시스템 설계 인터뷰: 태스크 스케줄러 설계

시스템 설계 인터뷰에서 태스크 스케줄러를 설계하는 것은 컴퓨터 시스템의 효율성과 성능을 좌우하는 핵심 요소입니다. 태스크 스케줄러는 CPU와 같은 자원을 여러 프로세스나 태스크에 효과적으로 분배하여 시스템의 전반적인 성능을 최적화하는 역할을 합니다. 이 글에서는 태스크 스케줄러 설계 시 고려해야 할 주요 요소와 다양한 스케줄링 알고리즘을 살펴보겠습니다.

태스크 스케줄러 설계 시 고려 사항

공정성(Fairness): 모든 태스크가 공정하게 CPU 시간을 할당받아야 합니다. 특정 태스크가 과도하게 우선시되거나 무시되지 않도록 해야 합니다.
CPU 활용도(CPU Utilization): CPU가 가능한 한 지속적으로 작업을 수행하도록 하여 유휴 시간을 최소화해야 합니다.
응답 시간(Response Time): 특히 사용자 인터페이스와 상호작용하는 태스크의 경우, 빠른 응답 시간을 보장해야 합니다.
처리량(Throughput): 주어진 시간 내에 완료되는 작업의 수를 최대화해야 합니다.
실시간성(Real-Time Requirements): 일부 시스템에서는 특정 태스크가 정해진 시간 내에 완료되어야 하는 실시간 요구사항이 있습니다. 이러한 경우, 스케줄러는 이러한 제약 조건을 준수해야 합니다.

스케줄링 알고리즘

다양한 스케줄링 알고리즘이 존재하며, 각 알고리즘은 특정 시나리오와 요구사항에 따라 장단점이 있습니다.

1. 선입선출(First-Come, First-Served, FCFS)

도착한 순서대로 태스크를 처리하는 간단한 방식입니다. 구현이 용이하지만, 긴 태스크가 앞에 있을 경우 이후 태스크들이 오래 기다려야 하는 문제점이 있습니다.

2. 최단 작업 우선(Shortest Job Next, SJN)

처리 시간이 가장 짧은 태스크를 우선적으로 실행합니다. 전체적인 대기 시간을 줄일 수 있지만, 긴 태스크가 계속해서 뒤로 밀려 무한 대기 상태에 빠질 수 있는 위험이 있습니다.

3. 우선순위 스케줄링(Priority Scheduling)

각 태스크에 우선순위를 부여하고, 높은 우선순위를 가진 태스크를 먼저 실행합니다. 우선순위가 낮은 태스크가 무한 대기 상태에 빠질 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 추가적인 메커니즘이 필요합니다.

4. 라운드 로빈(Round Robin)

각 태스크에 동일한 시간 할당량을 부여하고, 순환하며 실행합니다. 공정성을 보장하며, 특히 시분할 시스템에서 유용합니다.

5. 다단계 피드백 큐(Multilevel Feedback Queue)

여러 개의 큐를 사용하여 태스크의 특성에 따라 동적으로 우선순위를 조정합니다. 예를 들어, 짧은 태스크는 높은 우선순위 큐에 배치하고, 긴 태스크는 낮은 우선순위 큐로 이동시킵니다. 이러한 방식으로 다양한 태스크의 요구사항을 효과적으로 처리할 수 있습니다.

6. 레이트 모노토닉 스케줄링(Rate-Monotonic Scheduling, RMS)

주기적인 태스크의 우선순위를 주기가 짧을수록 높게 설정하는 고정 우선순위 알고리즘입니다. 실시간 시스템에서 주로 사용되며, 특정 조건 하에서 최적의 스케줄링을 보장합니다.

7. 브레인 퍼크 스케줄러(Brain Fuck Scheduler, BFS)

단순성과 상호작용 응답성 향상을 위해 설계된 스케줄러로, 태스크의 우선순위와 가상 데드라인을 기반으로 스케줄링을 수행합니다.

결론

태스크 스케줄러를 설계할 때는 시스템의 특성과 요구사항을 면밀히 분석하여 적합한 스케줄링 알고리즘을 선택하는 것이 중요합니다. 각 알고리즘은 고유한 장단점을 가지며, 특정 상황에서 최적의 성능을 발휘합니다. 따라서 인터뷰나 실제 시스템 설계 시 이러한 알고리즘의 특성과 적용 사례를 깊이 있게 이해하는 것이 필요합니다.