가상 메모리라는 것은 프로세스 전체가 메모리 내에 올라오지 않더라도 실행이 가능하도록 하는 기법이다.
- 장점
- 사용자 프로그램이 물리 메모리보다 커져도 된다.
- 파일의 공유를 쉽게 해준다.
- 공유 메모리 구현을 가능하게 한다.
- 단점
- 가상 메모리를 구현하는 것이 어렵다
- 성능이 저하될 수 있다
- 프로세스가 메모리에 저장되는 논리적인 모습을 말한다.
- 아래 그림과 같이 보통 0번지에서 시작하여 연속적인 공간을 차지한다.
- 물리적인 페이지 프레임을 논리적인 페이지로 사상(매핑)하는 일을 한다.
- 실행 프로그램을 디스크에서 메모리로 적재할 때 프로그램의 전부를 물리 메모리에 적재하는 것이 아니라 필요한 페이지만을 적재하는 전략을
Demand Paging이라 한다. - 요구 페이징을 사용하는 가상 메모리에서는 페이지들이 실행과정에서 실제로 필요해 질 때 적재된다.
- 한번도 접근되지 않은 페이지는 물리 메모리에 적재되지 않는다.
- 스왑퍼는 전체 프로세스를 관리하는 반면 페이저는 프로세스 내의 개별 페이지들을 관리하기 때문에
Demand Paging과 관련해서는 스왑퍼보다는 페이저라는 용어를 사용한다.
Demand Paging의 장점
- I/O 양의 감소: 프로그램에서 잘 발생하지 않는 오류 상황을 처리하는 코드가 메모리에 올라가지 않아도 된다.
- Memory 사용량 감소
- 더 많은 사용자 수용: 각 사용자 프로그램이 더 작은 메모리만 차지하므로
- 응답 시간은 늘어나지 않으면서 CPU이용률과 처리율이 높아진다.
Valid-Invalid bit
- 어느 페이지가 메모리에 올라와 있는지 구별할 수 있도록 페이지 테이블에서 사용하는 비트
- Valid
- 해당 페이지가 메모리에 올라와 있는 상태
- Invalid
- 사용되지 않는 주소 영역인 경우
- 페이지가 물리적인 메모리에 없는 경우
- 처음에는 페이지 테이블의 모든 page entry가 Invalid로 초기화
- 주소 변환시에 Invalid로 셋팅된 경우 Page Fault 발생
- 프로세스가 메모리에 올라와 있지 않은 페이지를 접근할 때를
Page Fault라고 한다.
Page Fault 처리 과정
- Invalid page에 접근하면 MMU가 trap을 발생시킨다. (Page Fault Trap)
- Kernel mode로 변경 후 page fault handler가 호출된다.
- 유효한 참조인지 검사한다.(잘못된 주소, 접근권한 위반)
- 유효한 참조가 아니라면 프로세스를 중단한다.
- 비어 있는 페이지 프레임을 가져온다. (없다면 뺏어야 한다.)
- 요청 페이지를 디스크에서 메모리로 읽어온다
- 디스크 입출력이 끝나기까지 이 프로세스는 CPU를 선취당하고 block상태가 된다.
- 디스크 입출력이 끝나면 페이지 테이블에 엔트리를 기록하고 valid-Invalid bit를 valid로 세팅한다.
- ready 큐에서 대기하다가 CPU를 할당 받는다.
- 중단되었던 instruction을 다시 실행한다.
