핀토스 프로젝트 3의 모든 테스트 케이스를 통과하지 못했지만
특히 swap에서는 swap-iter, swap-fork를 아직 통과 못했다.
그래도 글로 정리를 해야 내 것이 된다고 생각해서 Swap in/out에 대해서 정리해본다.
참고로 swap-iter 테스트 케이스는 M1인 경우 통과가 되지 않는데 같은 코드를 윈도우로 돌렸을 때 통과되는 경우가 있는듯했다.
Swapping이 뭔데?
스와핑은 물리적 메모리가 부족할 때 사용되지 않는 메모리 페이지를 디스크의 swap 영역으로 swap out시키고, 필요할 때 다시 swap in하여 메모리로 불러오는 기법이다.
-> 물리적 메모리를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
swap table을 어떤 자료구조로 구현하면 좋을까.
스왑 테이블이란 swap disk에서 사용 가능한 영역과 사용 중인 영역을 관리하기 위한 자료 구조이다.
비트맵을 사용하면 메모리 사용량을 최소화하고 페이지의 상태를 훨씬 빠르게 관리할 수 있다.
swap table을 비트맵으로 구현할 때의 장/단점?
- linked list: 각 노드가 추가적인 포인터를 필요로 하고, 특정 페이지를 찾으려면 순차적으로 탐색해야 한다.
- hash table: 매우 빠른 삽입, 삭제, 조회가 가능하다. 해시 충돌을 처리해야 하고 메모리 오버헤드가 크다.
- 비트맵 : 각 페이지를 1비트로 표현해서 매우 적은 메모리를 사용한다. 특정 페이지의 상태를 조회, 변경할 때 비트 연산을 해서 매우 빠르게 처리할 수 있다.
그러나 비트맵의 크기가 고정되어 있어서 스왑 공간의 크기가 변동될 경우 유연한 대처가 어려울 수 있다.
static struct bitmap *swap_bitmap;
const size_t SECTORS_PER_PAGE = PGSIZE / DISK_SECTOR_SIZE; /*한 페이지가 몇개의 섹터로 구성되는지*/
page:페이지의 크기는 4KB(4096 byte)DISK_SECTOR_SIZE: 디스크는 데이터를 물리적으로 저장하기 위해 섹터라는 단위로 나눈다. 디스크 섹터의 크기는 512 byte
따라서 SECTORS_PER_PAGE는 한 페이지가 몇 개의 디스크 섹터로 구성되는지를 나타낸다.
현재 핀토스에서 한 페이지는 8개의 디스크 섹터로 구성된다.
page 타입에 따라 anon_swap in/out 함수가, 호출되는데
swap out
현재 핀토스에서 swap out은 vm_evict_frame 함수에서 호출된다. 즉 물리적 메모리가 부족할 때 그 프레임을 내쫓을 때 실행된다.
vm_get_frame -> vm_evict_frame->vm_get_victim->swap_out
swap in
vm_try_handle_fault -> vm_claim_page -> vm_do_claim_page -> swap_in
그리고 swap_in 함수는 Page fault가 발생했을 때, 필요한 페이지가 메모리에 없을 때 호출된다.
디스크의 스왑 영역에서 해당 페이지를 읽어와서 물리 메모리에 로드하는 역할을 한다.
accessed bit, dirty bit
accessed bit : 페이지가 최근에 접근되었는지를 나타내는 비트 -> 페이지 폴트가 났을 때 페이지 접근 여부 확인할 때 사용됨
dirty bit: 페이지가 수정되었는지를 나타내는 비트
-> 페이지가 수정되었는지를 확인하며 페이지를 스왑 아웃할 때 디스크에 다시 써야하는지를 결정한다.
dirty bit가 설정되지 않았으면, 수정된 내용이 없으니 그냥 디스크에 기록하지 않고 바로 제거하면 되니까
accessed bit가 0이면 해당 페이지는 최근에 접근되지 않은 것이니 victim이 된다.
1이면 최근에 접근된 페이지라서 0으로 리셋하고 포인터를 다음 페이지로 이동시킨다.
