[운영체제] 멀티 프로그래밍과 Time Sharing

 

 

Operation System의 발전

 

 

이전에는 Operation System이 없었기 때문에 직접 수동으로 하드웨어 장치를 제어하였다.

하지만 이러한 방법은 너무 효율이 떨어졌기에 모니터라는 것을 만들게 되었다.

 

 

모니터는 일련의 과정을 제어하는 소프트웨어이다.

따라서 프로그램들이 묶여있으며 그 순서대로 실행될 수 있도록 도와준다.

 

 

그리고 이렇게 여러 개의 프로그램들을 묶어놓고 있다가 차례로 하나씩 실행시켜 놓는 방식을 일괄 처리 즉, Batch System이라고 한다.

 

 

모니터는 이러한 Simple Batch System 안에서 일련의 과정들이 차례로 수행되었다.

 

 

 

 

 

Uni-programming

 

 

 

위 그림은 Uniprogramming의 CPU의 동작 방식을 나타낸 것이다.

_Run_이라는 상자가 있는 동안에는 프로그램이 실행되는 것이며 _Wait_의 상태는 CPU가 쉬고 있는 상태이다.

 

 

만약 이러한 상황에서 I/O가 일어나는 상황을 가정해보자. 사용자의 입력을 받는 동안 CPU는 일을 할까? 아니다. 기다려야 한다. 또한 화면에 값을 보여주기 위해서도 CPU는 기다려야 한다. 이를 _utilization_이 좋지 못하다고 말한다.

 

 

즉, I/O가 일어나는 상황에서 일반적으로 CPU의 성능은 좋지 못하다.

 

 

 

 

 

Multiprogramming Systems

 

 

CPU가 놀고 있는 상황을 방지하고자, 사람들은 Multiprogramming System을 만들었다.

 

 

 

 

그림만 보아도 알 수 있듯이, Program A가 _Wait_하는 동안에 Program B가 _Run_을 할 수 있다. 따라서 이전의 uniprogramming에서 보다 CPU가 기다리는 시간이 줄어들기 때문에 효율적으로 사용할 수 있으며 utilization또한 높아진다.

 

 

하지만, 이는 그냥 되는 것은 아니고, Main Memory 상에 결국 여러 프로그램이 적재될 수 있어야 하기 때문에 Main Memory가 그만큼 커야 한다.

 

 

 

 

 

Process Scheduling

 

 

어떤 프로그램이 다음에 실행될지 정하는 것은 곧 Processor가 어떤 프로그램을 담당할지 정하는 것과 같은 말이고, 동시에 CPU가 어떤 프로그램을 실행할지 정하는 것과 같은 말이다.

 

 

또한 이러한 Processor Scheduling은 CPU scheduling, job scheduling이라고도 불린다.

 

 

 

 

 

 

Time Sharing Systems

 

 

Multiprogramming은 프로그램이 _Wait_하는 동안 다른 프로그램이 _Run_하는 것을 가능하게 했다. 하지만 각 프로그램마다 _Run_의 시간이 다르기 때문에 어떤 프로그램은 굉장히 많이 _Wait_해야 하는 상황이 발생하기도 한다.

 

 

그래서 _Time Sharing System_이라는 기술을 사용하는데, 이는 Time Slice라는 짧은 시간 동안 번갈아가며 프로그램을 _Run_을 하도록 한다. 다시 말해, 시간을 공유하여 평균 지연시간을 늦추는 기술이다.

 

 

time slice의 길이 : 100 msec(1/10 sec)

 

 

 

따라서 각 프로그램의 _Run_시간이 모두 달랐던 Multiprogramming, Uniprogramming과는 달리, Time Sharing System은  각 프로그램의 _Run_시간이 모두 일정하다.

 

 

 

 

 

 

Multiprogramming Vs. Time Sharing

 

 

• Multiprogramming
  • 배치 프로세싱, 백그라운드 프로세싱에 있어 주로 사용된다.
  • Time Sharing보다 오버 헤드가 작다.
  • 처리량(Throughput)이 좋다.

 

 

• Time Sharing
  • 인터렉티브 프로세싱(Interactive Processing), 포그라운드 프로세싱에 주로 사용된다.
  • Multiprogramming보다 오버 헤드가 크다.
  • 더욱더 나은 응답 속도(Response Time)
    • 요청을 받은 순간 부터, 내 순서가 오기까지가 응답 속도이다. 
    • CPU가 더 빠른 속도로 처리한다는 뜻이 아니다..!
    • Context Switching이 더 많기 때문이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

Symmetric multiprocessing(SMP)

 

 

Symmetric multiprocessing은 그대로 직역하면 대칭형 멀티 프로세싱으로, 모든 프로세서가 같은 일을 수행하는 것을 말한다.

 

 

반대로 특정 프로세서가 다른 프로세서와 다른 일을 한다면 이는 비대칭형 멀티프로세싱이다. 

 

 

여기서 각각의 프로세서들은 사실 하드웨어 그 자체이기 때문에 큰 의미가 없다. 그 역할을 부여하는 것은 Main Memory안에 있는 OS인 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

MultiProgramming Vs. MultiProcessing

 

 

MultiProgramming과 MultiProcessing은 엄연히 다르다.

 

 

MultiProgramming은 프로그램 A를 실행하는 동안 프로그램 B는 실행하지 않는다. 즉, 프로세서(CPU) 자체는 하나이기 때문에 시간대를 따로 두어여러 개의 프로그램을 실행하는 것이다. 

 

 

반대로 MultiProcessing은 CPU가 여러 개 있어, 동시에 프로그램을 실행하는 것이다.