프로세스 스케줄링에서 CFS의 Weight 기반 공정성 실험

프로세스 스케줄링에서 CFS의 Weight 기반 공정성 실험 알아보기

프로세스 스케줄링은 운영체제의 핵심 기능 중 하나로, CPU와 같은 시스템 자원을 여러 프로세스에 효율적으로 할당하는 역할을 합니다. 특히 CFS (Completely Fair Scheduler)는 리눅스 운영체제에서 기본적으로 사용되는 스케줄러로, ‘완전한 공정성’을 목표로 설계되었습니다. CFS는 각 프로세스에 CPU 시간을 공정하게 분배하기 위해 Weight 기반의 스케줄링 방식을 사용합니다. 이 글에서는 CFS의 Weight 기반 공정성 스케줄링에 대한 이해를 돕고, 실제로 실험을 통해 그 동작 방식을 확인해보는 과정을 안내합니다.

CFS란 무엇인가

CFS는 ‘가상 런타임(Virtual Runtime)’이라는 개념을 사용하여 프로세스 스케줄링을 수행합니다. 각 프로세스는 자신이 CPU를 사용한 시간을 가상 런타임에 누적하게 되는데, 이 가상 런타임은 프로세스의 Weight에 따라 조정됩니다. Weight가 높은 프로세스는 낮은 프로세스보다 가상 런타임 증가 속도가 느립니다. 따라서, CFS는 가상 런타임이 가장 낮은 프로세스를 선택하여 실행함으로써, Weight에 비례하는 CPU 시간을 각 프로세스에 할당합니다.

Weight 기반 스케줄링의 중요성

Weight 기반 스케줄링은 시스템 관리자가 프로세스에 우선순위를 부여할 수 있도록 해줍니다. 예를 들어, 중요한 작업을 수행하는 프로세스에 높은 Weight를 부여하면, 다른 프로세스보다 더 많은 CPU 시간을 확보할 수 있습니다. 이는 시스템의 전체적인 성능을 최적화하고, 특정 작업의 중요도를 반영하여 자원을 효율적으로 관리하는 데 도움이 됩니다.

실생활에서의 활용 예시

CFS Weight 설정 방법

리눅스 시스템에서는 nice 명령어 또는 cgroups를 사용하여 프로세스의 Weight를 설정할 수 있습니다. nice 명령어는 간단하게 프로세스의 우선순위를 조정하는 데 사용되며, cgroups는 보다 세밀한 자원 관리를 제공합니다.

nice 명령어 사용법

nice 명령어는 프로세스의 ‘nice value’를 변경하여 CFS Weight에 영향을 줍니다. nice value는 -20 (가장 높은 우선순위)에서 19 (가장 낮은 우선순위) 사이의 값을 가질 수 있습니다. 기본값은 0입니다.




nice -n -10 ./my_process  # my_process의 nice value를 -10으로 설정

cgroups 사용법

cgroups (Control Groups)는 프로세스 그룹의 자원 사용량을 제한하고 관리하는 데 사용되는 리눅스 커널 기능입니다. cgroups를 사용하여 CFS Weight를 설정하는 방법은 다음과 같습니다.

    • cgroups 파일 시스템 마운트: 
      


mount -t cgroup -o cpu cpu /sys/fs/cgroup/cpu
    • 새로운 cgroup 생성: 
      


mkdir /sys/fs/cgroup/cpu/my_group
    • cgroup에 프로세스 추가: 
      


echo [pid] > /sys/fs/cgroup/cpu/my_group/tasks  # [pid]는 프로세스 ID
    • cgroup의 CFS Weight 설정: 
      


echo 1024 > /sys/fs/cgroup/cpu/my_group/cpu.shares  # 기본값은 1024, 높을수록 Weight가 높음

CFS Weight 기반 공정성 실험

이제 실제로 CFS Weight 기반 공정성 실험을 진행해 보겠습니다. 이 실험에서는 두 개의 프로세스를 실행하고, 각각 다른 Weight를 부여하여 CPU 사용량을 비교합니다.

실험 환경

실험 과정

    • CPU를 많이 사용하는 두 개의 프로세스 (예: 무한 루프)를 작성합니다.
    • 두 프로세스를 각각 다른 cgroup에 할당합니다.
    • 각 cgroup에 다른 CFS Weight를 설정합니다. 예를 들어, 하나의 cgroup에는 2048, 다른 cgroup에는 512를 설정합니다.
    • top 또는 htop과 같은 시스템 모니터링 도구를 사용하여 각 프로세스의 CPU 사용량을 관찰합니다.

실험 결과 분석

실험 결과, Weight가 높은 프로세스가 Weight가 낮은 프로세스보다 더 많은 CPU 시간을 사용하는 것을 확인할 수 있습니다. Weight 비율에 비례하여 CPU 시간이 분배되는 것을 관찰할 수 있습니다. 예를 들어, Weight가 2048인 프로세스는 Weight가 512인 프로세스보다 약 4배 더 많은 CPU 시간을 사용해야 합니다.

유용한 팁과 조언

흔한 오해와 사실 관계

전문가의 조언이나 의견

많은 전문가들은 CFS를 효과적으로 활용하기 위해 다음과 같은 조언을 합니다.

자주 묻는 질문과 답변

Q: CFS Weight를 어떻게 설정해야 할지 모르겠습니다.
A: 먼저 프로세스 간의 상대적인 중요도를 파악하고, Weight를 설정하십시오. 초기에는 적절한 값을 설정하고, 시스템 모니터링 도구를 사용하여 CPU 사용량을 관찰하면서 Weight를 조정하는 것이 좋습니다.
Q: cgroups가 너무 복잡합니다. 간단하게 CFS Weight를 설정하는 방법은 없나요?
A: nice 명령어를 사용하여 프로세스의 nice value를 변경하면 CFS Weight에 영향을 줄 수 있습니다. 하지만, cgroups를 사용하는 것보다 세밀한 제어는 어렵습니다.
Q: CFS Weight를 변경해도 CPU 사용량이 변하지 않는 것 같습니다.
A: Weight 변경 후 프로세스가 CPU를 충분히 사용하고 있는지 확인하십시오. 또한, 시스템의 부하가 높거나 다른 프로세스가 CPU를 독점하고 있는 경우, Weight 변경이 효과를 발휘하지 못할 수 있습니다.

비용 효율적인 활용 방법

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