docs: 에코 3주차 5장 요약본 추가

week3/chapter5_CPU_scheduling/echo.md

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+# 5 CPU Scheduling
+
+#### 5.1 Basic Concepts
+
+다중 프로그램드된 OS의 필수요소
+
+다중 프로그래밍 목적: CPU 이용률을 최대화 하기 위해 항상 실행중인 프로세스를 가지려고
+
+다중 프로그래밍을 위해 스케줄링: 프로세스 대기 → OS는 CPU를 회수 → 다른 프로세스에 할당
+
+# 5.1.1 CPU Scheduler
+
+CPU 유휴 상태 → OS는 준비 큐에 있는 프로세스 중 하나 선택
+
+이때 **CPU 스케줄러**에 의해 선택 절차 수행
+
+> 이때 준비 큐는 반드시 FIFO 방식 큐가 아니어도 됨
+
+# 5.1.2 CPU-I/O Bust Cycle
+
+프로세스 실행은
+
+- **CPU execution**과 **I/O wait** 사이클로 구성
+- CPU Bust로 시작해서 CPU 버스트로 끝남: CPU Bust → I/O Bust → CPU Bust → ... → CPU Bust
+- 이때 CPU Bust 지속 시간을 측정
+
+![dbbe44d3-867a-461d-93f8-d29fa28aca71--Screenshot 2024-02-07 at 15.29.20.png](https://supernotes-resources.s3.amazonaws.com/image-uploads/dbbe44d3-867a-461d-93f8-d29fa28aca71--Screenshot%25202024-02-07%2520at%252015.29.20.png)
+
+- 긴 버스트 시간 < 짧은 버스트 시간
+- CPU 지향 프로그램인지, I/O 지향 프로그램인지에 따라 분포는 달라질 것
+
+# 5.1.3 Preemptive and NonPreemptive Scheduling
+
+스케줄링 결정은 4가지 상황에서 발생
+
+1. 프로세스가 **실행** → **대기** 상태로 전환: I/O 요청 혹은 `wait()`호출
+2. 프로세스가 **실행** → **준비 완료** 상태 전환: 인터럽트 발생
+3. 프로세스가 **대기** → **준비 완료** 상태 전환: I/O 종료
+4. 프로세스 종료
+
+1,4의 경우, 새로운 프로세스가 반드시 선택. 2,4의 경우는 선택의 여지가 있음
+
+- 1,4에서만 스케줄링이 발생할 경우(즉 프로세스가 직접 CPU를 반납할 경우): **비선점**, 혹은 **협조적**
+- 나머지는 **선점**
+
+선점 스케줄링에서는 **경쟁 조건 초래 가능**
+
+OS는 거의 항상 인터럽트를 받아들일 필요가 있고, 인터럽트에 의한 영향을 받는 코드 부분은 **동시 사용**으로부터 보호 되어야함
+
+# 5.1.4 Dispatcher
+
+디스패처는 Core의 제어를 CPU 스케줄러가 선택한 프로세스에 주는 모듈
+
+- 다른 프로세스로 문맥 교환
+- 사용자 모드 전환
+- 프로그램을 다시 시작하기 위해 사용자 프로그램 적절한 위치로 이동
+
+문맥 교환시 호출되므로, 가능한 최고로 빨리 수행되어야함. 이때 소요되는 시간을 **디스패치 지연(dispatch latency)**
+
+#### 5.2 스케줄링 기준
+
+사용되는 기준:
+
+- CPU 이용률(utilization)
+- 처리량(throughput): 단위 시간당 완료된 프로세스의 개수
+- 총 처리 시간(turnaround time): 프로세스 제출 시간과 완료 시간의 간격, 준비 큐 대기 시간
+- 대기 시간(waiting time): 준비 큐에서 대기하면서 보낸 시간의 합
+- 응답 시간(response time)
+
+| 기준 이름                        | 기준값                                 |
+| ---------------------------- | ----------------------------------- |
+| CPU 이용률(utilization)         | 0 - 100 %                           |
+| 처리량(throughput)              | 단위 시간당 완료된 프로세스의 개수                 |
+| **총 처리 시간(turnaround time)** | **준비 큐 대기 시간 + CPU 실행 시간 + I/O 시간** |
+| **대기 시간(waiting time)**      | **준비 큐 대기 시간의 합**                   |
+| 응답 시간(response time)         | 응답이 시작되는데까지 걸린 시간                   |
+
+#### 5.3 스케줄링 알고리즘
+
+# CPU Scheduling Problem
+
+- ready queue에 있는 어느 프로세스에게 CPU를 할당해 줄 것인가
+
+## Solutions:
+
+- FCFS: First-Come, First-Seved(문제가 많다)
+- SJF: Shortest Job First(SRTF: Shortest Remaining Time First)
+- RR: Round Robin - 시분할Time Sharing과 관련 있음
+- Priority  based
+- MLQ: Multi-Level Queue
+- MLFQ: Multi-Level Feedback Queue
+
+## FCFS Scheduling
+
+- the simplest CPU-Scheduling Algorithm
+- The process that requests the CPU first
+- FIFO queue로 구현 가능
+- **Average waiting time** highly depends on **CPU-burst times**
+- FCFS = Non-preemptive
+- Convoy Effect(호송차 효과)
+   - 다른 프로세스들이 CPU 타임이 긴 프로세스로 인해 대기
+
+## SJF Sheduling
+
+- shortest-next-CPU-busrt-first scheduling
+- 단순히 CPU Bust 타임이 작은 순서대로 CPU 할당
+- 최소 average waiting time을 가짐을 입증 가능하다.
