가상 기억장치(Virtual Memory)는 컴퓨터 시스템에서 물리적 메모리(RAM)의 용량을 초과하는 프로그램을 실행할 수 있도록 돕는 메모리 관리 기법입니다. 이를 통해 시스템은 더 많은 메모리를 사용할 수 있으며, 여러 프로세스를 동시에 실행할 수 있게 해줍니다. 가상 기억장치는 현대 운영 체제의 핵심 기능 중 하나로, 메모리 보호와 효율적인 메모리 관리가 가능합니다.
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목적
• 메모리 확장: 물리적 메모리의 용량을 초과하여 더 많은 프로그램을 동시에 실행할 수 있도록 합니다.
• 프로세스 격리: 각 프로세스가 독립적인 메모리 공간을 가지며, 서로의 메모리 공간에 접근할 수 없도록 보호합니다.
• 효율적인 메모리 관리: 사용하지 않는 메모리를 디스크에 저장함으로써 물리적 메모리를 효율적으로 활용합니다. -
개념
가상 기억장치는 다음과 같은 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다:
• 가상 주소 공간: 각 프로세스가 사용하는 메모리 주소의 공간입니다. 물리적 메모리의 주소와는 다릅니다.
• 페이지 및 세그먼트: 가상 기억장치는 페이지(Page) 또는 세그먼트(Segment)라는 단위로 관리됩니다.- 원리
가상 기억장치는 페이지 기반 시스템에서 주로 동작합니다. 아래는 가상 기억장치의 작동 순서입니다:
1. 주소 변환: 프로세스가 가상 주소를 요청하면, 이 주소는 페이지 테이블(Page Table)을 통해 물리적 주소로 변환됩니다.
2. 페이지 적중(Page Hit): 요청한 페이지가 물리적 메모리에 있으면, 해당 페이지를 사용하여 작업을 계속합니다.
3. 페이지 부재(Page Fault): 요청한 페이지가 메모리에 없으면 페이지 부재가 발생합니다. 이 경우, 운영 체제는 다음 단계를 수행합니다:
• 페이지 교체: 디스크에서 필요한 페이지를 로드합니다. 필요에 따라 사용하지 않는 페이지를 디스크로 이동시켜야 할 수도 있습니다.
• 수정: 페이지가 메모리에 로드되면, 페이지 테이블을 업데이트하여 변환 정보를 갱신합니다.- 종류
가상 기억장치는 주로 두 가지 방식으로 구현됩니다:
• 페이지 기반 가상 기억장치: 메모리를 페이지 단위로 나누고, 페이지 테이블을 사용하여 가상 주소를 물리적 주소로 매핑합니다.
• 세그먼트 기반 가상 기억장치: 메모리를 세그먼트 단위로 나누고, 각 세그먼트에 대한 정보를 저장합니다.- 장단점
장점 단점
더 많은 프로그램을 동시에 실행 가능 디스크 I/O 발생 시 성능 저하 가능
프로세스 간 메모리 보호 메모리 관리의 복잡성 증가
효율적인 메모리 활용 페이지 부재가 빈번하면 성능 저하
- 비교
항목 물리적 메모리 가상 기억장치
주소 공간 제한적 확장 가능
접근 속도 빠름 상대적으로 느림
프로세스 간 보호 없음 있음
- 전망 및 개선점
가상 기억장치는 계속해서 발전하고 있으며, 더 높은 성능을 제공하기 위한 여러 기법이 연구되고 있습니다. 예를 들어, 스와핑(Swapping) 및 프리페칭(Prefetching)과 같은 기법은 페이지 부재를 최소화하고 성능을 향상시키기 위해 사용됩니다.
요약
가상 기억장치는 물리적 메모리의 한계를 극복하고 프로그램의 메모리 요구를 효율적으로 관리하는 중요한 기술입니다. 이를 통해 컴퓨터는 다양한 작업을 동시에 처리할 수 있으며, 각 프로세스는 독립적으로 메모리를 사용하여 안전하게 실행될 수 있습니다.
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