운영체제: 가상 메모리

 부족한 메모리를 대신하여, 상대적으로 사용할 수 있는 공간이 큰 보조 저장장치(HDD, SSD)를 사용하는 것이 가상 메모리이다. 한번에 프로그램의 모든 부분을 적재하는 것이 아닌, 현재 작업 처리에 필요한 부분만 적재하는 것과 마찬가지로 메모리가 부족할 경우 사용중이지 않은 부분을 보조 저장장치로 보내어 공간을 확보한다.

 

Demanding Paging

Figure 1. Page table when some pages are not in main memory.

  Demanding Paging은 그림 2와 같이 페이지 테이블의 valid/invalid를 통해 판단되어 page in을 할지 결정된다. 예를 들어, 페이지 테이블의 valid인 경우 메모리에 접근하고자 하는 정보가 할당된 상태여서 page in을 할 필요가 없다. 이와 달리 메모리에 접근하고자 하는 정보가 존재하지 않으면, page in을 통해 데이터를 불러 온다.

 

Page Fault

Figure 2. Steps in handling a page fault.

 접근하고자 하는 페이지가 없을 경우 처리되는 과정은 그림 2와 같다.

1. 페이지 테이블의 valid bit를 통해 접근하고자 하는 페이지가 메모리에 존재하는지 확인
2. valid bit가 0이라면 trap을 통해 운영체제로 접근함
3. 운영체제는 해당하는 페이지를 보조 저장장치에서 탐색함
4. 메모리에 해당 페이지를 할당함
5. 할당된 페이지에 대한 정보를 페이지 테이블에 갱신함
6. 다시 명령어를 실행함

 

Page Replacement

Figure 3. Page Replacement.

 Page Fault가 발생하여, 지속적으로 메모리 공간을 할당하다보면 더 이상 메모리에 사용할 공간이 없는 경우가 생길 것이다. 이 때, page out되는 page인 victim page를 선택하여야 한다. 선택 조건은 알고리즘에 따라 다르겠지만 일반적으로 값이 수정되지 않거나 사용하지 않는 page를 교체한다. 이와 같은 경우는 값의 수정이 있는 페이지를 교체할 경우 page out을 위해 보조 저장장치의 쓰기가 필요하기에 쓰기가 필요 없어 단순히 메모리 할당을 해제하는 것보다 오버헤드가 크다. (페이지 데이터의 수정 여부 확인은 valid-invalid bit와 같이 modified bit를 추가하여 수정 여부를 확인할 수 있다.)