OS를 공부하면서 정리를 한 내용들 입니다.

가상메모리 관리 기법의 기초에 대해서 정리합니다.

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지난 메모리 관리 챕터는 디스크에서 올리는 작업에는 운영체제가 개입을하지만

사실 운영체제의 역할이 아니고 하드웨어의 역할부분이었습니다.

먼저 Demand Paging이라는 용어가 나옵니다.

Demand Paging

실제로 필요할 때(요청이 있으면) Page를 메모리에 올리는 것을 말합니다.

• I/O 양의 감소 - 필요한 것만 메모리에 올리기 때문
• Memory 사용량 감소 - 상동
• 빠른 응답시간 - 멀티 프로그래밍 환경에서 더 많은 프로그램을 제공
• 더 많은 사용자 수용 - 멀티 프로그래밍 환경에서 더 많은 사용자를 수용

Valid / Invaild bit의 사용

• invalid의 의미 - 사용되지 않는 주소 영역의 경우, 페이지가 물리적 메모리에 없는 경우
• 처음에는 모든 page entry가 invalid로 초기화
• address traslation 시에 invalid bit이 set되어 있으면 -> “Page Fault”

page fault = 요청한 페이지가 메모리에 없는 경우

Page Fault

• invalid page를 접근하면 MMU(주소변환을 해주는 하드웨어)가 trap을 발생시킵니다.(paga fault trap)
• Kernel mode로 들어가서 page fault handler가 invoke(실행) 됩니다.
• 다음과 같은 순서로 page fault를 처리합니다.
  1. invalid reference(eg.bad address, protection violation)->abort process
  2. Get an empty page frame(없으면 뺏어옴. replace)
  3. 해당 페이지를 disk에서 memory로 읽어옴.
     1. disk I/O가 끝나기까지 이 프로세스는 CPU를 preempt 당함(block)
     2. disk read가 끝나면 page table에 entry 기록, valid/invalid bit = “valid”
     3. ready queue에 process를 insert -> dispatch later
  4. 이 프로세스가 CPU를 잡고 다시 running
  5. 아까 중단되었던 instruction을 재개

Performance of Demand Paging

여기서 이 Page fault가 났을 때 disk에 접근 하는 것은 대단히 오래걸리는 작업입니다.

Page Fault Rate(페이지 폴트율) = ( 0<= p <=1.0 )

if p = 0, page fault는 발생하지 않는다.

if p = 1, 매번 참조시마다 발생합니다.

Free frame이 없는 경우

빈 페이지가 없는 경우에는 무언가를 쫓아내야합니다.

이것을 page replacement라고 합니다.

• 어떤 frame을 빼앗아올지 결정해야함
• 곧바로 사용되지 않을 page를 쫓아내는 것이 좋음
• 동일한 페이지가 여러번 메모리에서 쫓겨났다가 다시 들어올 수 있음.

Replacement Algorithm

이 알고리즘은 가능하면 페이지 폴트가 나지 않고,

메모리에서 직접 처리할 수 있게 하면 좋습니다.

또 쫓아 냈더니 바로 참조가 되어서 시간을 많이 뺏기게 되지 않도록

알고리즘을 구성해야합니다.

따라서 Page Fault Rate(페이지 폴트율)을 최소화 하는것이 목표입니다.

Optimal Algorithm

알고리즘 중에서 가장 좋은 것이 Optimal Algorithm입니다.

• MIN(OPT) : 가장 먼 미래에 참조되는 page를 replace

즉 Optimal Algorithm은 미래에 참조될 페이지들을

이미 알고있다는 가정을 합니다.

실제시스템에서는 사용할 수 없지만 그런 점에서 Offline Algorithm이라고도 불립니다.

-참고 KOCW 이화여자 대학교 반효경 교수님 : 운영체제 강의

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