6-1. 가상 기억장치 개념 1. 가상 메모리 발생과 개념 º 가상 기억 장치란 : 주기억장치 용량보다 훨씬 큰 기억용량 주소지정이 가능한 방법

1. 6-1. 가상 기억장치 개념 1. 가상 메모리 발생과 개념 º가상 기억 장치란 : 주기억장치 용량보다 훨씬 큰 기억용량 주소지정이 가능한 방법 º특징 : 부분적인 적재로 프로그램을 실행시킬 수 있는 점 모든 P/G이 항상 동시 사용되지 않거나 가끔 발생할 수 있는 현상 적절 활용 º장점 : 프로그래밍 작업이 쉽다. 공간의 제약이 없으므로 중첩을 작성할 필요가 없다 공간이 없어도 부분적 적재가 가능하여 많은 작업을 실행시킬 수 있어 CPU의 이용율과 처리율은 향상될 수 있으나 반환시간은 증가되지 않을 수 있다. ☆ 가상주소(논리적주소. 프로그램주소):현재 진행중인 프로세스가 참조하는 자신주소 ☆ 사상(mapping) : 가상주소를 실제의 물리적 주소로 변환하는 과정 - 운영체제 -

2. ☆ 동적 주소 변환(DAT) 기법 –인위적 연속성 성질 º인위적 연속성 : 가상주소. 공간상의 연속적인 주소가 실기억 장치에서도 연속적인 필요가 없다는 사상. - 운영체제 -

3. ☆ 2단계 기억 장치 기법 활용 1단계 : 프로세스가 수행되고, 참조되는 자료를 저장하는 실기억 장치 2단계 : 제한된 실기억장치에 들어갈 수 없는 자료를 저장하는 디스크와 같은 대용량 기억장치이다. - 운영체제 -

4. 2. 블록 사상 ☆ 블록 단위의 관리기법 –사상 정보의 양을 줄이는 방법 ☆ 가상 메모리와 2단계 예비기억장치와의 사상의 연관. - 운영체제 -

5. ☆ 블록 : 가상기억장치에 대한 분할 단위로 블록의 크기가 - 일정 ☞ 페이지라 ☞ 페이징기법 - 다른 크기 ☞ 세그먼트 ☞ 세그먼테이션 기법 ☆ 가상주소 v=(b, d)로부터 실주소 r로 변환되는 과정 - 운영체제 -

6. 3. 페이지 기법 ☆ 페이지 기법에서의 동적 주소 변환 º p를 페이지 사상표서 페이지 프레임 p’로 사상. P’와 d를 접속 실기억 장치의 주소 구함 - 운영체제 -

7. 6-2. 요구 페이징 ☆ 요구 페이징 기법 –가장 일반적인 가상기억 장치 체계 교체(swapping)기법을 사용하는 페이징 시스템과 비슷 º지연 교환기(lazy swapper)를 사용하여 프로세스 적재 º잇점 : 사용되지 않을 메모리 페이지를 읽어 들이는 것 예방 ☞ 교체 시간 감소. 기억 공간 감소. 다중프로그래밍 정도를 증가 - 운영체제 -

8. 1. 페이지 부재 º저장되지 않은 페이지 사용 ☞ 접근의 방지를 위해 타당(비타당) 비트 이용 처리 º기억장치 내에 가져오지 않은 페이지에 프로그램이 접근하려 한다면 페이지 부재가 일어나고 이 때 비타당 비트를 발견하고 운영체제에 트랩을 발생하게 한다. (무효 주소에 의한 오류) - 운영체제 -

9. ☆ 페이지 부재 해결 1) 프로세스 제어블록(PCB)에 있는 내부 테이블을 검사하여 그 참조가 기억장치 접근 에 유효/무효 여부를 결정. 2) 무효화되었으면 중단. 유효한 참조이지만 그 페이지를 가져오지 않았음 가져온다. 3) 비어있는 프레임 리스트(free frame list)중에 하나를 선택 4) 할당된 프레임에 요구된 페이지를 읽기 위해 디스크 장치를 동작(disk operaion) 5) 요구된 페이지가 메모리에 와있다는 것을 알리기 위해 페이지 테이블 수정 6) 주소 트랩에 의해 인터럽트된 명령어들을 다시 시작 - 운영체제 -

