[2] 시분할 시스템, 실시간 시스템

다중 프로그래밍은 더이상의 대화성 증진에는 한계가 있었다. 입출력이 일어날 때에만 스케쥴링이 일어나기 때문에 

- 한 프로그램의 입출력 빈도와 시간이 다른 프로그램의 수행에 영향을 준다.

- 한 프로그램의 수행시간이 다른 프로그램의 수행시간에도 영향을 준다. 

 

시분할 시스템

다음처럼 a시점 이후 b까지의 대기시간이 있다 -> Program2가 Program1에 영향을 준다.

- 따라서, 사용자와의 빈번한 대화성(편리성) 증진에는 한계가 있다.

 

시분할 시스템의 핵심은 타임슬라이스

- 입출력 발생이 일어났을 경우에도 스케쥴링이 일어나지만 타임슬라이스가 도래하면 무조건 스케쥴링을 시행한다.

- 프로그램의 간섭을 없애고 대화성도 증진시킬 수 있었다

- 시분할 시스템은 1960년 CTSS가 시초인데 하드웨어 여건 부족으로 안되다가 현재에 운영체제의 기본적인 체계로 자리잡았다

 

시분할 시스템의 원리

다중 프로그래밍과 비슷하지만 한가지가 바뀌었다. 세로줄들이 여러개 추가되었다.

이 세로줄이 타임슬라이스(Time Slice)이다. Time Slice가 끝날때마다 스케쥴링을 실행한다. 이렇게 되면 입출력이 되었을때도 스케쥴링이 일어나겠지만 그 외에도 Time Slice 도래했을때도 반드시 스케쥴링 일어나서 서로간의 간섭을 최소화할 수 있다. 

Program1이 입출력을 완료한 시점인 a 바로 다음 시점에 타임슬라이스 일어났을때 속개될 수 있는 가능성이 생기는 것이다. 여기서 b-c만큼 앞당겨질 수 있는 가능성이 생긴 것이다. 단, 여기서 우선순위가 개입된다. C 시점에서 스케쥴링을 하는데 이 때 우선순위가 2가 더 높다면 c에서 1이 실행되지는 않는다. 

궁금한 점은 Time Slice는 그럼 컴퓨터 상에서 어떻게 실현할까? Time Slice는 기본적으로 Timer Interrupt를 통해 구현한다고 생각하면 된다. 보통 10msec로 interrupt를 설정해서 그 interrupt가 들어올때마다 스케쥴링을 하는 것이다. 

 

- 시분할 시스템이 대두되었을때는 컴퓨터의 수요도 늘고 있었을뿐만 아니라 대화형 편집기의 인기가 높아졌을때.

이에 따라서 빈번한 대화, 즉 입출력 요구가 수행시간의 대부분을 차지하는 프로그램이 보편화되었고 그럼에 따라서 시분할 시스템이 좋은 해결책이 되었다.

- 대화성이 증진되다보니 사용자 입장에서는 시스템 전체를 혼자서 사용하고 있다는 착각이 가능했다. 여러 사용자가 개인용 모니터를 통하여 한 시스템에 동시에 연결하여 동시 사용이 가능해졌다. 즉, 운영체제가 각 사용자들 프로그램 사이를 재빠르게 전환함으로써 혼자 컴퓨터 독점했다는 착각. 각 사용자에게 각자의 모니터를 통해 접속하도록 해서 혼자 사용한다는 느낌. 

- 터미널이라고 부름(키보드와 브라운관으로 이루어짐)

- RS232라는 시리얼 통신표준 사용

- 시리얼 라인을 통해서 전산센터의 중앙컴퓨터의 각 포트에 원격으로 연결

- 각자의 방에서 vi같은 편집기를 통해  작업할 수 있다

- CPU의 효율성 증대, 빠른 응답시간을 제공함으로써 편의성도 증대

 

 

- 타임 슬라이스 이외에도 다양한 연구주제들을 파생시킴

- 가상 메모리 : CPU 활용의 효율성이 높아짐에 따라서 더 많은 프로그램을 동시에 적재하고자 하는 요청이 들어온다. 이는 결과적으로 메모리 부족을 야기하게 되었다. 그래서 한정된 메모리로서 여러 프로그램을 실행시킬 수 있도록 했어야 했는데 이를 위해서 탄생한것이 가상메모리 기법이다. 

- CPU 스케쥴링, 동기화 및 교착상태 같은 이슈 대두

 

실시간 시스템

- 특수한 분야를 위해 발전시킨 기술. 프로그램의 동작에 실시간성, 즉, 엄격한 마감시간(deadline)이 요구되는 분야가 있으며, 이러한 요구를 만족하는 시스템을 실시간 시스템이라 함.

- 예를 들어, 공장 생산 라인, 과학실험 제어, 산업제어, 항공기/미사일 제어, 로봇, 동영상 처리

- 실시간성은 두가지 부류로 나누어진다.

1. 경성 실시간성(hard real-time)

 - 데드라인 위반사건 발생시 재앙적 사건이 발생 - 무기 제어, 원자력 발전소.

 - 데드라인 100% 준수한다는것을 수학적, 실험적으로 증명해야 함

 - 경성실시간 운영체제는 아주 크기가 작다. 코딩량이 많을수록 증명하기 어렵기 때문

2. 연성 실시간성(soft real-time)

 - 데드라인은 존재하지만 위반시 재앙까지는 야기하지는 않음 - 동영상 플레이어

 - 만족여부는 주로 확률적으로 제시되며 보통 실시간 작업과 일반 작업 간의 우선순위 제어로 해결한다

 - 실시간과 관련해서 스케쥴링 알고리즘에서 실시간 스케쥴링 알고리즘 다룰 예정

 

실시간 시스템을 시분할 시스템과 굳이 구분하여 얘기하자면 실시간 시스템 경우 deadline의 b시점일 경우 그에 앞서서 반드시 실행시켜야 할 작업을 수행하는데 걸리는 최대소요예측시간(WCET)이 주어졌다고 하자. (안주어질 경우도 있다)

b라는 마감시간을 놓치지 않으려면 아무리 늦더라도 c시점까지는 스케쥴링이 마무리 되어서 프로그램1이 속개되도록 해야될것이다. 프로그램2가 c에서 스케쥴링을 당해야한다.