📗 13주차 | 퀴즈 대비

🔖 필수 개념

페이징(Paging)

페이징은 가상 메모리를 고정 크기의 페이지로 나누어 물리 메모리를 관리하는 방식이다. 물리 주소와 논리 주소의 변환을 통해 메모리를 효율적으로 관리할 수 있으며, 외부 단편화를 최소화하는 장점이 있다.

페이지(Page)

페이지는 가상 메모리에서 사용하는 고정 크기의 논리 메모리 블록이다. 운영 체제는 논리 주소를 페이지 단위로 나누어 메모리를 관리한다.

프레임(Frame)

프레임은 실제 물리 메모리를 나눈 페이지 크기의 블록이다. 페이지는 프레임과 매핑되어 실제 물리 메모리에 저장된다.

페이지 테이블(Page Table)

페이지 테이블은 논리 주소를 물리 주소로 매핑하기 위해 사용하는 테이블이다. 페이지 번호와 대응되는 프레임 번호를 포함하여 논리 주소가 실제 메모리에서 어디에 위치하는지 알려준다.

TLB(Translation Lookaside Buffer)

TLB는 자주 사용하는 페이지 주소를 저장하여 페이지 테이블 접근 시간을 줄이는 캐시이다. TLB 히트 시 빠르게 주소 변환이 이루어지며, 미스 시에는 페이지 테이블을 참조해 주소를 찾고 TLB에 추가한다.

내부 단편화

내부 단편화는 페이지 내부에서 실제 사용되지 않고 낭비되는 메모리 공간을 의미한다. 페이지 크기보다 작은 데이터를 할당할 경우, 남는 공간이 낭비되는 것이다.

외부 단편화

외부 단편화는 불연속적인 메모리 공간으로 인해 낭비되는 메모리를 말하며, 페이징 기법에서는 페이지가 고정 크기로 나누어져 있기 때문에 거의 발생하지 않는다.

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🎯 예상 문제와 모범 답안

1. 페이징이란 무엇이며, 페이징을 사용하는 이유는 무엇인가?

모범 답안: 페이징이란 메모리를 고정 크기의 블록인 페이지로 나누어 관리하는 메모리 관리 기법이다. 페이징을 사용하면 외부 단편화를 줄이고, 프로세스들이 메모리를 더 효율적으로 사용할 수 있도록 도와준다.

2. 페이지와 프레임의 차이점은 무엇인가?

모범 답안: 페이지는 가상 메모리의 논리 주소 공간을 나눈 블록이고, 프레임은 실제 물리 메모리를 나눈 블록이다. 페이지는 프레임에 매핑되어 실제 메모리에 저장된다.

3. 페이지 테이블이 수행하는 역할에 대해 설명하시오.

모범 답안: 페이지 테이블은 논리 주소의 페이지 번호를 실제 물리 주소의 프레임 번호로 변환해 주는 역할을 수행한다. 이를 통해 운영 체제가 논리 주소에서 실제 메모리 위치를 찾아갈 수 있게 된다.

4. TLB란 무엇이며, TLB가 시스템 성능에 미치는 영향에 대해 설명하시오.

모범 답안: TLB (Translation Lookaside Buffer)는 자주 참조되는 페이지 테이블 항목을 빠르게 접근하기 위한 캐시이다. TLB 히트 시 빠르게 주소를 변환하여 시스템의 성능을 높이지만, 미스 시에는 페이지 테이블을 참조해야 하므로 오버헤드가 발생할 수 있다.

5. 페이징 기법에서 내부 단편화가 발생하는 이유를 설명하시오.

모범 답안: 페이징 기법에서 내부 단편화는 고정된 페이지 크기 때문에 데이터가 페이지보다 작게 할당될 때 남는 공간이 발생하여 메모리가 낭비되는 현상이다.

6. 페이징에서 외부 단편화가 거의 발생하지 않는 이유를 설명하시오.

모범 답안: 페이징은 메모리를 고정 크기의 블록으로 나누어 관리하기 때문에 프로세스가 할당과 해제를 반복해도 불연속적인 빈 공간이 발생하지 않아 외부 단편화가 거의 일어나지 않는다.

7. 멀티 레벨 페이지 테이블을 사용하는 이유는 무엇인가?

모범 답안: 페이지 테이블이 크기가 커지면 메모리 사용량과 조회 시간이 증가한다. 이를 방지하기 위해 페이지 테이블을 여러 레벨로 나누어 관리하며, 필요한 부분만 메모리에 적재해 효율적으로 관리한다.

8. 페이지 폴트(Page Fault)란 무엇인가?

모범 답안: 페이지 폴트는 프로세스가 접근하려는 페이지가 물리 메모리에 적재되어 있지 않을 때 발생하는 인터럽트이다. 운영 체제는 이를 처리하여 해당 페이지를 메모리에 로드해야 한다.

9. 가상 메모리의 개념과 페이징의 관계에 대해 설명하시오.

모범 답안: 가상 메모리는 프로세스가 사용할 수 있는 메모리의 논리적인 확장으로, 페이징은 이 가상 메모리를 효율적으로 관리하기 위한 기법이다. 페이징을 통해 프로세스는 실제 물리 메모리 크기보다 큰 메모리를 사용할 수 있다.

10. 페이지 교체 알고리즘에 대해 설명하시오.

모범 답안: 페이지 교체 알고리즘은 물리 메모리가 가득 찼을 때 새로운 페이지를 위해 기존 페이지 중 하나를 메모리에서 제거하는 방법이다. 주로 FIFO(선입선출), LRU(최근 사용되지 않음), 최적 알고리즘(Optimal) 등이 사용된다.