14. 가상 메모리

14-1. 연속 메모리 할당

: 프로세스에 연속적인 메모리 공간을 할당하는 방식

: 사용하지 않는 프로세스들을 보조기억장치로 쫓아내고, 생긴 메모리상의 빈 공간에 또 다른 프로세스를 적재하여 실행하는 방식

: 메모리 사이에 빈 공간이 생기지만, 그 공간보다 큰 프로세스를 적재하기 어려운 상황으로 메모리 낭비가 되는 현상

: 논리 주소 공간을 페이지라는 일정한 단위로 자름

⇒ 한 프로세스 실행을 위해 프로세스 전체가 메모리에 적재될 필요가 없다.

: 페이지 번호와 프레임 번호를 짝지어주는 일종의 이정표

현재 어떤 페이지가 어떤 프레임에 할당되어있는지 알려줌
CPU 내의 페이지 테이블 베이스 레지스터는 각 프로세스의 페이지 테이블이 적재되니 주소를 가리킴
TLB : 페이지 테이블의 캐시 메모리
- 페이지 테이블의 일부 내용 저장
- TLB 히트 : 논리주소에 대한 페이지가 TLB에 있을 경우
- TLB 미스 : 없는 경우

페이징 시스템에서는 모든 논리 주소가 기본적으로 페이지 번호와 변위로 이루어짐
- 변위 : 접근하려는 주소가 프레임의 시작 번지로부터 얼만큼 떨어져 있는지를 알기 위한 정보

: 페이지 테이블의 각각의 행들

유효 비트 : 해당 페이지에 접근 가능한지 여부
- 유효비트가 0인 메모리에 적재 되어있지 않은 페이지로 접근하면
- ⇒ 페이지 폴트 발생 = 예외
보호 비트 : 페이지 보호 기능을 위해 존재하는 비트
- 읽기, 쓰기, 실행의 권한 조합
참조 비트 : CPU가 이 페이지에 접근한 적이 있는지 여부 나타냄
수정 비트 : 페이지에 데이터를 쓴 적이 있는지 수정여부
- 더티 비트

: 프로세스를 메모리에 적재할 때 필요한 페이지만을 메모리에 적재하는 기법

좋은 페이지 교체 알고리즘 : 페이지 폴트를 적게 일으키는 알고리즘
알고리즘 평가 방법 : 페이지 폴트 횟수
페이지 참조열을 통해 페이지 폴트 횟수 알 수 있음
- 페이지 참조열 : CPU가 참조하는 페이지들 중 연속되는 페이지를 생략한 페이지열
  - 생략하는 이유 : 중복된 페이지를 참조하는 행위는 페이지 폴트를 발생시키지 않기 때문
FIFO 페이지 교체 알고리즘
- 아이디어와 구현은 간단하지만, 마냥 좋은 기법이 아님
  - 프로그램 실행 내내 필요할 수 있음
: 메모리에 가장 먼저 올라온 페이지부터 내쫓는 방식
최적 페이지 교체 알고리즘
- 가장 낮은 페이지 폴트율을 보장하는 알고리즘
- 단점 : 구현이 어려움
  - 앞으로 오랫동안 사용되지 않을 페이지 예측이 어려움
  - 그래서 보통 성능 평가 목적으로 사용
: CPU에 참조되는 횟수를 고려하는 페이지 교체 알고리즘
LRU 페이지 교체 알고리즘
: 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체하는 알고리즘

사용할 수 있는 프레임 수가 적어도 페이지 폴트는 자주 발생
스래싱 : 프로세스가 실제 실행되는 시간보다 페이징에 더 많은 시간을 소요하여 성능이 저해되는 문제
멀티프로그래밍의 정도 : 메모리에서 동시 실행되는 프로세스의 수
- 정도가 높음 → 많은 프로세스 동시 실행 중
- 멀티프로그래밍 정도가 높음 ≠ CPU 이용률 증가
스래싱 발생 이유 : 각 프로세스가 필요로 하는 최소 프레임수가 보장되지 않음
프레임 할당 방식
- 균등 할당
- 비례 할당 : 크기에 따라 프레임 할당
프레임 결정 방식
- 작업 집합 모델
  - 프로세스가 일정 기간 동안 참조한 페이지 집합을 기억
  - 작업 집합 : 실행 중인 프로세스가 일정 시간동안 참조한 페이지의 집합
  ⇒ 작업 집합 크기 만큼 프레임 할당
- 페이지 폴트 빈도
- : 페이지 폴트율에 상한선, 하한선을 정하고, 이 범위 안에서만 프레임 할당