[논문 리뷰] An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm

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

Distributed and Parallel Computing Systems참고 문헌 4인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 시간 공유 및 소프트 라이브 타임 시스템에서 Context Switching, 대기 시간, 응답 시간을 줄이기 위해 프로세스 동작에 기반해 시간 슬라이스를 동적으로 조정하는 최적의 다중 수준 동적 라운드 로빈(Optimum Multilevel Dynamic Round Robin, OMD-RR) 스케줄링 알고리즘을 제안한다. 각 실행 라운드 이후 지능적으로 시간 슬라이스를 재계산함으로써, 기존의 라운드 로빈 및 기타 스케줄링 방법에 비해 뛰어난 성능을 달성한다.

ABSTRACT

The main objective of this paper is to improve the Round Robin scheduling algorithm using the dynamic time slice concept. 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. CPU scheduling has strong effect on resource utilization as well as overall performance of the system. Round Robin algorithm performs optimally in time-shared systems, but it is not suitable for soft real time systems, because it gives more number of context switches, larger waiting time and larger response time. In this paper, a new CPU scheduling algorithm called An Optimum Multilevel Dynamic Round Robin Scheduling Algorithm is proposed, which calculates intelligent time slice and changes after every round of execution. The suggested algorithm was evaluated on some CPU scheduling objectives and it was observed that this algorithm gave good performance as compared to the other existing CPU scheduling algorithms.

연구 동기 및 목표

• 시간 공유 및 소프트 라이브 타임 시스템에서 기존 라운드 로빈 스케줄링의 비효율성, 특히 높은 Context Switching 수와 열악한 응답 시간을 해결하기 위해.
• 프로세스 실행 패턴에 기반해 시간 슬라이스 값을 동적으로 적응함으로써 대기 시간과 응답 시간을 줄이기 위해.
• 다중 스케줄링 레벨에서 지능적인 시간 슬라이스 조정을 통해 전체 시스템 성능과 자원 활용도를 향상시키기 위해.
• 기존 CPU 스케줄링 알고리즘과의 비교를 통해 표준 성능 메트릭을 사용해 제안된 알고리즘의 성능을 평가하기 위해.
• 다양한 워크로드에서 공정성과 반응성을 균형 잡는 다중 수준, 동적 스케줄링 메커니즘을 개발하기 위해.

제안 방법

• 알고리즘은 프로세스의 행동 및 실행 특성에 따라 우선순위 수준으로 그룹화된 다중 수준 구조를 구현한다.
• 각 실행 라운드 이후, 프로세스 실행 시간과 남은 작업을 고려한 피드백 메커니즘을 사용해 시간 슬라이스 값을 동적으로 재계산한다.
• 시간 슬라이스는 적응적으로 조정되며, 장기 실행 프로세스의 경우 증가시키고, 짧거나 상호작용성이 높은 프로세스의 경우 감소시켜 Context Switching을 최소화한다.
• 우선순위 기반 큐잉 시스템을 사용하며, 높은 수준의 프로세스는 짧고 자주 할당되는 시간 슬라이스를 받고, 낮은 수준의 프로세스는 더 길고 적응적인 슬라이스를 사용한다.
• 스케줄링 결정은 각 수준을 라운드 로빈 방식으로 순환하며, 각 라운드 이후 성능 피드백에 기반해 시간 슬라이스 값을 업데이트한다.
• 프로세스의 버스트 시간과 응답 시간과 같은 동작 특성을 평가하여 각 프로세스에 대한 최적의 시간 슬라이스 조정을 결정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 라운드 로빈 스케줄링에서 시간 슬라이스 적응 조정이 Context Switching을 줄이고 시스템 반응성을 향상시키는 방법은 무엇인가?
• RQ2 시간 공유 시스템에서 동적 시간 슬라이스 조정이 대기 시간과 응답 시간에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 다중 수준 피드백 메커니즘이 정적 또는 단일 수준의 동적 라운드 로빈에 비해 공정성과 성능을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 제안된 알고리즘이 기존 CPU 스케줄링 알고리즘과 키 성능 메트릭 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 각 실행 사이클 이후 시간 슬라이스를 재계산하는 최적의 방법은 무엇인가? 이는 시스템 효율성과 프로세스 반응성의 균형을 맞추기 위함이다.

주요 결과

• 제안된 OMD-RR 알고리즘은 표준 라운드 로빈 스케줄링에 비해 Context Switching 수를 크게 감소시켰다.
• 대기 시간과 응답 시간이 기존 라운드 로빈 및 기타 기준 알고리즘보다 상당히 낮게 나타났다.
• 적응적인 시간 슬라이스 할당 덕분에 시스템 처리량과 자원 활용도가 향상되었다.
• 성능 평가 결과, 다중 수준 동적 접근 방식이 기존 알고리즘보다 반응성과 공정성 측면에서 뛰어난 성능을 보였다.
• 동적 시간 슬라이스 조정 메커니즘이 다양한 워크로드을 가진 프로세스 간의 CPU 사용을 효과적으로 균형 잡는 데 성공했다.
• 특히 혼합 워크로드 하에서 시간 공유 환경에서 전체 시스템 성능이 향상되었다.