가상 메모리의 전체적인 흐름이 이게 맞을까요.

Question

가상 메모리의 전체적인 그림이 머릿속에 그려지지 않아 여러 자료를 찾아보면서 따로 공부를 해보았는데, 제가 이해한 내용이 맞을지 여쭤보고 싶어서 질문 글 남겼습니다. 짧게 적기 힘든 내용이라 좀 길게 적게된 것 같은데 양해부탁드립니다...ㅠ _______________________________________________________ 가상 메모리란 실행하고자하는 프로그램의 일부만을 메모리에 적재하여 물리 메모리보다 더 큰 프로그램을 실행시킬 수 있게 하는 기술로, 메모리가 실제 메모리보다 많아 보이게 하는 기술을 말한다. 페이징 기법을 기준으로 설명하자면, 물리 메모리를 프레임이란 단위로 나누고, 가상 메모리를 페이지란 단위로 나누어 관리한다. ( 페이지의 크기 = 프레임의 크기 ) 이때, 어떤 프로세스의 어떤 페이지가 어떤 프레임에 할당되어 있는지를 알기 위해 페이지 테이블이란 것을 활용하게 되고, MMU가 이러한 페이지 테이블을 기반으로 가상 주소와 물리 주소를 매핑해주게 된다. ( 페이지 테이블은 RAM에 저장되어 있다. ) 근데 페이지 테이블이 RAM에만 존재하게 된다면, 물리 주소로 접근하기 위해 (페이지 테이블을 참조하기 위해 한 번 + 프레임에 있는 페이지를 참조하기 위해 한 번) 총 두 번을 메모리에 접근하게 되는 현상이 발생한다. => 시간이 두 배로 걸려 비효율적 따라서 우리는 MMU안에 TLB라는 자주 참조하는 페이지 테이블을 위한 캐시를 따로 두고, 대부분의 메모리 접근을 한 번으로 처리할 수 있도록 한다. ( CPU가 접근하려는 논리 주소가 TLB에 존재하는 경우 메모리 접근 한 번만으로 처리가 가능 ) 참조 과정에서 만약 페이지 테이블의 유효비트가 0인 페이지에 접근하고자 하는 경우( 현재 물리 메모리에 적재되어있지 않은 페이지인 경우 = disk의 스왑 영역에 존재하는, swap out 되어있는 페이지인 경우) 페이지 폴트라는 인터럽트가 발생되게 된다. 그럼 운영체제는 잠시 동작을 멈추고 페이지 폴트 처리 루틴을 통해 ( swap out, swap in 과정 ) 스왑 영역으로부터 필요한 페이지를 물리 메모리에 적재시킨 후, 페이지 테이블의 유효 비트를 1로 바꾸어주게 된다. cpu가 다시 작업을 시작하고, cpu는 해당 페이지에 접근이 가능하게 된다. 가상메모리는 위와 같은 일련의 과정을 통해 마치 페이지 폴트가 일어나지 않은 것처럼( 실제 메모리보다 큰 메모리를 가지고 있는 것처럼 ) 작동할 수 있게 해준다. 다만 결국 스와핑이라는 작업 또한 어느 정도 시간이 걸리는 작업이기 때문에, 페이지 폴트 인터럽트가 너무 자주 발생되는 경우에는 스레싱이 일어나게 된다. _________________________________________________________ 해당 강의에서 나온 개념들이 이런 식으로 이어지는 것이 맞을까요? 추가적으로 4:30초 부터 나오는 내용에서 3번 항목이 이해가 안됩니다... 아래와 같이 이해해도 될까요. (가상메모리에 페이지가 존재하는지 확인하고) => 유효 비트를 확인하여 해당 페이지가 실제 RAM에 적재되어 있는지를 확인한다. (물리 메모리에 비어 있는 프레임이 있는지 찾습니다.) => 물리 메모리에 필요한 페이지를 swap in하기 위해 빈 공간이 있는지 찾는 과정. (물리 메모리에도 없다면 스와핑이 발동됩니다.) => 물리 메모리에 빈 공간이 없다면 적재되어있는 다른 페이지를 swap out 시킴. 이 과정에서 무엇을 swap out 시킬지는 OS가 결정. 이렇게 페이지를 로드(swap in)하고 페이지 테이블을 최신화 -> cpu 작업을 다시 시작.

