• 여러 작업을 빠르게 전환하며 실행
• 여러 작업이 동일한 CPU와 메모리를 공유하며 동작
• 스케줄링을 통해 작업 실행 순서를 조정하여 멀티태스킹을 구현
• I/O 중심 작업(예: 파일 입출력, 네트워크 처리)에서 효과적 → CPU가 기다리는 시간이 긴 작업들
• 효율적인 시스템 자원 활용과 사용자 경험 개선에 핵심적인 역할 | | 스레드풀 (Thread Pool) | 정의: 미리 스레드를 만들어 놓고 재활용한다
• 매번 스레드를 만드는 것이 비용면에서 비효율적이다
• 스레드 오버해드 줄인다 | | 컨텍스트 스위칭 | 정의: 운영체제가 멀티태스킹을 구현하기 위해 중요한 개념
• CPU가 실행 중인 프로세스(또는 스레드)의 상태(Context)를 저장하고, 새로운 프로세스의 상태를 복원하는 과정
• 컨택스트에 프로세스 ID, 우선순위, 스케줄링 정보, CPU 레지스터 상태, 메모리 상태 저장됨 | | | | | 스케줄 | 정의: 스케줄러는 운영체제의 핵심 구성 요소로, CPU와 같은 시스템 자원을 적절히 분배하기 위해 프로세스나 스레드의 실행 순서를 관리하는 역할
• 작업 선택: 실행 가능한 작업(프로세스 또는 스레드) 중에서 **어떤 작업을 실행할지 결정
• 자원 분배:** CPU와 같은 제한된 자원을 여러 작업이 **공평하게 사용할 수 있도록 분배
• 컨텍스트 스위칭 관리:** 작업 간 전환 시, 이전 작업의 상태(레지스터, 프로그램 카운터 등)를 저장하고, 새로운 작업의 상태를 복원하여 작업이 중단 없이 진행
• 멀티스레딩 환경에서는 여러 스레드가 공유 리소스에 접근할 때 동기화(Synchronization)가 필요 | | 스케줄러의 종류 | 1. 장기 스케줄러: 디스크에서 메모리로 로드할 작업을 선택해서 시스템의 전체적인 작업 부하를 조절 2. 중기 스케줄러: 메모리에 있는 작업 중 어떤 작업을 임시로 중단(스왑)할지 결정. 3. 단기 스케줄러: 실행 가능한 작업 중 다음에 CPU를 사용할 작업을 결정, 컨텍스트 스위칭이 발생. | | 스케줄러가 필요한 이유 | - CPU를 자주 사용하여 성능을 극대화
• 단위 시간 동안 처리 가능한 작업의 수를 증가시켜 시스템 처리량을 최적화
• 작업의 시작부터 종료까지 걸리는 시간을 줄여 효율적으로 작업 완료
• 작업이 대기열에서 기다리는 시간을 줄여 자원의 빠른 순환 지원
• 작업이 시작된 후 첫 번째 응답까지 걸리는 시간을 줄여 빠른 사용자 피드백 제공 | | 비선점형 스케쥴링 | - 실행 중인 프로세스가 자발적으로 종료하거나 I/O 작업을 수행해야 다른 프로세스가 실행됨
• 컨텍스트 스위칭 빈도가 낮아 오버헤드가 적음
• FCFS(First Come First Serve), SJF(Shortest Job First, 비선점형) | | 선점형 스케줄링 | - 실행 중인 프로세스를 강제로 중단하고 다른 프로세스를 실행할 수 있음
• 컨텍스트 스위칭이 자주 발생하여 오버헤드 증가
• 예: 라운드 로빈, SJF(Shortest Job First, 선점형), 우선순위 스케줄링(선점형) | | 라운드로빈 스케쥴링 | 정의: 시분할 시스템을 위해 설계된 선점형 스케줄링의 하나로서, 프로세스들 사이에 우선순위를 두지 않고, 순서대로 시간단위(Time Quantum/Slice)로 CPU를 할당하는 방식
• 대표적인 스케줄링 기법
• 컴퓨터 자원을 사용할 수 있는 기회를 프로그램 프로세스들에게 공정하게 부여 | | 시분할 시스템 | 정의: 여러 사용자가 동시에 컴퓨터 시스템을 공유할 수 있도록 CPU 시간을 분할하여 각 사용자에게 할당하는 운영체제 방식 | | 콘보이 현상 | 정의: 작업시간이 긴 프로세스를 우선적으로 처리하느라, 작업시간이 짧은 프로세스가 오랜 기간을 대기하며 평균 대기시간이 높아져 비효율적으로 작업하게 되는 것
• 비선점형(Non-Preemptive) 스케줄링
• FCFS (First Come First Serve) 스케줄링
• 해결방법: 선점형 스케줄링 사용 | | 기아현상 | 정의: 우선순위 기반 스케줄링에서 낮은 우선순위를 가진 프로세스가 계속 CPU를 할당받지 못하는 현상
• 해결방법: 에이징(Aging) 기법 → 정 시간이 지나면 낮은 우선순위 프로세스의 우선순위를 자동으로 높이는 방식 | | | | | 병렬성 | 정의: 여러 CPU 코어로 여러 스레드와 프로세스를 물리적으로 실제로 동시에 실행하는 개념
• 연산 중심 작업, 실시간 처리와 대규모 데이터 처리할 때 유용하다 | | 암달의 법칙 | 정의: 컴퓨터 시스템의 일부를 개선할 때 전체적으로 얼마만큼의 최대 성능 향상이 있는지 계산
• Speedup = 1 / [(1 - P) + (P / S)] Speedup : 전체 작업에 대한 속도 향상 비율 P : 전체 작업 중 개선된 부분이 차지하는 비율 S : 개선된 부분에 대한 성능(속도) 향상 비율 | | c10k 문제 | 정의: 동시 접속자 10,000개를 처리하는 데 발생하는 성능 문제
• 원인: 전통적인 스레드/프로세스 기반 아키텍처, 블로킹 I/O 방식
• 해결: 멀티플렉싱 기반 I/O 모델 도입, 비동기 & 논블로킹 I/O |

