[정보처리기사실기] 가상기억장치 / 페이지 부재 / 페이지 교체 알고리즘

3과목. 운영체제

📒 03. 가상기억장치

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1. 가상기억장치

(1) 가상기억장치의 개념

• 보조기억장치(하드디스크)의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 기법
• 주기억장치의 용량이 적더라도 가상기억장치를 통해 큰 용량처럼 사용할 수 있음

(2) 블록 분할 방법

• a) 페이징 기법
  - 가상기억장치를 모두 같은 크기의 블록으로 편성하여 운용하는 기법
  - 크기가 고정되어 있기 때문에 각각의 영역들이 분리될 수 있음
  - 외부 단편화를 발생하지 않지만, 내부 단편화는 발생
  

  페이지 크기	기억장소 효율	단편화	입출력 시간	맵 테이블
  클수록	감소	증가	감소	감소
  작을수록	증가	감소	증가	증가

• b) 세그멘테이션 기법
  - 가상 메모리를 크기가 다른 논리적 단위인 세그먼트로 분할하고 메모리를 할당하는 기법 (가변분할)
  - 내부 단편화는 발생하지 않지만, 외부 단편화가 발생
  

  세그먼테이션 기법 주소 변환 방법

  ① 가상 주소의 변위값과 세그먼트의 크기 비교
       ex) S=(2,100) 일 때 가상 주소의 변위값인 100과 2번 세그먼트의 주소 1000을 비교

  ② 변위값이 작거나 같으면 기준번지와 변위값을 더해 주기억장치에 접근
       ex) 1000보다 100이 작으므로, 시작주소인 2000과 변위값 100을 더해 실제 주소 2100에 접근

  ③ 변위값이 크면 다른 영역을 침범하므로 실행 권한을 운영체제에 넘기고 트랩 발생

 

2. 가상기억장치 기타 관리사항

(1) 페이지 부재

• 프로세스 실행 중 필요한 페이지가 주기억장치에 없는 상황

(2) 지역성(Locality)

- 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치에서 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질
- 페이지 부재를 줄이기 위함

• a) 시간 구역성(Temporal Locality)
  - 하나의 페이지가 짧은 시간 동안 집중적으로 참조
• b) 공간 구역성(Spatial Locality)
  - 특정 위치의 페이지들을 집중적으로 참조 (배열 순회)

(3) 워킹 셋(Working Set)

• 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
• 참조할 것들을 같이 묶음

(4) 스래싱(Thrashing)

• 프로세스 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아지는 현상
• CPU가 프로세스를 처리하는 시간보다 입출력하는 시간이 더 걸리는 작업

 

3. 페이지 교체 알고리즘

(1) FIFO(First In First Out)

• a) 의미
  - 가장 먼저 메모리에 적재된 페이지를 먼저 교체하는 기법
• b) 예시
  - 페이지 프레임이 3개일 때, 페이지 결함 예 (배치 상태 : 5,1,2 / 부재 횟수 : 7번)
  

  참조 페이지	1	2	3	1	2	4	1	2	5
  페이지 프레임 (Memory)	1	1	1	1	1	4	4	4	5
  		2	2	2	2	2	1	1	1
  			3	3	3	3	3	2	2
  페이지 부재	O	O	O	X	X	O	O	O	O

(2) OPT(Optimal replacement, 최적 교체)

• 예상을 해서 미래에 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지를 교체하는 기법
• 이론적으로는 페이지 부재 횟수를 최소화하지만, 실제 구현에서는 미래의 페이지 참조를 예측하기 어려움
  

(3) LRU(Least Recently Used)

• a) 의미
  - 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체하는 기법
• b) 예시
  - 페이지 프레임이 3개일 때, 페이지 결함 예 (배치 상태 : 3,2,5 / 부재 횟수 : 5번)
  

  참조 페이지	1	2	4	3	2	4	3	2	5
  페이지 프레임 (Memory)	1	1	1	3	3	3	3	3	3
  		2	2	2	2	2	2	2	2
  			4	4	4	4	4	4	5
  페이지 부재	O	O	O	O	X	X	X	X	O

(4) LFU(Least Frequntly Used)

• a) 의미
  - 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체하는 기법
• b) 예시
  - 페이지 프레임이 3개일 때, 페이지 결함 예 (배치 상태 : 1,2,5 / 부재 횟수 : 5번)
  

  참조 페이지	1	2	3	1	2	4	1	2	5
  페이지 프레임 (Memory)	1	1	1	1	1	1	1	1	1
  		2	2	2	2	2	2	2	2
  			3	3	3	4	4	4	5
  페이지 부재	O	O	O	X	X	O	X	X	O

(5) NUR(Not Used Recently)

• a) 의미
  - 각 페이지마다 참조 비트와 변형 비트를 사용하여 최근 사용 여부 확인
  - 참조되지 않고, 수정되지 않은 페이지를 우선적으로 교체하는 기법
• b) 예시
  - 가장 먼저 교체될 페이지는 1번, 나중에 교체될 페이지는 4번
  

  번호	1	2	3	4
  참조비트	0	0	1	1
  변형비트	0	1	0	1

(6) SCR(Second Chance Replacement)

• FIFO의 단점을 보완하는 기법으로, 가장 오래된 페이지 중에서도 자주 사용되는 페이지의 교체 방지

 

가상기억장치는 주기억장치를 가상적으로 사용하는 것

보조기억장치에 프로그램을 설치함 ram은 한정적인 공간을 가지고 있기 때문에 많은 프로그램을 실행시킬 수 없음 그래서 가상기억장치를 만듦

 

참고자료

흥달쌤,  '흥!나게 합격 달성! 2024 정보처리기사 실기 클래스'

1억뷰 N잡