+- 왜냐하면 짧은 프로세스를 긴 프로세스보다 먼저 처리할 경우, 항상 `줄어든 짧은 프로세스 대기 시간 > 늘어난 긴 프로세스 대기시간`이기 때문
+- 구현에서는?
+   - next CPU burst을 알 수 있는 방법이 없다.
+- 따라서 대략적으로 구현해야한다.
+   - 예측하기
+- 예측은 어떻게 하나?
+   - 통계적 방식: 과거 CPU Burst 측정 값을 통해 **지수적 통계** 내보기
+   - $$\tau_{n+1}= \alpha \tau_{n} + (1-\alpha)\tau_n$$ where
+      - $$\tau_n$$은 n번째 CPU burst 길이
+      - $$\tau_{n+1}$$은 그 다음 예측한 CPU Burst 길이
+      - $$\alpha$$ such that $$0<= \alpha <= 1$$
+- 선점형과 비선점형 둘 중 하나 가능
+   - 기존 프로세스 진행 중에 더 짧은 새로운 프로세스가 도착할 경우에 더 짧은 프로세스를 선점형으로 처리 가능
+
+## SRTF Scheduling
+
+- Shortest-Remaining-Time-First: Preemptive SJF Scheduling
+- SRTF는 현재 실행중인 프로세스를 선점
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+## RR Scheduling
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+- Round  Robin: preemptive FCFS with time quantum
+- A time quantum is a small unit of time (10ms to 100ms)
+- Ready queue = circular queue
+- 만약, one time quantum 보다 CPU burst가 작은 프로세스는?
+   - 프로세스가 자발적으로 CPU 반납
+   - 스케줄러가 다음 프로세스 실행
+- 길다면?
+   - 타이머가 종료되고 OS에 인터럽트
+   - 컨텍스트 스위치
+- 평균 대기 시간은 RR에서 좀 더 길어질 수 있다.
+- RR은 **선점형**
+- **Time Quantum**을 얼마로 주냐에 따라 성능이 달라진다.
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+## Priority-base Scheduling
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+- 각 프로세스에 우선순위 배정
+- 가장 높은 우선순위 먼저 처리, 같으면 FCFS
+- SFJ는 Priority-based Scheduling의 한 케이스
+- **선점형** 혹은 **비선점형**이 될 수 있음
+- **Starvation**(indefinite blocking) 가능
+   - 프로세스가 처리되지 않고 대기만 하는 경우
+   - 해결방안? **aging - 점차적으로 우선순위가 높아짐**
+- 구현에 있어서는 RR과 Priority 섞어서 사용
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+## Multi-Level Queue Scheduling
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+- 각 우선순위 별로 큐를 따로 주는 방식
+- 우선순위가 낮은 다른 큐의 프로세스가 실행되지 않을 수 있음
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+#### 5.4 스레드 스케줄링
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+대부분의 현대 OS는 실제적으로는 프로세스가 아닌 커널 스레드 스케줄링을 관리
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+- user thread는 thread library가 담당
+- 커널 스레드는 유저 스레드를 맵핑만 해주면 됨
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+#### 5.5 실시간 CPU Scheduling
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+- Soft Realtime vs Hard Realtime
+- Soft는 중요한 프로세스가 중요하지 않은 프로세스보다는 먼저 실행되도록 보장
+- Hard는 일이 반드시 데드라인 전에 끝내도록 작업
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