가상 메모리
가상 메모리 개발 배경
가상 메모리의 개념이 나오기 이전에는 실행되는 코드의 전부를 물리메모리에 존재 시켜야 했고, 메모리 용량보다 큰 프로그램을 실행 시킬 수 업섰습니다. 또한 가끔만 사용되는 코드가 불필요하게 메모리를 차지하는 문제가 있었고 이를 해결하기 위해 가상 메모리가 나오게 되었습니다
가상 메모리
가상메모리는 프로세스 전체가 메모리 내에 올라오지 않더라도 실행이 가능하도록 하는 기법 이며, 프로그램이 물리 메모리보다 커도 된다는 주요 장점이 있다.
Demand Paging(요구 페이징)
프로그램 실행 시작 시에 프로그램 전체를 디스크에서 물리 메모리에 적재하는 대신, 초기에 필요한 것들만 적재하는 전략을 요구 페이징이라 하며, 가상 메모리 시스템에서 많이 사용된다. 그리고 가상 메모리는 대개 페이지로 관리된다. 요구 페이징을 사용하는 가상 메모리에서는 실행과정에서 필요해질 때 페이지들이 적재된다.
페이지 교체
가상 메모리 기법 같은 경우 실행에 꼭 필요한 부분만 할당하기 때문에 프로세스의 동작에 필요한 페이지를 요청하는 과정에서 페이지 부재가 발생하면 원하는 페이지를 보조저장장치에서 가져오게 된다. 하지만, 만약 물리 메모리가 모두 사용중인 상황이라면, 페이지 교체가 이뤄져야 한다.
기본적인 방법
- 디스크에서 필요한 페이지의 위치를 찾는다
- 빈 페이지 프레임을 찾는다.
- 페이지 교체 알고리즘을 통해 희생될(victim) 페이지를 고른다.
- 희생될 페이지를 디스크에 기록하고, 관련 페이지 테이블을 수정한다.
- 새롭게 비워진 페이지 테이블 내 프레임에 새 페이지를 읽어오고, 프레임 테이블을 수정한다
페이지 교체 알고리즘
FIFO 페이지 교체
가장 간단한 페이지 교체 알고리즘으로 FIFO(first-in first-out)의 흐름을 가진다. 즉, 먼저 물리 메모리에 들어온 페이지 순서대로 페이지 교체 시점에 먼저 나가게 된다는 것이다.
- 장점
- 이해하기도 쉽고, 프로그램하기도 쉽다.
- 단점
- 오래된 페이지가 항상 불필요하지 않은 정보를 포함하지 않을 수 있다(초기 변수 등)
- 처음부터 활발하게 사용되는 페이지를 교체해서 페이지 부재율을 높이는 부작용을 초래할 수 있다.
LRU 페이지 교체(LRU Page Replacement)
LRU: Least-Recently-Used
최적 알고리즘의 근사 알고리즘으로, 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 선택하여 교체한다.
- 특징
- 대체적으로 FIFO 알고리즘보다 우수하고, OPT알고리즘보다는 그렇지 못한 모습을 보인다.
LFU 페이지 교체(LFU Page Replacement)
LFU: Least Frequently Used
참조 횟수가 가장 적은 페이지를 교체하는 방법이다. 활발하게 사용되는 페이지는 참조 횟수가 많아질 거라는 가정에서 만들어진 알고리즘이다.
- 특징
- 어떤 프로세스가 특정 페이지를 집중적으로 사용하다, 다른 기능을 사용하게되면 더 이상 사용하지 않아도 계속 메모리에 머물게 되어 초기 가정에 어긋나는 시점이 발생할 수 있다
- 최적(OPT) 페이지 교체를 제대로 근사하지 못하기 때문에, 잘 쓰이지 않는다.
MFU 페이지 교체(MFU Page Replacement)
MFU: Most Frequently Used
참조 회수가 가장 작은 페이지가 최근에 메모리에 올라왔고, 앞으로 계속 사용될 것이라는 가정에 기반한다.
- 특징
- 최적(OPT) 페이지 교체를 제대로 근사하지 못하기 때문에, 잘 쓰이지 않는다.