1️⃣ 동시성과 병렬성의 차이 (멀티 쓰레드 환경에서의 동시성과 병렬성)

1. 싱글코어 일때는, 동시성으로 인해 여러 쓰레드가 실행되지만, 실제로는 하나의 코어에서 번갈아 가며 실행된다.
2. 멀티코어 일때는, 일부 스레드는 같은 코어에서 동시성으로 번갈아 가며 실행되고, 일부는 다른 코어에서 병렬성으로 동시에 실행된다.

2️⃣ 텍스트 스위칭이 발생할 때 생기는 부정적인 영향

1. 컨텍스트 스위칭이 많아질수록 CPU가 실제 연산보다는 문맥 전환 자체에 시간을 소비
2. 과도한 컨텍스트 스위칭은 시스템의 전체적인 응답 속도를 저하

3️⃣ 스레드풀을 사용하는 이유와 장단점에 대해서 설명해주세요

1. 스레드풀은 미리 생성된 일정 개수의 스레드를 관리하는 풀로 작업(Task)이 발생하면 새로운 스레드를 생성하는 대신 기존의 스레드를 재사용하고 작업이 끝나면 스레드는 종료되지 않고 풀에 반환되어 새로운 작업을 기다린다.
2. 장점:
   1. 스레드를 생성할 때는 메모리 할당, 스택 공간 확보, OS 리소스 등록 등 비용이 많이 발생하는 것을 방지
   2. 너무 많은 스레드가 생성되면 CPU가 문맥 전환(Context Switching)을 자주 수행해야 하므로 성능이 저하를 스레드 풀로 스레드의 개수 제한하면 해결 가능
3. 단점:
   1. 스레드풀의 크기가 너무 작으면 요청이 많아질 때 새로운 작업이 대기 상태가 될 수 있다
   2. 스레드풀을 사용하더라도 너무 큰 풀을 사용하면 스레드 관리(Idle 상태 유지, 작업 분배 등)에 대한 오버헤드가 발생할 수 있다.
   3. 스레드풀을 사용하면 멀티쓰레딩 환경에서 발생하는 동기화 문제(레이스 컨디션, 데드락 등)를 추적하기 어려움.

4️⃣ 프로세스 스케쥴링과 스레드 스케쥴링의 차이점

프로세스는 실행 중인 프로그램의 인스턴스로 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간(코드, 데이터, 스택, 힙)을 가진다. 스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작업 단위로 같은 프로세스 내에서 코드, 데이터, 힙 영역을 공유하지만, 개별적인 스택을 가진다.

컨텍스트 스위칭 비용 측면에서는 프로세스 간 문맥 전환은 독립적인 주소 공간을 변경해야 하므로 비용이 높지만 스레드는 같은 프로세스 내에서 실행되므로 문맥 전환 비용이 상대적으로 낮다.

실행 단위로는 프로세스는 독립적으로 실행되고, 스레드는 프로세스 내에서 병렬로 실행될 수 있다.