10. 2. 페이지 성능 유효 접근 시간 = 기억장치 접근시간 유효 접근 시간 ∝ 페이지 부재율 (비례) 3. 페이지 대치 - 운영체제 -

11. ☆ 페이지 대치 : 페이지 방식에 의한 가상 기억장치에서 페이지 부재가 발생하면 주기억 장치에 있으면서 사용되지 않는 페이지를 없애고 새로운 페이지로 바꾸 는 행위 ☆ 페이지 접근 방식 1) 디스크에서 요구한 페이지의 위치 확인 2) 빈 프레임을 찾는다. 3) 요구된 페이지를 읽어 들이고 페이지와 프레임 테이블을 수정한다. 4) 사용자 프로세스를 다시 시작한다. - 운영체제 -

12. 4. 페이지 부재와 프레임 개수 예) 하나의 프레임만 이용가능 ☞ 각 참조마다 페이지 대치 필요 ☞ 11번의 페이지 부재 - 운영체제 -

13. 6-3. 페이지 대치 알고리즘 예) 다음의 참조 문자열을 3개의 프레임을 가진 기억장치에 대해 사용 1. 선입선출(FIFO) 알고리즘 º각 페이지에 기억 장치 안으로 들어온 시간 이용 º어떤 페이지가 대치될 때,가장 오래된 페이지를 우선 페이지 대치 시키는 방법 º기억 장치 속에 있는 모든 페이지를 선입선출 큐에 의해 관리 º큐의 머리 부분에 있는 페이지를 먼저 대치시키고 페이지가 기억장치 속으로 들어올 때 큐의 끝에 그것을 삽입 - 운영체제 -

14. ☆ 페이지 부재 시 이용할 수 잇는 프레임 수의 곡선 ☆ 벨레디의 변이 (Belady’s anomaly) 어떤 페이지 대치 알고리즘 중에는 할당되는 프레임의 수가 증가함에 따라 페이지 부 재율이 증가할 수 있다는 사실로 Anomaly란 page frame을 더 많이 할당했음에도 Page fault가 더 많이 일어나는 현상. - 운영체제 -

15. 2. 최적 페이지 대치 알고리즘(Optimal Algorithm) º고정된 프레임 수에 대해 가능한 한 가장 낮은 페이지 부재율 보장 예) 9번의 페이지 부재 3. 최근 최소사용(LRU) 알고리즘 º가까운 미래로 가장 최근 과거를 사용. 오랜 기간 사용되지 않은 페이지로 대치 º LRU의 장점 : 실질적인 하드웨어 자원을 요구 - 운영체제 -

16. ☆ 프레임을 최후의 사용기간에 의해 정의되는 순서로 결정하는 구현 방법 1) 계수기 (COUNTERS) 각 페이지 테이블 항복과 사용시간 레지스터를 연관시키고 CPU 논리 클럭이나 계 수기를 덧붙이는 것으로 클럭은 기억 장치 참조마다 증가된다. 2) 스택(STACK) 바닥(bottom)에 있는 페이지를 교체선택 - 운영체제 -

17. 4. LRU에의 근접 알고리즘 1) 부가된 참조 비트: 각 페이지에 8비트(1byte)정보를 유치하여 일정한 간격으로 참 조비트를 기록함으로써 정보를 얻어내는 방법 8비트 시프트 레지스터는 오른쪽으로 이동시켜 최근의 8번의 기 간동안 그 페이지 사용의 기록정보는 유지하게 한다. 2) 2차적 기회대치: 어떤 프레임이 필요할 때 0의 참조비트를 가진 페이지를 발견 할 때까지 계속 진행하면서 찾아 0이면 대치. 1이면 2차 기회를 주 고 다음 FIFO 페이지를 찾는다. - 운영체제 -

18. 3) 최소 사용 빈도수 (least frequently used : LFU) : 각 페이지마다 참조 회수에 대한 계수기를 가진다. 가장 작은 수를 가진 페이지가 대치된다. 4) 최대 사용 빈도수 (MFU 알고리즘) 대치 알고리즘 : 가장 작은 계수를 가진 페이지가 방금 들여온 것이고 아직 사용되지 않았으므로 앞으로 사용될 확률이 높으므로 페이지 대치 대상에서 제외시키고 가장 많이 사 용된 페이지 즉 계수가 높은 페이지를 대치하는 방법 - 운영체제 -

