가상메모리 관리
관리 전략
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가상메모리 페치(적재)
: 페이지 or 세그먼트를 2차 저장소에서 메인메모리로 가져올 시점을 결정-
요구페치 전략
프로세스가 페이지 or 세그먼트를 참조할 때까지 대기 후, 메인메모리에 로드. -
예측페치 전략
반응시간을 줄이기 위해 사용.
참조 가능성이 높고, 메모리 공간에 여유가 있을 때 해당 페이지 or 세그먼트를 참조 전에 메인메모리에 로드. -
페이지/세그먼트 교체 전략
; 유입되는 페이지 or 세그먼트를 위한 공간을 내주기 위해, 어떠한 페이지 or 세그먼트를 교체할 지를 결정.
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요구 페이징
가상 메모리 시스템에서 구현하는 가장 간단한 페치 정책
요구전략 = 요청이 들어와야 진행.
- 프로세스가 처음 실행될 때, 해당 명령어를 담은 페이지를 메인메모리로 로드. (2차저장소 -> 메인메모리)
- 페이지를 한번에 하나씩 축적
새로운 페이지 참조 시, 프로세스는 시스템이 메인메모리로 가져올 때까지 대기. - 프로세스의 시공간 지수 = 메인메모리 차지공간의 양 x 실행시간 측정치
프로세스의 일부만 메모리로 가져오는 이유?
- 메모리가 꽉차면 관리하기 어려워서 가급적 적은 양의 프로세스만 유지
- 용량이 큰 프로세스를 전부 메모리로 가져와서 실행하면,
응답이 늦어질 수 있어 필요한 모듈만 돌려 실행.
ex ) 포토샵 - 사용자가 요청할 때, 노이즈 제거 필터등을 메모리로 가져옴.
장점 정리
- 메모리의 절약 (낭비X)
- 효율적인 메모리 관리
- 프로세스의 응답속도 향상
예측페이징
프로세스들이 요구하는 페이지들을 예측, 미리 로드.
같이 실행될 가능성이 큰 프로세스들을 미리 로드.
"경험적 지식 ; 시간적/공간적 지역성에 따라 예측"
신중한 설계가 필요함.
잘못 결정할 경우, 요구페이징보다 성능이 저하됨.
이에 따른 해결책
=> 프로세스의 가상주소 공간에 있는 페이지를 2차 저장소에서도 그룹화
스왑 영역 (교체)
할당되었던 자원의 상호간의 이동이 되는 공간
실제 메모리가 가득차면 Swap공간이 사용
-> 물리 메모리의 비활성 페이지가 Swap 공간으로 이동 및 사용
-> 만약 물리 메모리의 공간이 여유가 되서 동작을 위한 용량이 확보되면 다시 Swap공간에서 물리메모리 영역으로 페이지가 할당.
조건
1. 요구페이징으로 인해 처음부터 물리메모리에 못올라 간 경우.
2. 메모리가 꽉차서 스왑영역으로 옮겨온 경우.
PTE 페이지 테이블 엔트리
구성
- 페이지번호
- 프레임 번호 : 가상 주소 -> 물리주소로 변환하는 인덱스 역할, 주소필드
- 플래그 비트
= 접근비트(사용유무) + 변경비트 + 유효비트(존재) + rwe비트(읽기쓰기실행)
유효비트 = 0
페이지가 메모리에 있음 = 스왑영역에 없음
=> 주소필드 : 물리메모리 프레임 번호 저장
유효비트 = 1
스왑영역에 있음 = 페이지가 메모리에 없음
=> 주소필드에 스왑영역 페이지 주소 저장
Page Falut
페이지를 요청했는데, 해당 페이지가 메모리에 없을 때.
=> 스왑영역에서 해당 페이지를 물리메모리로 옮겨야 함.
페이지 부재 해결 = Fetch
- 프로세스가 page 3을 요청.
- 페이지 테이블 유효비트 1 = 물리메모리에 부재. "Page Falut"
- 스왑영역에서 0번에 있는 페이지를 물리메모리의 비어있는 5번 프레임으로 스왑인
- 프레임 5로 접근해 해당 데이터를 프로세스에 넘김
- 페이지 테이블 갱신. [유효비트와 주소필드(스왑->물리메모리)]
메모리가 꽉 찼을 때의 페이지 부재
메모리 페이지 중의 하나를 스왑 영역으로 보내야함. (스왑아웃)
Segmentation Falut vs Page Falut
세그멘테이션 오류
접근할 수 없는 곳에 접근 했을 때 발생.
해결방안 : 해당 프로세스 강제종료
페이지 부재
접근하고자하는 페이지가 물리메모리에 없을 때 발생. 프로세스관련 X
해결방안 : 메모리관리자가 스왑 영역에서 페이지를 물리메모리로 옮김.
지역성 Locality
개념
프로세스가 편중된 패턴으로 메모리를 참조하는 경향.
기억장치에 접근하는 패턴이 특정 영역에 집중되는 성질.
페이지 교체 알고리즘이 쫓아낼 페이지를 찾을 때 바탕으로 하는 개념.
메모리 영역에서의 지역성
- 페이징 시스템
- 프로세스가 페이지들의 특정 부분 집합을 선호함.- 프로세스의 가상 주소공간에서 서로 가까이 모여있을 경향이 높음. (공간적)
종류
공간 지역성 ; 데이터의 위치
시간 지역성 ; 가까운 시간에 접근했던 데이터 우선
순차 지역성 ; 순서대로 진행
🔄 페이지 교체 알고리즘
goal : 앞으로 사용할 가능성이 적은 페이지를 선정해 쫓아내기.
성능평가 기준
같은 메모리 접근 패턴을 사용했을 때, 부재횟수와 성공횟수 비교
FIFO (First In First Out)
시간상 제일 먼저 들어온 페이지를 쫓아냄.
LRU ; Least Recently
페이지에 접근한 시간을 기준으로 선정.
가장 오랫동안 사용되지않은 페이지를 스왑 영역으로 옮김.
시간적 지역성 사용
많은 Overhead 발생
LFU ; Least Frequency
몇 번 사용됐는지 기준으로 페이지 선정
각 페이지가 사용된 정도를 기반으로 교체할 페이지 결정
NUR ; Not Used Recently
성능은 좋으나 오버헤드 ⬆️
참조비트와 변경비트 로 판단. (접근/변경)
참조비트가 0인 페이지 우선, 변경비트 0 (2순위)
같은 비트의 페이지가 여러개 = 랜덤 (3순위)
2차 기회 페이지 교체
가장 오래된 페이지의 참조 비트를 확인.
참조를 했었는지 확인.
오래됐는데, 참조비트도 off? 너 교체
시계 알고리즘
2차기회에 비해 참조비트 하나씩 추가 (초깃값 0)
원형큐 사용.
참조비트 1인 페이지는 0으로 바꾼 뒤에 안내쫓고 건너뜀. (2차기회)
페이지폴트 발생 시마다, 리스트의 포인터가 내려감.
