Chapter9. 가상 메모리 관리

요구 페이징

(1) 요구 페이징의 개요
- 요구페이징 : 사용자가 요구할 때 해당 페이지를 메모리로 가져오는 것 (필요할 때 가져옴)
- 왜? 메모리를 효율적으로 관리하고, 응답 속도를 높이기 위해서
- rf. 반대 - 캐시 (미리 가져오는 것)
(2) 페이지 테이블 엔트리의 구조
- 유효 비트 : 페이지 테이블에는 페이지가 메모리에 있는지, 스왑 영역에 있는 표시해야하는데, 이 때 사용하는 것이 유효 비트이다.
- 페이지 엔트리 : 페이지 테이블의 한 행을 의미
  - 구성 요소 : 페이지 번호, 플래그 비트, 프레임 번호(= 주소 필드)
  - 플래그 비트 세부 요소 :
    - 접근 비트 : 메모리에 올라와 사용되었는지 여부 = 참조 비트
    - 변경 비트 : 메모리에 올라와 변경되었는지 여부
    - 유효 비트 : 메모리에 페이지가 있는지 여부
    - 접근 권한 비트(읽기/쓰기/실행)
(3) 페이지 부재 (page fault)
- 유효 비트가 0일 때, 페이지에 올라와 있음
- 유효 비트가 1일 때, 스왑 영역에 있음 ← 페이지 부재(page fault) 상태
  - 스왑인을 통해 스왑 영역의 주소를 페이지 테이블에 업데이트
  - 메모리 관라자는 해당 데이터를 프로세스에 넘긴다.

페이지 교체 알고리즘

(1) 페이지 교체 알고리즘의 개요

페이지 교체 알고리즘 : 어떤 페이지를 스왑 영역으로 보낼지 결정하는 알고리즘
대상 페이지(victim page) : 스왑 영역으로 보낼 페이지

종류	알고리즘	특징
간단한
알고리즘	무작위	무작위로 대상 페이지를 선정하여 스왑 영역으로 보낸다.
	FIFO	처음 메모리에 올라온 페이지를 스왑 영역으로 보낸다.
이론적
알고리즘	최적	미래의 메모리 접근 패턴을 보고 페이지를 선정하여 스왑 영역으로 보낸다.

미래 접근 패턴 알기 어려움 (사실상 구현 불가) | | 최적 근접 알고리즘 | LRU | 시간적으로 멀리 떨어진 페이지를 스왑 영역으로 보낸다. ( Least Recently Use ) | | | LFU | 사용 빈도가 적은 페이지를 스왑 영역으로 보낸다. ( Least Frequently Use ) | | | NUR | 최근에 사용한 적이 없는 페이지를 스왑 영역으로 보낸다. ( Not Used Recently) | | | FIFO | FIFO 알고리즘을 변형하여 성능을 높인다. |

스레싱과 프레임 할당

(1) 스레싱 : 하드 디스크의 입출력이 너무 많아져 잦은 페이지 부재로 작업이 멈춘 것 같은 상태
- 멀티 프로그래밍 정도 = 동시에 실행하는 프로그램의 수
- 멀티 프로그래밍 정도가 너무 높으면 스레싱이 발생한다.
(2) 정적 할당
- 프로세스 실행 초기에 프레임을 나누어 주 후 그 크기를 고정하는 방식
  - 균등할당방식 : 프로세스 크기와 상관없이 사용 가능한 프레임을 모든 프로세스에 동일하게 할당
  - 비례할당방식 : 프로세스 크기에 비례하여 프레임을 할당
    - 단점 : 실행중 필요한 프레임을 유동적으로 반영 불가, 사용하지 않을 메모리를 미리 확보하기 어려움
(3) 동적 할당
- 시시각각 변하는 요청을 수용한 방식
  - 작업집합모델 : 지역성 이론을 바탕으로, 최근에 일정 시간동안 참조된 페이지들을 집합으로 만들고, 이 집합의 페이지들을 물리 메모리에 유지하여 프로세스 실행을 돕는 방식
    - 작업집합윈도우 : 작업집합에 포함되는 페이지의 범위
    - 작업집합 모델은 충분한 페이지를 할당하지 않으면, 작업 집ㅎ바에 있는 페이지를 물리 메모리에 유지하기 힘들다.
    - 페이지 부재 빈도 : 페이지 부재 횟수를 기록해 페이지 부재 비율을 계산하는 방식으로 프로세스가 필요로 하는 페이지 양을 동적으로 결정한다.
(4) 전역 교체와 지역 교체
- 전역 교체 : 전체 프레임을 대상으로 교체 알고리즘을 적용
- 지역 교체 : 현재 실행 중인 프로세스의 프레임을 대상으로 교체 알고리즘을 적용
  - 장점 : 할당된 프레임의 전체 개수에 변화 없음 → 페이지 교체가 다른 프로세스에 영향X
  - 단점 : 자주 사용하는 페이지가 스왑 영역으로 옮겨지면 시스템 효율이 떨어진다.