Context Switching(문맥 교환)

 

 

 

 

Context Switching(문맥 교환) 이란?

문맥교환(Context Switching)은 컴퓨터 시스템에서 여러 작업(혹은 프로세스 또는 스레드)이 동시에 실행되는 경우, 한 작업에서 다른 작업으로 전환하는 과정을 의미합니다. 이는 다중 작업(multitasking) 환경에서 발생하는 중요한 개념으로, 운영체제가 각 작업에 CPU 시간을 할당하고 번갈아가며 실행되도록 관리하는 것을 의미합니다.

문맥교환이 발생하는 상황은 다음과 같습니다.

1. 인터럽트(Interrupts): 하드웨어나 소프트웨어 인터럽트가 발생하여 현재 실행 중인 작업을 멈추고 다른 작업을 실행해야 할 때가 있습니다. 예를 들어, 입출력 작업이 완료되었을 때 하드웨어가 CPU에 알리는 경우가 이에 해당합니다.

2. 스케줄링: 운영체제는 CPU 시간을 여러 작업에 나누어 주어야 하므로, 각 작업에게 할당된 시간이 지나면 다음 작업으로 전환합니다. 이를 스케줄링이라고 하며, 작업 간의 문맥교환이 필요합니다.

 

문맥교환 과정은 다음과 같습니다.

1. 현재 작업의 상태 저장: 실행 중인 작업의 상태(레지스터 값, 프로그램 카운터 등)가 저장됩니다. 이 상태는 나중에 해당 작업을 다시 실행할 때 필요합니다.

2. 다음 작업의 상태 복원: 실행할 다음 작업의 상태가 이전에 저장된 상태에서 복원됩니다. 이로써 다음 작업은 중단되었던 지점부터 실행될 수 있습니다.

문맥교환은 시스템 성능에 영향을 미칠 수 있는데, 문맥교환이 빈번하게 발생하면 오버헤드(overhead)가 발생하여 시스템 성능이 저하될 수 있습니다. 따라서 효율적인 스케줄링 알고리즘과 관리가 필요합니다. 또한, 문맥교환은 다중 작업 환경에서 공유 자원에 대한 동기화 문제를 야기할 수 있기 때문에 이러한 부분도 고려되어야 합니다.

 

출처: https://www.crocus.co.kr/1364

 

 

 

Context Switching 장단점

문맥교환은 다중 작업 환경에서 작업들 간에 CPU 시간을 나누어 주기 위해 필요한 프로세스이지만, 이에는 장단점이 있습니다.

장점

1. 공정한 자원 할당: 문맥교환을 통해 여러 작업에게 CPU 시간을 공정하게 나누어 줄 수 있습니다. 이는 다중 작업 시스템에서 각 작업이 적절한 시간을 받아 자원을 공평하게 사용할 수 있도록 도와줍니다.

2. 응답성 향상: 다중 작업 환경에서 여러 작업이 동시에 실행되므로, 한 작업이 입출력 작업 등의 대기 상태에 들어가더라도 다른 작업이 실행되면서 시스템 전체적인 응답성이 향상될 수 있습니다.

단점

1. 오버헤드: 문맥교환은 작업 간에 상태를 저장하고 복원하는 과정이므로 오버헤드가 발생합니다. CPU 시간을 소모하는 이 과정은 작업 간의 전환을 느리게 만들 수 있습니다.

2. 자원 소모: 문맥교환은 시스템 리소스를 소모하는데, 이는 CPU 시간과 메모리 등의 자원을 사용합니다. 빈번한 문맥교환이 일어날 경우 시스템 성능 저하를 초래할 수 있습니다.

3. 동기화 문제: 문맥교환은 다중 작업 시스템에서 공유 자원을 사용하는 작업들 간에 동기화 문제를 야기할 수 있습니다. 동시에 여러 작업이 공유 자원을 접근하려고 할 때, 올바른 동기화 메커니즘이 필요합니다.

4. 캐시 효율 저하: 문맥교환은 작업의 상태를 저장하고 복원하는 과정에서 캐시 메모리의 효율성을 감소시킬 수 있습니다. 이로 인해 CPU 캐시의 미스(miss)가 늘어나 성능이 저하될 수 있습니다.

문맥교환은 다중 작업 시스템에서 필수적인 동작이지만, 오버헤드와 성능 저하 등의 단점도 고려해야 합니다. 따라서 효율적인 스케줄링 알고리즘과 리소스 관리 방법을 사용하여 문맥교환의 부정적인 영향을 최소화하는 것이 중요합니다.