스레드(Thread) 심화
스레드는 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 실행 단위이다.
- 스레드 스케줄링 전략 (Scheduling Policy)
- 스케줄링 타이밍 (Scheduling Timing)
- User-Level Thread(ULT) vs Kernel-Level Thread(KLT) 스케줄링 차이
- 실전에서 스케줄링은 어떻게 동작할까?
- 현대 OS 예시
- 심화 : CFS(Completely Fair Scheduler) 아주 간단 설명
- 스레드 스케줄링 요약
스레드의 기초적인 개념에 대해서는 스레드(Thread)에서 다루었다.
스레드 스케줄링 전략 (Scheduling Policy)
스레드를 선택할 때 사용하는 “우선순위”나 “기준”을 말해. 주요 방식은 다음과 같아.
FIFO (First-In, First-Out, 선입선출)
먼저 Ready 상태가 된 스레드가 먼저 CPU를 사용.
단순하고 공정하지만, 긴 작업이 먼저 오면 다른 짧은 작업이 오래 기다려야 할 수 있음.
Round Robin (라운드 로빈)
각 스레드에 시간 조각(time slice 또는 quantum)을 나눠서 순서대로 CPU를 줌.
한 번에 오래 점유 못하고, 조금만 CPU를 쓰고 다른 스레드에게 넘김.
반응성 좋은 시스템을 만드는 데 유리해 (예: 서버, 게임).
Priority Scheduling (우선순위 스케줄링)
스레드마다 우선순위를 부여하고, 우선순위가 높은 스레드를 먼저 실행.
Priority Inversion(우선순위 반전) 문제가 생길 수 있어 → 별도로 대응 필요(Mutex 상속 같은 기법 사용).
Shortest Job First (SJF)
실행 시간이 짧은 작업을 먼저 실행.
평균 대기 시간은 최적이지만, 스레드의 실행 시간을 미리 알아야 해서 실제로는 구현이 어려움.
Multilevel Queue Scheduling (다단계 큐 스케줄링)
스레드를 여러 “큐”로 나눔 (예: 인터랙티브 작업, 배치 작업)
각 큐마다 다른 스케줄링 정책을 적용
큐 간에도 우선순위를 정할 수 있어.
스케줄링 타이밍 (Scheduling Timing)
언제 스케줄링을 트리거할까? (스레드를 바꿀까?)에 대한 이야기야.
선점형 스케줄링 (Preemptive Scheduling)
스레드가 실행 중이어도, 운영체제가 강제로 뺏어서 다른 스레드에 CPU를 넘김.
예를 들어 시간 조각(time quantum)이 다 되면 강제 전환.
멀티태스킹 시스템(리눅스, 윈도우)은 거의 다 이 방식을 씀.
비선점형 스케줄링 (Non-Preemptive Scheduling)
스레드가 자발적으로 양보(yield) 하기 전까지 CPU를 계속 쓴다.
스레드가 블로킹 되거나 명시적으로 종료할 때만 다른 스레드에게 CPU를 넘긴다.
단순하지만 하나의 스레드가 CPU를 계속 점유하면 시스템 전체가 멈춘다.
요약
| 방식 | 특징 | 장단점 |
|---|---|---|
| 선점형 | 운영체제가 강제 전환 | 응답성 좋음, 구현 복잡 |
| 비선점형 | 스레드가 자발적 양보 | 구현 간단, 응답성 낮을 수 있음 |
User-Level Thread(ULT) vs Kernel-Level Thread(KLT) 스케줄링 차이
| 항목 | ULT | KLT |
|---|---|---|
| 스케줄링 주체 | 사용자 레벨 라이브러리 | 운영체제 커널 |
| 컨텍스트 스위칭 비용 | 작음(빠름) | 큼(느릴 수 있음) |
| 블로킹 처리 | 하나 블록되면 전체 블록 | 개별적으로 블록 처리 가능 |
| 예시 | Green Thread, Lightweight Thread | pthreads(Linux), Windows threads |
특히 ULT에서는 “한 스레드가 Block되면 프로세스 전체가 Block” 되는 문제가 있어서, 실제 상용 시스템에서는 KLT를 기반으로 스케줄링하는 경우가 많아.
실전에서 스케줄링은 어떻게 동작할까?
운영체제 커널은 보통 다음과 같은 상황에서 스케줄링을 발동시켜
스레드가 Sleep()이나 Wait()을 호출하여 Block될 때
스레드가 타임슬라이스(time slice)를 다 써버렸을 때
스레드가 종료되었을 때
인터럽트가 발생했을 때(예 : 타이머 인터럽트)
다른 스레드가 높은 우선순위로 등장했을 때
타이머 인터럽트로 주기적으로 선점(preemption)을 유발하는 것이 선점형 스케줄링 시스템의 핵심이다!
현대 OS 예시
| OS | 기본 스케줄링 정책 |
|---|---|
| Linux | Completely Fair Scheduler (CFS) |
| Windows | Multilevel Feedback Queue |
| macOS | Hybrid (Priority + Multilevel) |
Lunux CFS는 “모든 스레드가 공평하게 CPU를 나눠 갖자”는 원칙을 따르는 아주 세련된 알고리즘이야.
Windows는 인터랙티브 작업에 우선순위를 두는 편.
macOS도 우선순위와 타임 슬라이스를 조합해서 하이브리드 방식으로 스케줄링함.
심화 : CFS(Completely Fair Scheduler) 아주 간단 설명
Linux의 기본 스케줄러인 CFS는 이렇게 동작해
각 스레드가 CPU를 쓴 “시간”을 트래킹한다.
“가장 적게 CPU를 쓴 스레드”에게 CPU를 넘긴다.
실행 가능한 스레드들을 “Red-Black Tree”라는 자료구조에 정렬해 관리한다.
O(log N) 시간에 가장 공정한 스레드를 찾아낼 수 있다.
즉, “CPU를 공평하게 쓸 기회를 준다”는 게 핵심!
스레드 스케줄링 요약
스레드 스케줄링은 “누구를 언제 CPU에 태울지”를 결정하는 것.
스케줄링 전략(FIFO, Round Robin, Priority 등) + 스케줄링 타이밍(선점형/비선점형)이 기본 개념.
현대 운영체제는 거의 선점형 + 우선순위 + 공정성을 조합한 복합적 방식을 사용.
