📒 13주차 | 퀴즈 | 모범 답안

1. 페이지 테이블 접근 시 TLB가 어떻게 페이지 테이블의 성능을 향상시키는지 설명하고, TLB miss가 발생하면 시스템이 어떤 과정을 거쳐 메모리에 접근하는지 설명하세요. (1점)

모범 답안:
TLB(Translation Lookaside Buffer)는 자주 사용하는 논리 주소와 물리 주소 간 매핑 정보를 저장하여 페이지 테이블 접근 횟수를 줄이고 주소 변환 속도를 높인다. TLB에서 주소를 찾으면(TLB hit) 페이지 테이블 접근 없이 바로 물리 주소로 변환된다.

TLB miss가 발생하면 다음 과정을 수행한다:

1. 페이지 테이블에서 논리 주소에 해당하는 프레임 번호를 조회한다.
2. 조회된 프레임 번호를 이용해 물리 주소를 생성하고, TLB에 이를 저장한다.
3. 물리 주소를 사용하여 실제 메모리에 접근한다.

2. 페이징 기법을 사용하는 메모리 관리 시스템에서, 페이지 프레임 수를 늘리는데도 page fault가 발생하는 빈도가 오히려 늘어나는 경우가 있습니다. 이를 Belady의 역설(Belady's Anomaly)이라고 하는데, 이런 현상이 발생하는 원인과 이를 방지하는 해결 방법에 대해 설명하세요. (1점)

모범 답안:
Belady의 역설은 FIFO(선입선출) 페이지 교체 알고리즘에서 프레임 수를 증가시켰음에도 page fault 빈도가 증가하는 현상이다. FIFO 알고리즘이 단지 순서대로 페이지를 교체하여 페이지의 참조 빈도나 최근 참조 여부를 무시하기 때문에 발생한다.

이를 방지하려면 다음과 같은 알고리즘을 사용할 수 있다:

• LRU(Least Recently Used): 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체한다.
• Optimal 알고리즘: 미래 참조 패턴을 기반으로 사용하지 않을 페이지를 교체한다.

3. 스레싱(Thrashing) 현상에 대해 설명하세요. (1점)

모범 답안:
스레싱이란 프로세스들이 메모리 부족으로 인해 자주 페이지 폴트를 일으키면서 CPU 사용률은 감소하고 디스크 입출력이 급증하여 시스템 성능이 크게 저하되는 현상이다. 주로 메모리 부족과 프로세스의 작업 집합 크기 증가로 인해 발생한다.

스레싱을 방지하기 위한 방법으로는 작업 집합 모델을 사용하여 프로세스가 필요한 메모리를 충분히 제공하거나, 페이지 교체 알고리즘을 개선하여 메모리 효율성을 높이는 방법 등이 있다.

4. 운영체제가 anonymous page를 0으로 초기화하는 이유는 무엇인가요? (1점)

모범 답안:
운영체제가 anonymous page를 0으로 초기화하는 이유는 보안을 유지하기 위함이다. 이전 프로세스가 사용했던 데이터가 메모리에 남아 있으면 정보가 유출될 위험이 있다. 따라서 새로 할당된 anonymous page를 항상 0으로 초기화하여 이전 데이터를 완전히 삭제한다.