Anonymous Page (익명 페이지)

익명 페이지는 파일에 연결되지 않은 메모리 페이지를 말합니다.
즉, 특정 파일을 백업으로 갖지 않고, 내용이 오직 메모리 안에만 존재하는 페이지입니다.

용도

• Heap 영역: malloc() 이나 brk() 로 확장된 사용자 메모리에서 사용합니다.
• Stack 영역: 스택 프레임 추가 시 자동 생성되는 페이지에서 사용합니다.
• 임시 버퍼: char *buf = malloc(1024) 같은 임시 저장공간 생성시 사용합니다.

왜 Anonymous Page가 필요한가? (심화)

1. 사용자 프로그램은 항상 파일만 사용하는 것이 아니기 때문입니다.

현실에서 프로그램은 다음과 같은 메모리 공간을 필요로 합니다.

메모리 구역	설명	파일 기반?
코드 영역 (text)	실행파일에서 가져옴	O (file-backed)
데이터 영역 (data)	초기화된 전역 변수	O
힙 영역 (heap)	malloc(), new로 동적 메모리 할당	X
스택 영역 (stack)	함수 호출 시 생기는 지역 변수	X

→ Anonymous Page는 힙과 스택을 담당하는 페이지입니다.

2. 힙과 스택은 파일 없이도 쓸 수 있어야 합니다.

• 힙은 프로그램이 실행 도중에 동적으로 확장돼야 합니다.
• 스택은 함수 호출마다 자동으로 커졌다 작아졌다 해야 합니다.

→ 힙과 스택은 특정 파일을 참조하지 않고, 운영체제가 직접 메모리를 할당해서 관리해줘야합니다. 그래서 파일 없이 사용 가능한 Anonymous Page라는 개념이 필요합니다.

3. Swap과 결합해 메모리를 절약할 수 있습니다.

익명 페이지는 파일이 없기 때문에, 메모리 부족 시 운영체제는 이 내용을 Swap 공간에 따로 저장해야 합니다.
즉, Anonymous Page는 Swap과 함께 동작하며 다음과 같은 이점을 줍니다.

• 힙이 너무 커질 경우 → 일부를 스왑으로 내보냅니다.
• 메모리 사용량 줄입니다.
• 사용되지 않는 페이지를 우선 내보내기 좋습니다. (파일과의 연동 없음)

Pintos에서…

Pintos에서 관련된 구조체는 다음과 같습니다.

구조체	위치	설명
struct page	vm/page.h	모든 종류의 페이지의 공통 정보를 담는 구조체
struct anon_page	vm/anon.h	익명 페이지 전용 정보 (예: swap_slot)
struct frame	vm/frame.h	실제 물리 메모리 프레임 정보

→ 익명 페이지는 struct page 안의 union 멤버로 존재하는 anon_page 구조를 통해 구현됩니다.

익명페이지는 다음과 같은 코드로 생성됩니다.

vm_alloc_page_with_initializer (VM_ANON, upage, writable, init, aux);

→ init == anon_initializer()가 등록됩니다. 이후 실제로 해당 주소에 접근하면 Page Fault 발생 → anon_initializer()가 실행되어 frame을 할당하고 0으로 초기화됩니다.

Swap과의 연동

Anonymous page는 백업 파일이 없기 때문에, 메모리에서 제거할 때는 Swap 공간에 저장해야합니다.

동작 흐름은 다음과 같습니다.

1. evict_frame()에서 익명 페이지가 선택됩니다.
2. swap_out() 호출하고, 페이지의 내용을 swap 영역과 swap_slot 번호를 저장합니다.(anon_page.swap_slot)
3. 나중에 다시 접근하면 swap_in() 호출로 swap에서 데이터를 읽어와 복구합니다.

요약

항목	설명
Anonymous Page란?	파일에 연결되지 않은 메모리 전용 페이지
용도	Heap, Stack, 임시 버퍼 등
Pintos 구조	struct page + struct anon_page, VM_ANON 타입
처리 방식	Lazy loading + swap 연동
핵심 함수	anon_initializer(), anon_swap_in(), anon_swap_out()