가상메모리란

가상 메모리

• 가상 메모리가 필요한 이유
  1. 메모리 용량 부속 이슈
  2. 프로세스 메모리 영역간에 침범 이슈
• 가상 메모리: 메모리가 실제 메모리보다 많아 보이게 하는 기술
  • 프로세스간 공간 분리로 프로세스 이슈가 전체 시스템에 영향을 주지 않음
  • 프로세스는 가상 주소를 사용하고, 실제 해당 주소에서 데이터를 읽고/쓸때 물리 주소로 바꿔준다
  • virtual address: 프로세스가 참조하는 주소
  • physical address: 실제 메모리 주소
• MMU(Memory Management Unit)
  • CPU에 코드 실행시, 가상 주소 메모리 접근이 필요할 때, 해당 주소를 물리 주소값으로 변환해주는 하드웨어 장치
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• 페이징
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  • 크기가 동일한 페이지로 가상 주소 공간과 이에 매칭하는 물리 주소 공간을 관리
  • 하드웨어 지원이 필요
  • 페이지 번호를 기반으로 가상주소/ 물리주소 매핑정보를 기록/사용
  • 프로세스의 PCB에 Page Table 구조체를 가리키는 주소가 들어있음
  • Page Table에는 가상 주소와 물리 주소간 매핑 정보가 있음
• 페이징 시스템 구조
  • page: 고정된 크기의 block
  • 가상 주소 v = (p, d)
    • p: 가상 메모리 페이지
    • d: p안에서 참조하는 위치
  • 페이지 크기가 4KB 예
    • 가상 주소의 0비트에서 11비트가 변위(d)를 나타내고
    • 12비트 이상이 페이지 번호가 될 수 있음
• 페이지 폴트(page faults)
  • 실제 물리 메모리가 부재일 때 뜨는 인터럽트
  • 페이지 폴트가 발생하면 OS가 이를 해결한 뒤 다시 동일한 명령을 수행
  • 이러한 경우가 많이 일어나면 성능이 저하됨
  • 페이지 교체 정책
    • 메모리가 꽉 차있을 때 기존 페이지 중 하나를 물리 메모리에서 저장 매체로 내리고 새로운 페이지를 방금 비워진 해당 물리 메모리 공간에 올린다.
  • 반복적으로 페이지 폴트가 발생해서 과도하게 페이지 교체 작업이 일어나 실제로는 아무것도 못하는 상황을 스레싱(Thrashing)이라고 한다.
• TLB(Translation Lookaside Buffer, 페이지 정보 캐쉬)
  • 가상 메모리 주소를 물리적 주소로 변환하는 속도로 높이기 위해 사용하는 캐시
  • 최근에 일어난 가상 메모리와 물리 주소의 변환 테이블을 저장해둠
  • CPU가 가상 주소를 가지고 메모리에 접근할때 TLB에 먼저 접근하여 물리 주소를 찾는다.
  • TLB에 매핑이 존재하지 않으면 MMU가 페이지 테이블에서 해당되는 물리 주소로 변환 후 메모리에 접근