해.
• 프로세스 상태 전이 및 CPU 할당 결정을 각 알고리즘 간에 명확히 보여주는 시각적 상태도 표현을 개발하기 위해.
• 운영 체제 설계 목표와의 일치성을 평가하여 고품질 스케줄링 알고리즘 설계를 지원하기 위해.
• 워크로드 및 시스템 요구사항에 기반한 스케줄링 알고리즘 선택을 위한 실용적 참고 자료를 제공하기 위해.

제안 방법

• 연구는 다양한 CPU 스케줄링 알고리즘의 동작을 모델링하기 위해 상태도를 사용하여 준비, 실행, 대기 상태 간의 프로세스 전이를 시각화한다.
• 저자들은 전환 시간, 대기 시간, 반응 시간과 같은 핵심 성능 지표를 기반으로 스케줄링 알고리즘을 비교한다.
• 연구는 운영 체제의 이론적 및 운영 원칙에 기반하여 실시간 및 일반 목적 스케줄링 시나리오에 집중한다.
• 상태도는 알고리즘 간의 의사결정 논리와 상태 전이를 비교하기 위한 시각적 추상화 도구로 기능한다.
• FCFS, SJF, 라운드 로빈, 우선순위 스케줄링과 같은 알고리즘을 일관된 워크로드 가정 하에서 평가한다.
• 프레임워크는 각 알고리즘이 우선순위, 도착 시간 또는 버스트 시간에 따라 다음 프로세스를 CPU 실행에 선택하는 방식을 매핑함으로써 체계적인 비교를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 워크로드 하에서 처리량과 반응 시간의 최적 균형을 제공하는 CPU 스케줄링 알고리즘은 무엇인가?
• RQ2 다른 스케줄링 알고리즘이 프로세스 대기 시간과 시스템 공정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 어떤 상황에서 우선순위 기반 스케줄링 알고리즘이 라운드 로빈이나 최단 작업 우선 스케줄링보다 뛰어난가?
• RQ4 상태도는 CPU 스케줄링 알고리즘의 동적 행동을 효과적으로 표현하고 비교하는 데 어떤가?
• RQ5 CPU 스케줄링 전략에서 단순성, 효율성, 반응성 간의 상충 관계는 무엇인가?

주요 결과

• 상태도는 다양한 CPU 스케줄링 알고리즘의 동적 행동를 시각화하고 비교하는 데 명확하고 직관적인 방법을 제공한다.
• 최단 작업 우선(SJF)은 FCFS 및 라운드 로빈보다 평균 대기 시간을 최소화하는 데 뛰어난 성능을 보였다.
• 라운드 로빈은 반응 시간 특성이 뛰어나 시간 공유 요구 사항이 있는 상호작용형 시스템에 적합하다.
• 우선순위 기반 스케줄링은 고우선순위 작업의 시스템 반응성을 향상시켰지만, 저우선순위 프로세스의 굶주림 위험을 수반했다.
• 연구는 유일한 최적 알고리즘이 존재하지 않음을 확인하였으며, 최선의 선택은 시스템 목표와 워크로드 패턴에 따라 달라진다.
• 제안된 상태도 프레임워크는 스케줄링 결정을 이해하는 데 기여하며, 운영 체제 설계에서 정보 기반 알고리즘 선택을 지원한다.