가상메모리

1. 가상메모리의 개념과 필요성

가. 가상메모리의 개념

- 실제 물리적 메모리의 크기와 관계없이 프로세스마다 연속적이고 독립된 메모리 공간 제공하기 위한 관리 기법

 

나. 가상메모리의 필요성

필요성	설명
메모리 확장성	- 디스크 공간 일부를 메모리처럼 사용
프로세스 독립성	- 다른 프로세스의 메모리에 접근 불가
효율적 메모리 사용	- 자주 사용하는 데이터만 메모리에 올림
프로그램 주소 충돌 방지	- 같은 주소 써도 내부적으로는 다른 물리 주소 매핑

- 디스크 활용하여 메모리 확장하고 프로세스 간 메모리 보호 및 관리 향상

 

2. 가상메모리의 관리기법

가. 가상메모리 관리 기법

구분	관리 기법	설명
호출	- 지연 호출	- 실제 필요한 시점에 메모리에 로드
	- 선행 호출	- 자주 사용 페이지 미리 메모리에 로드
배치	- 최초 적합	- 처음 발견한 충분한 크기에 배치
	- 최적 적합	- 크기가 가장 딱 맞는 공간에 배치
	- 최악 적합	- 가장 큰 공간에 배치
할당	- 정적 할당	- 프로그램 시작 시 메모리 크기 고정
	- 동적 할당	- 실행 도중 필요한 만큼 메모리 할당 또는 반환
	- 연속/비연속 할당	- 한번에 연속된 메모리 공간에 할당 - 여러 조각으로 나누어 할당
교체	- FIFO	- 가장 먼저 메모리에 들어온 페이지 제거
	- LRU	- 가장 오래 전에 사용된 페이지 제거
	- OPT (Optimal)	- 가장 오래 사용되지 않을 페이지 제거
	- Clock (Second Chance)	- FIFO 개선형, 사용 비트 체크로 기회 제공

 

나. 구현 기법

구분	기법	설명
주소 변환 방식	페이징	- 고정 크기 페이지 단위로 물리 메모리에 매핑 - 페이지 테이블 관리, 외부 단편화 방지
	세그멘테이션	- 가변 크기의 세그먼트 단위로 분할 - 내부 단편화 줄일 수 있음
	페이징 + 세그멘테이션	- 세그먼트를 페이지로 나눠 관리 - 유연성과 효율성 동시 확보
보조기억장치	스와핑	- 전체 프로세스를 디스크와 교체
	요구 페이징	- 실제 접근 시에만 페이지 메모리로 로딩
	페이지 교체 알고리즘	- FIFO, LRU등 페이지 교체

 

 

3. 가상메모리 사용 시 문제점과 해결방안

문제점	설명	해결방안
페이지 폴트	- 필요한 페이지가 메모리에 없을 때 - 디스크에서 데이터 가져와 성능 저하	- 요구 페이징 최적화 - 선행 페이징 적용
스레싱	- 페이지 폴트가 너무 자주 발생하여 CPU가 페이지 교체에만 몰두하는 현상	- 다중 프로그래밍 수준 제어로 프로세스 수 감소
주소 변환 지연	- 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 과정이 복잡하여 속도 저하	- TLB(Translation Lookaside Buffer) 사용 - 주소 변환 캐시 최적화
메모리 단편화	- 비효율적 메모리 할당으로 사용 가능한 메모리가 줄어드는 현상	- 페이징 기법 사용으로 외부 단편화 해결 - 세그멘테이션 조합으로 내부 단편화 해결