요구 페이징
데이터를 가져오는 정책에 대해서 알아봅니다.
요구페이징?
메모리를 효율적으로 관리하기 위해, 적은양의 프로세스만 유지한다.
필요한 모듈들만 올려 응답 속도를 향상하기 위해서다
사용자가 요구한 특정 기능을 수행할 때 해당 모듈들을 메모리에 올려두면 여러 이점들이 있는데, 이와 같이 요구한 페이지를 메모리에 올리는 것을 요구 페이징 이라고 한다.
미리가져오기?? : 요구페이징과 반대로 앞으로 필요할 것이라고 예상된 페이지를 미리 가져온다
페이지 테이블엔트리
가상 메모리는 물리 메모리와 스왑 영역을 합친 것이다.
사용자 프로세스는 물리 메모리와 스왑 영역 둘중 한곳에 있다.
페이지 테이블은 페이지가 메모리에 있는지 스왑 영역에 있는지 표시해야 하는데, 이걸 유효 비트라고 한다
PTE 내부에는 페이지번호, 플래그 비트, 프레임 번호가 존재하는데, 이중 프레임 번호를 가지고 어느 프레임에 있는지 알려준다.
이 프레임 번호는 주소 필드 라고도 한다.
이 PTE에는 여러 플래그 비트들이 존재한다.
페이지 부재
페이지에 위치에 따라 유효 비트는 0,1을 가지게 된다.
프로세스가 페이지를 요청했을 때 그 페이지가 메모리에 없는 상황을 페이지 부재라고 한다.
페이지 폴트가 발생하면 스왑 영역에서 메모리로 데이터를 옮겨야 한다.
페이지 폴트가 발생하면 스왑영역의 데이터를 메모리의 빈 공간에 옮긴 뒤 갱신 한다.
메모리에 빈 프레임이 많은 경우엔 수월하지만, 메모리 프레임이 가득 차있다면 페이지 교체 알고리즘을 통해 특정 페이지(대상페이지)를 스압 영역으로 내보낸다.
지역성
메모리가 꽉차서 스왑 영역으로 보낼 때는 앞으로 사용하지 않을 페이지를 쫓아내는 것이 좋다.
지역성은 아래 세가지를 기준으로 체크한다.
공간의 지역성
현재 위치에서 가까운 데이터에 접근할 확률이 먼 거리에 있는 확률 보다 높다.
시간의 지역성
현재를 기준으로 가장 가까운 시간에 접근한 데이터가 먼 시간에 접근한 데이터보다 확률이 높다
순차적 지연성
작업은 순차적으로 진행되는 경향이 있다는 걸 의미한다.
페이지 교체 알고리즘
Page Fault가 발생하면 스왑 영역에서 페이지를 가져오는데, 메모리가 꽉 찻다면 메모리에 있는 페이지를 스왑영역으로내보내야 한다.
이떄 내보낼 페이지를 선택하는 알고리즘은 시스템의 성능을 향상 시킨다.
| Algorithm | Characteristic |
|---|---|
RANDOM | 무작위로 선정 |
FIFO | 처음 올라온 페이지 선정 |
최적 | 미래의 접근 패턴을 보고 페이지 선정 |
LRU | 시간적으로 멀리 떨어진 페이지를 선정 |
LFU | 사용 빈도가 적은 페이지를 선정한다 |
NUR | 최근에 사용한 적이 없는 페이지 선정 |
FIFO 변형 | FIFO를 변형하여 선능 개선 |
LRU, LFU, NUR은 최적 페이지 교체 알고리즘에 근접하는 성능을 보인다.
무작위 페이지 교체
스왑 영역으로 내보낼 페이지를 무작위로 선정한다
FIFO 페이지 교체
가장 먼저 들어온 페이지를 스왑영역에 쫓아내는 알고리즘이다.
지역성은 고려하지 않은채 가장 먼저 사용된 페이지를 쫓아내기 때문에, 자주사용하는 페이지는 고려되지 않아 성능이 떨어진다.
최적 페이지 교체
앞으로 사용하지 않을 페이지를 스왑 영역으로 옮긴다.
메모리가 앞으로 사용할 페이지를 살펴보고 교체 선정 시점부터 사용 시점까지 가장 멀리 있는 페이지를 선정한다.
가장 이상적인 방법이지만 구현할 수 없다
LRU 페이지 교체
최적 근접 알고리즘 중 시간을 기준으로 가장 오래동안 사용되지 않은 페이지를 스왑 영역에 보낸다.
카운터나, 참조 비트를 이용하는 방법도 있다.
접근 시간에 기반한 방식 : 페이지에 접근(연산이 이루어진 시간)한 시간을 기록한다
카운터에 기반한 방식 : 접근 시간이 아닌 접근 카운터를 사용하여 구현할 수도 있다.
참조 비트의 시프트 방식 : 각 페이지에 참조 비트를 만들어서 사용한다.
참조 비트가 계속 갱신되다가 가장 참조비트의 수가 낮은 페이지를 내보낸다.
기록하기 위한 만큼의 메모리공간이 낭비되는 단점이 있다.
LFU 페이지 교체
최소 빈도 사용 알고리즘 이라고도 불린다.
페이지가 몇번 사용되었는지를 기준으로 대상 페이지를 선정한다.
현재 프레임에 있는 페이지마다 사용된 횟수를 세어 가장 적은 페이지를 스왑 영역으로 옮긴다.
NUR 페이지 교체
페이지 교체 알고리즘은 공간 낭비 문제를 해결한 알고리즘이다.
접근 시간과 접근 빈도의 정확한 값을 유지하지 않는 방식이다.
추가 비트 2개만 사용하여 미래를 추정한다
참조 비트 : 페이지에 접근하면 1 변경 미트 : 페이지가 변경되면 1
우선 고려대상은 참조 비트이다. 참조비트가 0인 페이지 먼저 찾은 후 변경 비트를 찾는다.
FIFO 변형
2차 기회 페이지 교체
특정 페이지에 접근하여 페이지 부재 없이 성공한다면 해당 페이지를 큐의 맨뒤로 이동시킨다. ( 2차검증)
시계 알고리즘
원형 큐를 사용하여 옮길 대상의 대상 페이지를 가리키는 포인터를 사용한다.
스레싱과 프레임 할당
메모리가 부족하여 하드디스크와 입출력이 많아지는 상태를 스레싱 이라고 한다.
스레싱은 각 프로세스에 프레임을 할당해주는 문제와도 연관되어 있는데, 프로세스에 프레임을 할당하는 방식은 정적할당과 동적 할당으로 구분한다.
정적 할당
실행 초기에 프레임을 나누어 준 후 크기를 고정하는 것이다.
균등 할당
프로세스 크기와 상관없이 동일하게 할당한다
비례 할당
프로세스 크기에 비례하여 할당하는 방식이다.
동적 할당
시시각각 변하는 프로세스의 프레임을 수용하는 방식이다.
작업 집합 모델 : 지역성을 바탕으로, 가장 접근한 프레임을 우선으로 한다.
페이지 부재 빈도 : 페이지 폴트의 횟수를 기록하여 부재 비율을 계산하는 방식이다.
전역&지역 교체
페이지를 교체할때 사용하는 방식이다.
전역 교체 : 전체 프레임을 대상으로 스왑 영역에 보낼 페이지를 찾는다.
지역 교체 : 자신에게 할당된 프레임의 개수의 변화가 없기 때문에 페이지 교체가 프로세스에 영향을 미치지 않는다
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