선점형과 비선점형 스케줄링

운영체제/CPU 스케줄링

선점형과 비선점형 스케줄링

iOS Developer 2025. 1. 28. 14:55

선점형과 비선점형 스케줄링

운영체제에서 프로세스에게 CPU 등 자원을 할당할 때, 이미 자원을 사용 중인 프로세스로부터 자원을 빼앗아 다른 프로세스에게 넘길 수 있는지 여부에 따라 스케줄링을 선점형(Preemptive) 과 비선점형(Non-Preemptive) 으로 구분한다. 이 장에서는 두 방식의 정의와 장단점을 살펴본다.

1. 선점형 스케줄링(Preemptive Scheduling)

1.1 정의

선점(Preemption) 이란 “남보다 앞서 차지한다”는 뜻이다.
선점형 스케줄링은 운영체제가 프로세스가 자원을 쓰는 중이라도, 언제든 해당 자원을 빼앗아(강제적으로 중단시키고) 다른 프로세스에게 배분할 수 있는 방식을 말한다.

예: 시분할(Time Quantum) 방식

프로세스가 정해진 시간만큼 CPU를 쓰고 나면, 타이머 인터럽트가 발생하여 운영체제가 해당 프로세스로부터 CPU를 회수하고 다른 프로세스에게 할당한다.
이로써 모든 프로세스가 골고루 CPU 시간을 얻을 수 있다.

_{(그림 출처: 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제)}

1.2 장단점

장점

자원 독점 방지
- 하나의 프로세스가 자원을 오래 점유하지 못하게 하여, 긴급하거나 우선순위가 높은 프로세스에 빠른 대응이 가능하다.
다중 프로그래밍 효율 향상
- 여러 프로세스가 병행으로 자원을 나눠쓰며, 반응성이 좋아진다.

단점

문맥 교환(Context Switch) 오버헤드
- 프로세스를 중단하고 다른 프로세스를 재개하려면 레지스터, PCB, 메모리 맵 등을 변경해야 해 오버헤드가 증가한다.
연산의 일관성 문제
- 작업 도중 선점이 일어나면, 공유 자원의 상태가 불안정해질 수 있어 동기화(뮤텍스, 세마포어 등)가 필수적이다.

2. 비선점형 스케줄링(Non-Preemptive Scheduling)

2.1 정의

비선점형 스케줄링은 한 프로세스가 자원을 사용하기 시작하면, 프로세스가 종료되거나 대기(I/O 등)로 스스로 포기하기 전까지는 다른 프로세스가 개입할 수 없는 방식이다.
즉, CPU를 할당받은 프로세스가 스스로(또는 작업 완료) 자원을 놓을 때까지 독점할 수 있다.

_{(그림 출처: 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제)}

2.2 장단점

장점

문맥 교환 횟수 감소
- 프로세스가 자원을 연속적으로 사용하므로, 선점에 따른 빈번한 문맥 교환이 발생하지 않아 오버헤드가 적다.
작업 일관성 보장
- 프로세스가 자원을 독점하므로, 공유 자원 접근 시 동기화 문제를 완화할 수도 있다(단, 다른 프로세스 관점에서는 불리).

단점

긴급 대응 어려움
- 높은 우선순위의 프로세스가 급하게 자원을 필요로 해도, 이미 자원을 쓰고 있는 낮은 우선순위 프로세스가 끝낼 때까지 기다려야 한다.
자원 독점 가능
- 특정 프로세스가 자원을 오랫동안 점유하면, 시스템 응답성이 저하되고 공정성이 떨어질 수 있다.

3. 선점형 vs. 비선점형 비교

구분	선점형 스케줄링	비선점형 스케줄링
개념	실행 중인 프로세스 자원을 빼앗을 수 있음	자원을 사용 중인 프로세스 독점 (스스로 놓을 때까지)
문맥 교환 횟수	상대적으로 많음	상대적으로 적음
긴급 프로세스 대응	유리 (언제든 끼어들기 가능)	불리 (현재 프로세스가 끝날 때까지 대기)
공정성/반응성	높음	낮음
구현 복잡도	높음 (선점 시점, 동기화 고려 등)	낮음

4. 현대 운영체제의 동향

대부분 시분할(Time-Sharing) 시스템이나 서버 환경을 포함해, 현대 운영체제(Windows, Linux, macOS 등)는 선점형 스케줄링을 채택하고 있다.

선점형 방식을 통해 인터랙티브(대화형) 응답성을 높이고, 다양한 우선순위 기반 스케줄링을 구현하기 용이하다.
다만, 특정 상황(예: 커널 임계 구역 또는 드라이버 작업 중)에서는 일시적으로 비선점 구간을 둘 수도 있다.

5. 결론

선점형 스케줄링은 CPU 등 자원을 사용하는 프로세스가 있더라도, 더 높은 우선순위 또는 긴급 상황이 발생하면 강제로 자원을 회수하여 다른 프로세스에 할당할 수 있는 방식이다.
비선점형 스케줄링은 이미 자원을 할당받은 프로세스가 작업을 모두 마치거나 스스로 대기로 들어가기 전까지 다른 프로세스가 끼어들지 못하는 방식이다.
현대 운영체제는 대부분 선점형을 사용하지만, 문맥 교환으로 인한 오버헤드나 임계 구역 보호 등을 고려해, 부분적으로 비선점 영역을 사용하기도 한다.

참고 자료

혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제
Operating System Concepts (A. Silberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne)
Modern Operating Systems (A.S. Tanenbaum, H. Bos)