큰돌 · Answer

안녕하세요 승우님 ㅎㅎ   가상 메모리란 실행하고자하는 프로그램의 일부만을 메모리에 적재하여 물리 메모리보다 더 큰 프로그램을 실행시킬 수 있게 하는 기술로, 메모리가 실제 메모리보다 많아 보이게 하는 기술을 말한다. >> 네 맞습니다. 페이징 기법을 기준으로 설명하자면, 물리 메모리를 프레임이란 단위로 나누고, 가상 메모리를 페이지란 단위로 나누어 관리한다. ( 페이지의 크기 = 프레임의 크기 ) >> 아닙니다. 페이지의 크기 != 프레임의 크기입니다. 페이지는 메모리의 가상주소 공간의 청크(어떤 부분), 프레임은 메모리의 실제주소 공간의 청크(어떤 부분)을 의미합니다. 예를 들어 페이지는 프레임에 의해 지원되지 않을 수 있습니다. 접근자체가 안될 수 있고 메모리가 부족할 수도 있습니다.   이때, 어떤 프로세스의 어떤 페이지가 어떤 프레임에 할당되어 있는지를 알기 위해 페이지 테이블이란 것을 활용하게 되고, MMU가 이러한 페이지 테이블을 기반으로 가상 주소와 물리 주소를 매핑해주게 된다. ( 페이지 테이블은 RAM에 저장되어 있다. ) >> 네. 맞습니다. 근데 페이지 테이블이 RAM에만 존재하게 된다면, 물리 주소로 접근하기 위해 (페이지 테이블을 참조하기 위해 한 번 + 프레임에 있는 페이지를 참조하기 위해 한 번) 총 두 번을 메모리에 접근하게 되는 현상이 발생한다. => 시간이 두 배로 걸려 비효율적 따라서 우리는 MMU안에 TLB라는 자주 참조하는 페이지 테이블을 위한 캐시를 따로 두고, 대부분의 메모리 접근을 한 번으로 처리할 수 있도록 한다. ( CPU가 접근하려는 논리 주소가 TLB에 존재하는 경우 메모리 접근 한 번만으로 처리가 가능 ) 참조 과정에서 만약 페이지 테이블의 유효비트가 0인 페이지에 접근하고자 하는 경우( 현재 물리 메모리에 적재되어있지 않은 페이지인 경우 = disk의 스왑 영역에 존재하는, swap out 되어있는 페이지인 경우) 페이지 폴트라는 인터럽트가 발생되게 된다. 그럼 운영체제는 잠시 동작을 멈추고 페이지 폴트 처리 루틴을 통해 ( swap out, swap in 과정 ) 스왑 영역으로부터 필요한 페이지를 물리 메모리에 적재시킨 후, 페이지 테이블의 유효 비트를 1로 바꾸어주게 된다. cpu가 다시 작업을 시작하고, cpu는 해당 페이지에 접근이 가능하게 된다. 가상메모리는 위와 같은 일련의 과정을 통해 마치 페이지 폴트가 일어나지 않은 것처럼( 실제 메모리보다 큰 메모리를 가지고 있는 것처럼 ) 작동할 수 있게 해준다. >> 네 맞습니다. 다만 결국 스와핑이라는 작업 또한 어느 정도 시간이 걸리는 작업이기 때문에, 페이지 폴트 인터럽트가 너무 자주 발생되는 경우에는 스레싱이 일어나게 된다. >> 네 맞습니다. (가상메모리에 페이지가 존재하는지 확인하고) => 유효 비트를 확인하여 해당 페이지가 실제 RAM에 적재되어 있는지를 확인한다. (물리 메모리에 비어 있는 프레임이 있는지 찾습니다.) => 물리 메모리에 필요한 페이지를 swap in하기 위해 빈 공간이 있는지 찾는 과정. (물리 메모리에도 없다면 스와핑이 발동됩니다.) => 물리 메모리에 빈 공간이 없다면 적재되어있는 다른 페이지를 swap out 시킴. 이 과정에서 무엇을 swap out 시킬지는 OS가 결정. 이렇게 페이지를 로드(swap in)하고 페이지 테이블을 최신화 -> cpu 작업을 다시 시작. (가상메모리에 페이지가 존재하는지 확인하고) => 유효 비트를 확인하여 해당 페이지가 실제 RAM에 적재되어 있는지를 확인한다. >> 가상메모리에 페이지가 존재하는지는 페이지만을 확인하는 것입니다. 실재 RAM에 적재되어있는 것을 확인하는 것은 아닙니다. (물리 메모리에 비어 있는 프레임이 있는지 찾습니다.) => 물리 메모리에 필요한 페이지를 swap in하기 위해 빈 공간이 있는지 찾는 과정. >> 이 때 실제 RAM의 프레임이 적재되어있는지를 확인. (물리 메모리에도 없다면 스와핑이 발동됩니다.) => 물리 메모리에 빈 공간이 없다면 적재되어있는 다른 페이지를 swap out 시킴. 이 과정에서 무엇을 swap out 시킬지는 OS가 결정. >> 네 맞습니다. 이렇게 페이지를 로드(swap in)하고 페이지 테이블을 최신화 -> cpu 작업을 다시 시작. >> 네 맞습니다. 또 질문 있으시면 언제든지 질문 부탁드립니다. 좋은 수강평과 별점 5점은 제가 큰 힘이 됩니다. :) 감사합니다. 강사 큰돌 올림.