가상 메모리와 요구 페이징, 페이징 교체

지난 게시글에서 페이징의 정의와 가상메모리에 대해 간략히 설명했습니다. 그리고 페이징에 대해 자세한 설명을 작성해 보도록 하겠습니다.

 

 

가상메모리란?

가상 메모리는 컴퓨터 시스템에서 실제 물리 메모리보다 더 큰 주소 공간을 사용할 수 있도록 하는 기술입니다. 이는 보조 저장 장치를 활용하여 물리 메모리의 한계를 넘어서 프로세스가 더 큰 메모리 공간으로 사용할 수 있게 합니다. 가상 메모리는 메모리 관리에 효율성을 높이고, 프로세스 간의 메모리 보호와 격리를 강화합니다.

 

특징

1. 확장된 메모리 공간
   • 물리 메모리 크기에 구애 받지 않고, 큰 주소 공간을 제공하여 큰 프로그램 실행을 지원
2. 메모리 보호
   • 각 프로세스는 독립적인 가상 주소 공간을 가지므로, 한 프로세스가 다른 프로세스의 메모리에 접근하는 것을 방지
3. 효율적인 메모리 사용
   • 실제로 필요한 데이터만 적재하므로 메모리 사용의 효율성을 높임

 

 

---

 

요구 페이징(Demand Paging)

요구 페이징은 가상 메모리 시스템에서 페이지를 필요한 시점에 메모리에 적재하는 방식입니다. 모든 페이지를 한꺼번에 메모리에 올리는 대신, 실제로 접근할 때 페이지를 적재하므로 메모리 사용을 최적화합니다. 이전 게시글에서 페이지에서의 스와핑으로 간략히 설명했습니다.

동작원리

1. 페이지 폴트
   • 프로세스가 메모리에 없는 페이지에 접근하면 페이지 폴트가 발생
   • 운영체제에게 해당 페이지를 메모리에 적재하도록 요청하는 신호
2. 페이지 적재
   • 운영체제는 보조 저장 장치에서 필요한 페이지를 찾아 메모리에 적재
   • 이 과정에서 페이지 테이블을 업데이트하여 해당 페이지의 새로운 위치를 기록
3. 프로세스 재개
   • 페이지가 메모리에 적재되면, 프로세스는 중단된 작업을 재개
   • 사용자에게는 보이지 않음

 

 

---

 

 

페이지 교체(Page Replacement)

페이지 교체는 메모리에 빈 프레임이 없을 때, 새로운 페이지를 메모리에 적재하기 위해 기존 페이지를 내보내는 과정입니다. 페이지 교체 알고리즘은 어느 페이지를 내보낼지 결정하는 역할을 합니다.

 

페이지 교체 과정

1. 페이지 폴트 발생 : 메모리에 없는 페이지 접근으로 페이지 폴트 발생
2. 빈 프레임 검사 : 메모리에 빈 프레임이 있는지 확인
3. 페이지 교체 결정 : 빈 프로엠이 없으면 페이지 교체 알고리즘을 통해 교체할 페이지 결정
4. 페이지 적재 및 테이블 업데이트 : 교체된 페이지를 보조 저장 장치에 저장, 새로운 페이지 메모리 적재

 

 

페이지 교체 알고리즘

1. FIFO(First-In, First-Out)
   1. 가장 먼저 메모리에 올라온 페이지를 교체
   2. 구현이 간단, 성능이 좋지 않을 수 있음
2. LRU(Least Recently Used)
   1. 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체
   2. 최근에 사용된 페이지가 다시 사용될 가능성이 높다는 가정에 기반
      메모리에 A, B, C 페이지가 있고,  최근에 A와 B가 사용될 때, 새로운 D 페이지를 올리려면 C 페이지가 교체

 

 

출처 : Guru99