하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념: 스케줄링 알고리즘 구현

 

컴퓨터 사이언스의 핵심 개념 중 하나인 스케줄링 알고리즘이 어떻게 구현되는지 자세히 알아보겠습니다. 이 글에서는 대표적인 스케줄링 알고리즘의 구체적인 동작 원리와 구현 방법을 자세하게 설명하겠습니다.

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1. 구현할 알고리즘 선택

 

먼저 구현하려는 알고리즘을 선택해야 합니다. 이전에 소개한 알고리즘 중에서 FCFS(First-Come, First-Served), SJF(Shortest Job First), Round Robin, Priority Scheduling, Multilevel Queue 등이 있습니다. 이 중에서 적합한 알고리즘을 선택합니다.

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2. 프로세스 생성 및 초기화

 

먼저 자바에서 Process 클래스를 생성합니다.

public class Process {

    int pid;

    int arrivalTime;

    int burstTime;

    int priority;

 

    public Process(int pid, int arrivalTime, int burstTime, int priority) {

        this.pid = pid;

        this.arrivalTime = arrivalTime;

        this.burstTime = burstTime;

        this.priority = priority;

    }

}

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3. 알고리즘 별 구현 방법

 

• FCFS: 프로세스의 도착 시간 순서대로 정렬하고 순서대로 실행합니다.

public static void fcfs(List<Process> processes) {

    processes.sort((p1, p2) -> Integer.compare(p1.arrivalTime, p2.arrivalTime));

    for (Process process : processes) {

        executeProcess(process);

    }

}

 

• SJF: 프로세스를 버스트 시간 순서대로 정렬하고, 가장 짧은 버스트 시간을 가진 프로세스부터 실행합니다.

public static void sjf(List<Process> processes) {

    processes.sort((p1, p2) -> Integer.compare(p1.burstTime, p2.burstTime));

    for (Process process : processes) {

        executeProcess(process);

    }

}

 

• Round Robin:
  프로세스들에게 일정 시간 할당량을 부여하고, 해당 시간만큼 실행을 제공하여 완료되지 않으면 다시 대기열 끝으로 돌아가는 방식입니다.

public static void roundRobin(List<Process> processes, int timeQuantum) {

    Queue<Process> queue = new LinkedList<>(processes);

    while (!queue.isEmpty()) {

        Process process = queue.poll();

        int remainingTime = process.burstTime - timeQuantum;

        if (remainingTime > 0) {

            process.burstTime = remainingTime;

            queue.add(process);

        } else {

            executeProcess(process);

        }

    }

}

 

• Priority Scheduling: 프로세스들을 우선순위에 따라 정렬하고 높은 우선순위를 가진 프로세스부터 실행합니다.

public static void priorityScheduling(List<Process> processes) {

    processes.sort((p1, p2) -> Integer.compare(p2.priority, p1.priority));

    for (Process process : processes) {

        executeProcess(process);

    }

}

 

• Multilevel Queue: 프로세스를 여러 개의 큐에 분류하여, 각 큐마다 다른 스케줄링 알고리즘을 적용합니다. (queuePolicy는 알고리즘을 정의한 함수형 인터페이스의 배열이라 가정

public static void multilevelQueue(List<Process> processes, int queueCount, Consumer<List<Process>>[] queuePolicy) {

    List<Process>[] queues = new List[queueCount];

    for (int i = 0; i < queueCount; i++) {

        queues[i] = new ArrayList<>();

    }

 

    for (Process process : processes) {

        int queueIndex = classifyProcess(process);

        queues[queueIndex].add(process);

    }

 

    for (int i = 0; i < queueCount; i++) {

        List<Process> queue = queues[i];

        Consumer<List<Process>> policy = queuePolicy[i];

        policy.accept(queue);

    }

}

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4. 알고리즘 테스트 및 성능 측정

 

구현한 알고리즘을 테스트하고 성능을 측정합니다. 프로세스의 평균 대기 시간, 응답 시간 및 완료 시간을 계산하여 알고리즘이 효과적인지를 판단합니다.

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5. 결과 분석 및 개선

 

마지막으로 결과를 분석하고 필요한 경우 알고리즘을 개선합니다. 개선점을 발견하면 다시 구현, 테스트 및 성능 측정 단계로 돌아가 수정합니다.

 

 

 

이상으로 '하루에 하나씩 배우는 컴퓨터 사이언스 개념: 스케줄링 알고리즘 구현'에 대해 조금 더 자세히 소개했습니다. 각 알고리즘의 동작 원리와 구현 방법을 정리하였으니 참고하시어 따라 해보시길 바랍니다.