가상메모리 관리

1. 개요

오늘은 가상메모리와 가상메모리의 관리에 대해 공부하겠습니다.

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2. 가상메모리란?

가상메모리는 운영체제에서 크고 느린 장치인 디스크를 어떻게 메모리에 다 담을지 또한 메모리 용량이 부족할지? 그리고 어떻게하면 메모리의 보안을 유지할수있을지 많은 선배 개발자분들이 고민을 하였다.

그 결과 일부 페이지들을 스왑 아웃하는 기능을 사용하여 멀티 프로그래밍과 사용 편의성 등의 이유로 실제 물리 메모리보다 더 많은 용량의 메모리가 필요하다고 판단, 그것이 가상 메모리가 되었다.

 

• Non-Contiuous allocation
  • 사용자 프로그램을 block으로 분할하여 적재/실행
  • paging/segmentation system
• 가상 메모리 관리의 목적
  • 가상 메모리 시스템 성능을 최적화
    • cost model, 다양한 최적화 기법이 존재

 

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3. Other Considerations

가상 메모리를 관리할 때 신경써야 할 것들 몇 개 말해보겠다.

• Page Size
• Program restructuring
• TLB reach

3-1 Page Size

• 시스템 특성에 따라 다르다
  • No best answer
  • Page Size가 점점 커지는 경향이 있음
    • HW의 발전과도 연관이 깊다.
    • CPU의 성능이 발전하고 Memory Size도 점점 커지면서 상대적인 Page fault의 처리 비용이 증가중
• 일반적인 page size : 2^7(128) bytes ~ 2^22(4M)bytes
• Small page size일 경우
  • Large page table/ # of PF -> High overhead(kernel)
  • 내부 단편화 감소
  • I/O 시간 증가
  • Locality 향상
  • Page fault 증가
• Large page size
  • Small page table/# of PF -> Low overHead(kernel)
  • 내부 단편화 증가
  • I/O 시간 감소
  • Locality 감소
  • Page fault 감소

3-2 Program Restructuring

• 가상 메모리 시스템의 특성에 맞도록 프로그램을 재구성
• 사용자가 가상 메모리 관리 기법에 대해 이해하고 있다면, 프로그램의 구조를 변경하여 성능을 높일수 있다.

// program-1
int main()
{
	int zar[256][256]; // 행, 열
    int i, j;

    for(j=0; j < 256; j++)
    	for (i=0; i < 256; i++)
        	zar[i][j] = 0;

    return 0;
}

출처 :https://velog.io/@minu/7.1.-%EA%B0%80%EC%83%81-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EA%B4%80%EB%A6%AC

// program-2
int main()
{
	int zar[256][256];
    int i, j;

    for(i = 0; i < 256; j++)
    	for(j = 0; j < 256; j++)
        	zar[i][j] = 0;

    return 0;
}

3-3 TLB Reach

• TLB를 통해 접근 할 수 있는 메모리의 양
  • number of entries * page size
• TLB hit ratio를 높이려면
  • TLB의 크기를 증가->비쌈
  • Page크기를 증가 or 다양한 page size 지원
    • 현대 OS의 발전으로 인해 OS의 지원이 가능함

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4. Ref

https://velog.io/@minu/7.1.-%EA%B0%80%EC%83%81-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EA%B4%80%EB%A6%AC

7.1. 가상 메모리 관리