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Digital Forensics Student

CPU Scheduling 기법 중 두 번째 section을 학습한 내용입니다.

Multiple processor scheduling

→ 여러 개의 CPU를 사용함에 있어 훨씬 복잡한 scheduling이 요구됩니다.

  • 종류의 관점
    • heterogeneous processors - 다른 종류들로 이뤄진 상태를 말합니다.
    • homogeneous processors - 같은 종류들로 이뤄진 상태를 말합니다.
  • 방식의 관점
    • Asymmetric multiprocessing
      • 하나의 프로세서가 System data structure에 접근이 가능합니다.
    • Symmetric multiprocessing(SMP)
      • 오늘 날 많이 사용되어집니다.
      • 각각의 프로세서들이 하나의 동일한 메모리, 자료구조를 이용하는 방식입니다.

Processor affinity ( 프로세서 관련성 )

→ Process는 processor에 대해 관련성을 가집니다.

  • Soft affinity
    • 하나의 프로세스가 항상 같은 프로세서에게서 동작하기로 보장되어 있는 것이 아닌 변동의 가능성이 있습니다.
    • Load balancing에 대한 장점이 존재합니다.
    • Context swiching에 따른 Overhead가 있다는 점이 있습니다.
  • Hard affinity
    • Soft affinity와 반대로 항상 같은 프로세서에서 동작됩니다.

    Load balancing이란?

    → 말 그대로 작업량을 고르게 분포시키는 것을 뜻합니다. SMP 방식이라면, 효율성을 위해 모든 CPU를 로드한 상태로 유지해야 하고, 여기에 있어 workload가 고르게 분산되도록 Load balancing을 시도하게 됩니다.

    Load Balancing에는 두 가지 방식이 존재합니다.

    • Push migration
      • 바쁜 cpu가 있는지 체크하고 그 경우 해당 cpu의 task를 다른 널널한 cpu로 밀어 보냅니다.
    • Pull migration
      • 쉬고 있는 cpu가 바쁜 cpu의 waiting 상태의 작업을 당겨와 자신이 처리합니다.

Multicore processors

→ 우리가 사용하는 휴대용 device들은 크기가 작아야하기 때문에 여러개의 processor가 사용되는데 제한됩니다. 그러므로, 하나의 CPU에 여러 개의 core를 사용하여 부피를 감소시키는 방법을 사용합니다. 이는빠르고 적은 전력을 소비하는 장점이 있습니다.

구조

  • 하나의 프로세스는 여러 개의 core로 이루어집니다.

  • 그리고 각 core는 여러 개의 Thread로 구성됩니다. 여기서 사용되어지는 Thread는 OS 개념에서의 Thread가 아닌 Hardware 개념의 thread로 SMT(Simultaneous multithreading)라고 불립니다. 이러한 SMT는 memory stall이 일어나는 동안 다른 Thread가 작업(이전과 다른 작업)을 처리하여 효율을 증가시켜줍니다.

    Memory stall → Main memory에서 주소를 가져오는 것

Multicore programming

고려사항

→ Multi processor 시스템엔 다음과 같은 고려해야할 사항들이 존재합니다.

  1. Dividing Activities ( 작업 분할 )
  2. Balance
  3. Data Splitting ( 공유 데이터 분할 )
  4. Data Dependency
  5. Testing & Debugging

Parallelism (병렬처리)

  • 동시에 하나 이상의 작업을 처리하는 것을 말합니다.
  • Multi-core system에서 구현 가능합니다.

Task Parallelism

→ 하나의 작업을 여러개의 스레드가 처리하는 방법입니다.

Data Parallelism

→ 하나의 데이터를 여러개가 사용하는 방법입니다.

▲ Parallelism on a multi-core system

▲ Parallelism on a multi-core system

Concurrency (동시처리)

  • Single processor / core, scheduler 환경에서 하나 이상의 작업을 수행하는 것을 말합니다.
  • 작업이 매우 빠르게 교체되며 처리되기 때문에 마치 동시에 처리하는 것 같아 Concurrency라는 용어를 사용한 것이지 실제로 동시에 일을 처리하는 병렬처리와는 다소 차이가 존재합니다.

▲ Concurrent execution on single-core system

▲ Concurrent execution on single-core system

Amdal’s Law

→ 그렇다면 우리는 과연 무작정 Core의 개수를 늘리면 컴퓨터의 성능은 좋아지지 않을까? 라는 생각을 하게 됩니다. 하지만 그러한 궁금증은 Amdal’s Law로 해결이 가능합니다.

▲ Amdal’s Law

▲ Amdal’s Law

여기서 serial portion이란 순차적으로 처리해야할 작업의 portion(비율)을 의미합니다. 즉 Core의 개수를 아무리 늘려도 Parallelism이 가능한 비율, 즉 (1-S)가 커지지 않는다면 선형적인 속력증가는 기대하기가 힘들다는 것을 알 수 있습니다.

Process vs Threads

  • Process
    • 프로그램 차원에서 생기는 하나의 domain입니다.
    • 독립적인 주소 공간을 소유하고, 각 프로세스들은 서로간 침범이 불가능합니다.
  • Threads
    • 하나의 프로세스 안에 하나의 code와 section을 공유하는 여러 개의 실행 흐름을 뜻합니다.
    • Thread switch는 context switch와 달리 주소 공간에 변화가 없으므로 overhead가 들지 않습니다.
    • 다음과 같은 이점들을 챙길 수 있습니다.
      • Responsiveness - 응답성, Interrupt 발생 시에도 일을 처리하며 빠르게 처리 가능합니다. 일반적으로 UI 처리에 용이합니다.
      • Resource Sharing - Memory 자원을 공유하기 때문에 효율적인 동작이 가능합니다.
      • Performance - 위와 같은 이유들로 수행 능력이 향상됩니다.
      • Scalability - 프로세스는 multiprocessor 구조의 이점을 챙길 수 있습니다.

Realtime Scheduling

→ 실시간 응답성을 중요하게 여깁니다.

Soft-realtime

→ Deadline이 따로 정해지진 않습니다.

Hard-realtime

→ Deadline이 존재하고 이를 어길 시 생명 등 중요한 것들이 피해를 볼 수 있습니다.

Type of Latency

→ 2가지 타입의 지연이 생길 수 있습니다.

  • Interrupt latency
    • 말 그대로 인터럽트 처리로 인한 지연입니다.
  • Dispatch latency
    • 현재있는 process가 종료되었을 때 다른 process로 교체하기 위해 schedule하는데 걸리는 지연 시간을 의미합니다.

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