[OS] 4-2. 페이징

공부 스파이럴·2024년 3월 20일

운영체제

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페이징

페이징 시스템에서의 가상 주소는 순서쌍 v=(p, d)로 표현

p는 가상 메모리 내에서 참조될 항목이 속해 있는 페이지 번호

d는 페이지 p 내에서 참조될 항목이 위치하고 있는 곳의 변위

순수 페이징 시스템에서의 가상 주소 양식

가상 주소(v) = (페이지 번호(p), 변위(d))

페이징 기법 하에서의 동적 주소 변환(dynamic address translation)

실행 중의 프로세스가 참조하는 가상 주소를 v=(p, d)라고 할 때, 페이지 사상 테이블(page mapping table)에서 페이지 p를 찾고

페이지 p가 페이지 프레임 p'에 있음을 알아냄

그 후 p'와 d를 더하여 주기억장치 상의 실제 주소 r=p'+d를 구함

예

직접 사상(direct mapping)

직접 사상에 의한 페이지 주소 변환

직접 사상 방법에서 아주 큰 페이지 사상 테이블은 보통 주기억장치에서 유지, 관리됨

또한 변환되는 가상 주소와 페이지 사상 테이블의 시작 주소는 제어장치 내의 고속 레지스터에 보관함으로써 페이지 사상 테이블의 참조는 한 주기억장치 주기 시간(cycle time) 내에서 수행됨

연관 사상(associative mapping)

연관 기억장치(associative memory)에 페이지 사상 테이블 전체를 넣는 방법

내용 주소화 기억장치(Content-addressable memory)

CAM에서는 사용자가 검색어를 제공하면, CAM은 자신의 메모리 공간 전체를 탐색하여 해당 검색어가 위치하고 있는 주소를 반환

순수 연관 사상을 통한 페이지 주소 변환

연관/직접 사상

적당한 비용으로 캐시나 연관기억장치 기법에 의한 장점을 살릴 수 있는 절충 방안

가장 최근에 참조된 페이지는 조만간 다시 사용되기 쉽다는 사실을 이용하여, 연관기억장치에는 페이지 사상 테이블의 전체 항목 중 최근에 참조된 일부 페이지 항목들만을 수용
-> 전체 연관사상과 비교할 때 90% 이상의 성능

연관/직접 사상을 통한 페이지 주소 변환

페이징 시스템의 공유

순수 페이징 시스템에서의 공유

공유(share)가 가능한 페이지를 가능한 한 공유하도록 함(메모리 낭비 막음)

서로 다른 프로세스가 자신의 페이지사상 테이블에
같은 페이지 프레임을 가리키는 항목을 가짐으로써 공유함

페이지 크기

페이지의 크기를 결정함에 있어 고려되어야 할 내용

테이블 단편화(table fragmentation)

페이지 크기가 작으면 작을수록 보다 많은 페이지 프레임이 존재하게 되고, 이를 관리하기 위한 페이지 테이블의 크기가 증가하여 기억 공간이 낭비되는 현상

페이지 크기가 작을수록 프로세스가 작업세트(working set)를 확보하는 데 도움이 됨

프로세스들은 구역성을 가지며 이 구역 내에서는 비교적 소량의 정보만을 필요로 하기 때문

실제로 프로시듀어나 데이터 블록의 단위는 대부분 페이지 크기의 정수배가 아니므로 페이징 시스템은 단편화 현상을 초래하게 됨

마지막 페이지가 거의 찬 상태일 수도 있고 또는 거의 빈 상태일 수도 있기 때문에 평균적으로 1/2 페이지의 단편화가 생기게 됨

따라서 페이지 크기가 작을수록 내부의 단편화는 감소

페이지가 크게 되면 참조되지 않을 많은 정보들까지 주기억장치로 옮겨지게 되어 기억공간의 낭비를 초래하게 됨

디스크로부터의 입출력 전송은 많은 시간이 소비되기 때문에, 프로그램 실행 중 입출력 전송의 횟수를 줄이기 위해서는 페이지 크기가 클수록 효과적

페이지 인출 기법

요구 페이징(demand paging) 기법

실행 중인 프로세스에 의하여 명백히 참조되는 페이지만이 보조기억장치로부터 주기억장치로 옮겨짐

프로세스는 새로운 페이지가 필요할 때마다 한 번에 하나씩 그 페이지를 적재시켜야함

새로운 페이지가 적재될 때마다 그 프로세스는 그 페이지가 주기억장치로 옮겨질 때까지 아무 일도 못하고 대기해야 하므로 낭비됨

예상 페이징(anticipatory paging) 기법

프로세스가 필요로 할 페이지들을 운영체제가 예측하여 주기억장치에 여유가 있을 때 이 페이지들을 미리 적재시킴

예측 결정이 옳았으면 프로세스의 실행 시간은 많이 감소될 것

따라서 비록 100% 완전한 결정은 내릴 수 없다 하더라도 예상 페이징 기법을 개발할 가치는 있음