가상 메모리, 페이징 및 분할(segmentation)

기계가 포기했음을 나타내는 디스크 라이트

• 메모리가 부족한 컴퓨터에서 너무 많은 애플리케이션을 열면 특이한 현상이 발생합니다. 시스템 전체가 거의 멈출 정도로 느려지고, 디스크 표시등은 깜박임이 멈추고 켜진 상태로 유지됩니다.
• 프로세서는 바쁘지 않습니다. 각 프로그램에 필요한 메모리가 디스크에 있어 한 페이지를 가져오면 몇 순간 후에 필요할 다른 페이지가 퇴출되기 때문입니다.
• 이 기계는 페이지를 이동하는 것 외에는 아무것도 하지 않습니다. neither 작업도, nor 충분한 메모리도 갖추어 두 가지 모두를 수행하지 못합니다.
• 이 수업의 주제는 가상 메모리이며, 페이지링과 **분할(Segmentation)**이 이를 어떻게 제공하며, 메모리를 더 크게 보이게 하는 SAME 메커니즘이 어떻게 기계를 쓸모없게 만드는지 설명합니다.

가상 주소 공간

• 각 프로세스는 자체 가상 주소 공간을 얻습니다: 0부터 시작하여 OS가 실제 데이터가 있는 곳으로 매핑하는 깨끗하고 연속적인 주소 범위입니다.
• 세 가지 결과가 따릅니다. 각 프로세스는 **단순한私密空间(사적 공간)**을 볼 뿐이며 다른 processes가 무엇을 실행 중인지 알 필요가 없습니다. 프로세스들은 서로 보호받으며, 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 주소 공간 내 주소에 접근할 수 없기 때문입니다. 그리고 사용 중인 총 메모리는 물리적 RAM보다 클 수 있습니다. 일부가 디스크에 존재하기 때문입니다.
• 이러한 격리는 편의성뿐만 아니라 보안 경계이기도 합니다.

페이지링(Paging)

• 가상 공간은 고정 크기 페이지로 나뉘고, 물리적 메모리는 같은 크기의 프레임으로 나뉩니다. 페이지 테이블은 현재 각 페이지가 어떤 프레임에 저장되어 있는지 기록합니다.
• 프로세스가 주소를 사용할 때 하드웨어는 테이블에서 해당 페이지를 검색하여 프레임을 찾습니다. 만약 그 페이지가 RAM에 없다면, 이는 **페이지 결함(Page Fault)**입니다.
• 페이지 결함이 발생하면 OS는 디스크의 스왑 파일에서 페이지를 읽어와 빈 프레임에 저장합니다. 빈 프레임이 없으면 먼저 **퇴출(Evict)**해야 하며, 수정된 경우 디스크에 다시 쓰야 합니다.

표가 연결된 동일한 크기의 페이지와 프레임

worked example: 페이지 결함 시 일어나는 일

스래싱(Thrashing)

• 어떤 페이지를 교체할지 선택하는 것이 중요합니다. 잘못된 선택은 해당 페이지가 즉시 다시 필요해짐을 의미합니다.
• 실행 중인 프로세스들의 작업 세트(Working Set)에 필요한 RAM이 부족할 때, 거의 모든 접근이 페이지 결함을 유발하고, 모든 결함이 동시에 다시 필요해지는 페이지를 퇴출시킵니다.
• 시스템은 이제 거의 모든 시간을 명령어를 실행하는 대신 페이지를 스왑하는 데 보냅니다. 이것이 바로 스래싱 또는 디스크 스래싱이며, 이 수업 상단에 기술된 상태입니다.
• 해결책은 더 많은 RAM이나 더 적은 프로세스입니다. 더 빠른 프로세서는 전혀 도움이 되지 않습니다. 왜냐하면 바쁜 것은 프로세서가 아니기 때문입니다.

분할(Segmentation)

• **분할(Segmentation)**은 프로그램의 구조인 코드, 스택, 힙, 대용량 데이터 배열 등 변동적 크기의 논적 세그먼트로 메모리를 나눕니다.
• 세그먼트는 논적 단위이므로 자체 **권한(Permissions)**을 가질 수 있습니다: 코드 세그먼트는 읽기 전용 및 실행 가능일 수 있고, 스택은 읽기-쓰기 및 비실행 가능일 수 있습니다.
• 시험에서 원하는 대비: 페이지는 고정 크기이며 프로그램에게 의미를 가지지 않는 반면, 세그먼트는 변동적 크기로 논적 부분과 대응합니다. 많은 실제 시스템은 두 가지를 결합하여 세그먼트 내에서 페이지링을 사용합니다.

세그먼트는 프로그램의 자체 부분이지, 균등하게 쪼개진 조각이 아닙니다

worked example: 페이지링과 분할 비교

놓칠 수 있는 점

이해했습니다