<가상 메모리 관리 기법>
: 컴퓨터가 메인 메모리에서 사용하기 위해 2차 기억 창치로부터 데이터를 저장하고 검색하는 메모리 관리 기법.
내가 실행하고자 하는 프로그램의 용량이 5GB인데, 메모리는 4GB이다. 어떻게 실행할까?
- 올리는 것도 문제이지만, 올린다고 하더라도 해당 프로그램이 실행될 때는 다른 작업은 아무것도 하지 못하게 된다. 이럴 때, 사용하는 기술이 바로 가상 메모리이다.
- 가상 메모리는 각 프로세스당 메인 메모리와 동일한 크기로 하나씩 할당된다. 그 공간은 보조기억장치 공간을 이용한다. 프로세스의 일부만 메모리에 로드하고 나머지는 보조기억장치에 두는 형태이다.
1) 페이징(paging) 기법
- 고정 분할 방식으로 메모리를 분할하여 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 방법
- 이때의 일정한 크기를 가진 블록을 페이지(page)라고 한다.
- 주소공간을 페이지 단위로 나누고 실제기억공간은 페이지 크기와 같은 프레임으로 나누어 사용
- 프레임(Frame) : 물리 메모리를 일정한 크기로 나눈 블록
- 페이지(Page) : 가상 메모리를 일정한 크기로 나눈 블록
- 페이지가 하나의 프레임을 할당 받으면, 물리 메모리에 위치하게 된다. 프레임을 할당 받지 못한 페이지들은 외부 저장장치에 저장되며, 이때도 프레임과 같은 크기 단위로 관리된다.
2) 세그먼테이션(Segmentation) 기법
- 프로세스를 서로 크기가 다른 논리적인 블록 단위인 '세그먼트(Segment)'로 분할하고 메모리에 배치하는 것을 말하며, 각 세그먼트의 크기는 일정하지 않다. => 가변 분할 방식
- 프로세스를 Code + Data + Stack 영역으로 나누는 것 역시 세그멘테이션의 모습이다. 물론, code, data, stack 각각 내부에서 더 작은 세그먼트로 나눌 수도 있다.
- 세그먼트를 메모리에 할당할 때는 페이지를 할당하는 것과 동일하다. 하지만, 테이블은 조금 다르다. 세그먼테이션을 위한 테이블은 세그먼트 테이블이라고 한다.
- 세그먼트 테이블은 세그먼트 번호와 시작 주소, 세그먼트 크기를 엔트리로 갖는다.
- 세그먼트에서 주소변환 역시, 페이징과 유사하다. 한 가지 주의할 점은 세그먼트의 크기는 일정하지 않기 때문에, 테이블에 limit 정보가 주어진다. 그리고 CPU에서 해당 세그먼트의 크기를 넘어서는 주소가 들어오면 인터럽트가 발생해서 해당 프로세스를 강제로 종료시킨다.
페이징과 세그먼테이션의 차이점
- 페이징은 프로세스를 물리적으로 일정한 크기로 나눠서 메모리에 할당하는 반면에, 세그먼테이션은 프로세스를 논리적 내용을 기반으로 나눠서 메모리에 배치하므로 페이징은 내부 단편화, 세그먼테이션은 외부 단편화가 발생할 수 있다.
- 페이징은 code+data+stack 영역이 있을 때, 이를 일정한 크기로 나누므로 두 가지 영역이 섞일 수 있다. 그러면 비트를 설정하기가 매우 까다롭다.
공유에서도 마찬가지다. 페이징에서는 code 영역을 나눈다해도 다른 영역이 포함될 확률이 매우 높다. 하지만, 세그먼테이션은 정확히 code 영역만을 나누기 때문에 더 효율적으로 공유를 수행할 수 있다.
- 세그먼테이션은 보호와 공유에서 효율적이고, 페이징은 외부 단편화 문제를 해결할 수 있다. 그러므로 두 가지를 합쳐서 사용하는 방법이 나왔다. 두 장점을 합치기 위해서는 세그먼트를 페이징 기법으로 나누는 것이다.(Paged segmentation)
=> 하지만 이 역시 단점이 존재한다. 세그먼트와 페이지가 동시에 존재하기 때문에 주소 변환도 두 번해야한다. 즉 CPU에서 세그먼트 테이블에서 주소 변환을 하고, 그 다음 페이지 테이블에서 또 주소 변환을 해야한다.
