가상 메모리와 페이징은 컴퓨터 시스템의 메모리 관리 기법입니다. 이들은 컴퓨터의 RAM(랜덤 액세스 메모리)을 효율적으로 사용하고, 프로그램이 필요로 하는 메모리 공간을 확장하기 위해 사용됩니다.
가상 메모리
가상 메모리는 물리적 메모리(RAM)보다 큰 메모리 공간을 프로그램에게 제공하는 기술입니다. 이를 통해, 실제 메모리보다 큰 프로그램을 실행할 수 있으며, 여러 프로그램이 동시에 실행될 때 각각의 프로그램이 서로의 메모리 공간을 침범하지 않도록 격리시킬 수 있습니다.
가상 메모리 시스템은 실제 메모리와 보조 저장 장치(보통 하드 드라이브나 SSD)를 사용하여 가상의 주소 공간을 생성합니다. 운영체제는 프로세스가 요구하는 메모리 주소를 가상 주소로 관리하며, 실제 물리적 주소와의 매핑은 메모리 관리 단위에 의해 동적으로 이루어집니다.
페이징 (Paging)
페이징은 가상 메모리를 구현하는 방법 중 하나로, 메모리를 고정된 크기의 블록(페이지)으로 나누는 방식입니다. 각 페이지는 물리 메모리의 페이지 프레임에 매핑될 수 있으며, 프로그램이 요구하는 메모리 주소는 '페이지 테이블'을 통해 실제 물리적 주소로 변환됩니다.
페이징 시스템의 주요 이점은 다음과 같습니다:
- 메모리 보호: 각 프로세스의 메모리 영역이 격리되어, 한 프로세스가 다른 프로세스의 메모리에 무단으로 접근하는 것을 방지합니다.
- 메모리 할당의 유연성: 프로세스에 할당된 가상 메모리 페이지는 연속적이지 않아도 되므로, 물리 메모리의 단편화 문제를 줄일 수 있습니다.
- 스왑 아웃: 사용하지 않는 페이지를 하드 드라이브와 같은 보조 메모리에 저장(스왑 아웃)함으로써, RAM을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
운영체제는 페이지 테이블을 관리하며, CPU의 MMU(Memory Management Unit)는 가상 주소를 실제 물리적 주소로 변환하는 데 사용됩니다. 만약 요청된 페이지가 물리 메모리에 없으면 '페이지 폴트'가 발생하고, 운영체제는 해당 페이지를 디스크에서 찾아 메모리에 로드합니다.
가상 메모리와 페이징은 현대 컴퓨팅 시스템에서 프로그램이 크고 복잡해지면서 필수적인 기술이 되었습니다. 이를 통해 메모리 자원을 더욱 효율적으로 관리하고, 다양한 애플리케이션을 동시에 실행할 수 있는 환경을 제공합니다.
