Os
12 Jul 2020

가상메모리, 물리메모리

가상메모리

다중 프로그래밍을 실현하기 위해서는 많은 프로세스들을 동시에 메모리에 올려두어야 한다 가상 메모리는 프로세스 전체가 메모리에 올라오지 않더라도 실행가능하도록 하는 기법이며 프로그램이 물리 메모리보다 커도 된다는 장점이 있다.

가상메모리 : 프로그램실행에 필요한 메모리 용량 전체를 할당받는게 아니라, 실행에 필요한

최소한의 메모리를 할당받아 ram에서 사용하고 나머지는 하드디스크에 저장하는 것 이다.


가상 주소 공간

  • 한 프로세스가 메모리에 저장되는 논리적인 모습을 가상메모리에 구현한 공간이다. 프로세스

    가 요구하는 메모리 공간을 가상메모리에 제공함으로서 현재 직접적으로 필요치 않은 메모리

    공간은 실제 물리 메모리에 올리지 않는 것으로 물리 메모리를 절약할 수 있다.

  • 예시로 한 프로그램이 실행되며 논리 메모리로 100kb가 요구 되었고 실행에 필요한 메모리

    공간합이 40kb라면, 실제 물리 메모리에는 40kb만 올라가고 나머지 60kb만큼은 필요시에

    물리메모리에 요구한다.


프로세스간 페이지 공유

  • 시스템 라이브러리는 여러 프로세스들이 물리 메모리 페이지에두고 프로세스사이에 공유한다.

  • fork()를 통한 프로세스 생성 과정에서 페이지들이 공유되는 것을 가능하게 한다.


요구 페이징

프로그램 실행 시작시에 프로그램 전체를 디스크에서 물리메모리에 적재하는 대신, 초기에

필요한 것들만 적재하는 전략을 요구페이징 이라 하며,요구 페이징을 사용하는 가상 메모리

에서는 실행과정에서 필요한 페이지들이 적재된다. 한 번도 접근되지 않은 페이지는

물리 메모리에 적재되지 않는다


메모리 관리


각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 갖고, 운영체제 혹은 다른 프로세스의 메모리 공간에

접근 할 수 없는 제한이 있다. 운영체제만이 운영체제 메모리 영역과 사용자 메모리 영역의

접근에 제약 받지 않는다.


단편화

프로세스들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되다 보면 프로세스들이 차지 하는 메모리

틈 사이에 사용하지 못할 만큼의 작은 자유공간들이 늘어나게 되는데 이것이 단편화다


  • 외부 단편화 : 메모리 공간 중 사용하지 못하게 되는 일부분. 물리 메모리에서 사이사이에

    남는 공간들을 모두 합치면 충분한 공간이 되는 부분들이 분산되어 있을때 발생

  • 내부 단편화 : 프로세스가 사용하는 메모리 공간에 포함된 남는 부분을 내부 단편화라 한다.


Paging(페이징)

하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리

방법이다. 외부 단편화와 압축 작업을 해소하기 위해 생긴 방법으로 다음과 같이 나눈다.

물리 메모리 -> Frame이라는 고정크기로 분리
논리 메모리 -> page라 불리는 고정크기 블록

페이징 기법을을 사용함으로써 논리 메모리를 물리 메모리에 저장될 때, 연속되어 저장될

필요가 없고 물리 메모리의 남는 프레임에 적절히 배치됨으로서 외부 단편화를 해결할 수

있는 장점이 있다.


하나의 프로세스가 사용하는 공간은 논리 메모리에서 여러개의 페이지로 나뉘어서 관리되고

개별 페이지는 순서에 상관없이 물리 메모리에 있는 프레임에 mapping되어 저장된다고 볼 수있다.

단점 : 고정된 페이지이기 때문에 내부 단편화가 발생한다. 예를 들어 페이지의 크기가 1024b 이고
프로세스A가 3123b의 메모리를 요구한다면 3개의 페이지 프레임에다가 51b가 남기 때문에 결과적으로
4번째 페이지가 필요하며 이 4번째 페이지는 973b의 내부 단편화가 발생하게 된다.


Segmentation(세그멘테이션)

페이징에서처럼 논리 메모리와 물리 메모리를 같은 크기의 블록이 아닌, 서로 다른 크기의 논리적

단위인 세그먼트(Segment)로 분할 하여 사용자가 두개의 주소로 지정(세그먼트 번호 + 변위)

세그먼트 테이블에는 각 세그먼트의 기준 (세그먼트의 시작 물리 주소)와 세그먼트 길이를 저장

단점 : 서로 다른 크기의 세그먼트들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되면, 자유 공간들이
많은 수의 조각들로 나뉘어 외부 단편화가 발생한다.


페이지 교체 알고리즘

FIFO 페이지 교체

first in first out으로 먼저 물리 메모리에 들어온 페이지 순서대로 페이지 교체 시점에 나가게 된다.


LRU페이지 교체

LRU : Least Recently Used

최적 알고리즘의 근사 알고리즘으로 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 선택하여 교체한다.

FIFO보단 우수하지만 OPT보단 못하다.


LFU

LFU : Least Frequently Used

참조 횟수가 가장 적은 페이지를 교체하는 방법이다. 활발하게 사용되는 페이지는 참조 횟수가

많아질 거라는 가정에서 만들어진 알고리즘이다.

물리메모리

Tags:
0 comments