[운영체제] 가상메모리

• 가상메모리의 개념
  • 메모리 크기보다 더 큰 기억공간이 필요한 프로세스를 실행할 수 있게 하는 방법
  • 연속 메모리 할당: 프로세스 실행 불가
  • 가상 메모리: 프로세스 실행 가능
    • 전체중에서 실제로 필요한 일부만 메모리에 올리기
  • 가상 메모리
    • 프로세스에 의해 참조되는 주소를 메모리에서 사용하는 주소와 분리
    • 프로세스
      • 가상주소
      • 가상주소공간 V
    • 메모리
      • 실주소
      • 실주소공간 R
    • 현재 필요한 일부만 메모리에 적재
  • 사상(mapping)
    • 프로세스 실행을 위해 가상주소를 실주소로 변환
    • 동적 주소 변환(DAT): 사전에 모든 것을 처리하지 않고 실시간으로 프로세스가 실행되는 동안 사상
    • 인위적 연속성
      • 가상주소 공간에서는 연속이지만 실주소 공간에서도 연속일 필요는 없음
• 블록 단위 주소 변환
  • 블록 단위로 분류하여 각 블록이 메모리의 어디에 위치하는지를 관리
  • 블록의 크기
    • 작으면 사상정보가 커짐
    • 크면 블록전송시간이 늘어남, 적재할 프로세스 수가 줄어듦
  • 가상 메모리의 가상주소 
    • v = (b(블록번호), d(블록 내 변위))
  • 블록 구성 방식에 따른 분류
    • 페이징 기법: 블록의 크기가 동일한 페이지로 구성
    • 세그먼테이션 기법: 블록의 크기가 서로 다른 세그먼트로 구성
• 페이징 기법
  • 페이지와 페이지 프레임
    
    • 가상 메모리를 고정된 크기의 블록인 페이지 단위로 나누어 관리
    • 메모리 영역도 페이지와 동일한 크기의 블록인 페이지 프레임으로 나눔
  • 페이지 사상표
    • 가상주소를 실주소로 동적 변환하기 위해 필요
    • 가상주소의 페이지 번호에 대한 실주소의 페이지 프레임 번호를 저장
    • 가상 메모리: v = (페이지번호, 페이지 내 변위)
    • 메모리: r = (페이지 프레임, 페이지 프레임 내 변위)
      • r = (p`, d)
      • p`M + d
    • 페이지 사상표
      • 페이지번호, 페이지 존재비트, 보조기억장치 주소, 페이지 프레임 번호
    • 직접 사상: 페이지 사상표를 직접 이용
    • 연관 사상: 연관기억장치에 저장한 연관 사상표를 이용
      • 연관기억장치: 저장된 값으로 데이터를 액세스하는 고속 메모리 장치
    • 연관/직접 사상
      • 연관사상표에는 가장 최근에 참조된 페이지들만 보관, 나머지는 페이지 사상표에 보관
  • 페이징 기법의 특징
    • 논리적 의미와 무관하게 동일 크기의 페이지로 가상 메모리를 나눔
    • 프로세스 사이의 메모리 보호는 페이지 단위로 이루어짐
    • 외부 단편화는 발생하지 않으나 내부 단편화는 발생할 수 있음
• 세그먼테이션 기법
  • 세그먼트
    • 가상 메모리를 논리적 의미에 맞는 다양한 크기의 세그먼트 단위로 나누어 관리
    • 가상주소 v = (s, d)
  • 세그먼트 사상표
    • 세그먼트 존재 비트, 보조기억장치 주소, 세그먼트 길이, 세그먼트 시작주소
  • 세그먼트 시작주소: 메모리에서의 시작위치
  • 세그먼트 길이: 오버플로우 확인용
  • 페이징/세그먼테이션 혼용기법
    • 두 기법 혼합
      • 세그먼테이션 기법의 논리적 장점 + 페이징 기법의 메모리 관리 장점
      • 가상 메모리를 세그먼트 단위로 각 세그먼트를 다시 페이지 단위로 분할
      • 메모리는 페이지 프레임으로 분할
    • 가상주소
      • v = (세그먼트 번호, 페이지 번호, 페이지 내 변위)
• 페이지 호출
  • 메모리 호출기법
    • 페이지를 어느 시점에 메모리에 적재할 것인가를 결정
    • 요구 페이지 호출기법
      • 한 프로세스의 페이지 요구가 있을 때 요구된 페이지를 메모리로 이동
      • 즉, 명령어나 데이터가 실제로 참조되면 해당 페이지를 메모리에 적재
      • 옮길 페이지를 결정하는데 오버헤드를 최소화
      • 메모리에 옮겨진 페이지는 모두 프로세스에 의해 실제로 참조된 것임
      • 프로세스 시작 시점에는 프로세스 진행에 따라 연속적으로 페이지 부재 발생(성능 저하)
    • 예상 페이지 호출기법
      • 현재 요구되지는 않지만 곧 사용될 것으로 예상되는 페이지를 미리 메모리로 이동
      • 실제 필요한 시점이 되었을 때 프로세스 실행이 단절되지 않음