19. 6-4. 할당 알고리즘 1. 단독 사용자 : 가상 기억 장소 시스템의 가장 간단한 경우 2. 최소 프레임 수 : 명령어 구조에 의해 정의 수행 중인 명령이 끝나기 전 페이지 부재 현상이 일어면 그 명령은 다시 시작해야 함 하나의 명령어가 참조하고 모든 페이지를 수용할 수 있는 충분한 프레임이 존재 3. 전역 대 국부 할당 (Global cersus Local Allocation) 1) 전역 교환 (global replacement) 프로세스가 교환할 프레임이 현재 다른 프로세스에게 할당되어 있을지라도 그에 상관없이 전체 프레임중에서 하나를 선택해서 그 프레임을 쓸 수 있도록 해 줌 개별 프로세스의 동작보다 시스템 전반에 중점을 두기에 대형 시스템에서 수행 2) 국부 교환 (local replacement) 각 프로세스가 그 프로세스에 할당된 프레임들 중 교체될 페이지 프레임 선택 한 프로세스의 기억 장치 내 페이지는 그 프로세스의 페이지 기법의 동작에 영향 국부교환의 할당 결과 각각의 특정 프로세스로 지역화 4. 균일과 비례할당 알고리즘 1) 균일할당(Equal allocation) 2) 비례할당(Proportional allocation) - 운영체제 -

20. 6-5. 스래슁(Thrashing) 1. 스래슁 1) 원인 스래슁이 일어나면 시스템의 처리율은 낮아지고 페이지 부재가 늘어나게 된다. 유효 기억 장치 접근시간 증가하고. 페이지 교체시간만 낭비하게 된다. 2) 예방 지역(local)이나 우선 순위 교환 알고리즘을 사용하여 제한 - 운영체제 -

21. 2. 국부성 실행중인 프로세스에 의해 나타나는 특성으로 프로세스들은 실행기간 동안 페이지 중 일부를 선호하여 국부적인 부분만을 집중적으로 참조하는 현상 1) 시간 국부성 : 최초 참조된 기억장소가 가까운 미래에도 계속 참조될 가능성 높다 예) 순환, 부프로그램, 스택, 계산이나 집계의 변수 2) 공간 국부성 : 하나의 기억장소가 참조되면 근처의 기억장소가 참조 예) 배열 순례, 순차적 코드의 실행, 근처의 관련변수 선언 ☆ 방지 : 각 프로세스가 필요로 하는 프레임을 제공해야 한다. - 운영체제 -

22. 3. 작업세트 (working set) º가상 기억 장치 시스템에서 실행 중인 프로세스가 일정 시간 참조하는 페이지 집합. º프로세스에게 할당해야 할 최소한의 페이지 프레임 수를 결정함으로 스래싱을 방지 ☆ 워킹 세트 이론 º프로그램은 그 워킹 세트가 주기억 장치에 확보된 경우에만 실행 º어떤 프레임이 실행 중인 프로그램의 워킹 세트에 포함된 경우, 그 페이지 프레임은 대치 될 수 없다. º가상 기억 장치 시스템에서 페이지 할당과 대치에 모두 이용할 수 있는 기법 - 운영체제 -

23. 4. 페이지 부재 (Page Fault) 빈도 º페이지 부재가 일어나는 빈도수를 말한다. º페이지 부재 ↑ : 프로세스가 더 많은 프레임을 필요로 함. 페이지 부재 ↓ : 프로세스가 너무 많은 프레임을 갖고 있는 것. 5. 기타 고려 사항 1) 프리페이징 : 처음에 발생하는 많은 페이지 부재를 방지하기 위한 기법. 예상되는 모든 페이지를 사전한꺼번에 기억 장치 내로 가져오는 기법. 2) 페이지 크기 : 가상 기억 장치에서 페이지의 크기는 고정되는데, 이러한 크기를 결정하 기 위해서 기억 장치 효용도와 페이지 이동 효율 등의 사항 고려. - 운영체제 -