운영체제 정리 - Virtual Memory
배경
실행 순간에 필요한 것만 메모리에 올려 놓음으로 메모리 활용성이 높일 수 있고 가상 메모리를 통해 이를 실현할 수 있다. 
가상 주소를 통해 사용하여 실제 메모리 크기보다 큰 저장공간을 메모리 공간처럼 사용할 수 있다.
가상 메모리를 이용한 공유 라이브러리
stack과 heap사이의 메모리 공간을 공유 라이브러리의 공간으로 사용할 수 있다
Demand Paging
프로세스의 메모리 페이지를 필요한 시점에 물리적 메모리에 올리는 방법
Page Fault
demand paging 기법을 통해 필요한 것만 메모리에 올리다 보면 참조해야 하는 논리적 주소가 물리적 주소에 존재하지 않는 상황이 발생할 수 있음 그리고 이러한 상황이 page fault
page fault의 처리
valid-invalid 비트를 통해 메모리에 존재하는지를 확인한 다음 존재하지 않는다면 OS에 제어권이 넘어가 backing store에서 정보를 가져와 메모리에 올린다음 page table을 최신화하여 다시 시도한다
Free-Frame List
page fault를 대비하여 대부분의 OS에서는 사용 가능한 물리 메모리를 유지한다
Copy-On-Write
fork를 통해 프로세스를 복제할 때는 같은 물리 메모리를 갖고 이후에 수정되는 것은 새로운 메모리를 가진다
Page Replacement
메모리가 가득 찼을 때 필요한 페이지를 메모리로 옮기기 위해 메모리에 있는 페이지를 제거하는 것, 이때 어떤 페이지를 제거할지에 대해 여러가지 전략들이 있다
First-In-First-Out(FIFO)
가장 간단한 방법으로, 가장 빨리 들어온 것이 가장 빨리 나가는 전략이다
특이한 점으로 frame 크기에 비례하여 page fault가 감소하지 않는다. 오히려 늘어 날 수도 있다 이 현상을 Belady’s Anomaly라 한다
Optimal
가장 이상적인 전략으로 앞으로 가장 나중에 사용될 페이지를 제거하는 전략이다. 하지만 실제로는 미래를 예측하기 어렵기 때문에 사용하기 어렵다
Least Recently Used(LRU)
가장 마지막에 사용된 페이지를 제거하는 전략이다. FIFO보단 효율적이고 Optimal보단 비효율적이다.
LRU구현
LRU를 구현하기 위한 두 가지 방법이 있다
** 계수기**를 통해 각 페이지가 사용된 시각을 기록하여 가장 오래된 페이지를 제거하는 방법
Stack 자료구조를 이용하여 사용할 때마다 top으로 올리고 bottom에 있는 페이지를 제거하는 방법
LRU-Approximation
LRU 방식을 구현하려면 보통 추가적인 하드웨어 장치가 필요하기 때문에 추가적인 Reference bit를 이용하여 LRU와 비슷하지만 조금은 완화된 방식을 많이 사용한다
LRU-Approximation 방법 종류
- second-Chance
- Enhanced Second-Chance
- Additional-Reference-Bits
Second-Chance
최근에 참조가 되었으면 page의 참조비트를 1로 set한다. page replacement가 필요할 때 페이지를 순회하며 참조 비트가 0(최근에 참조되지 않음)이면 선정하고 1(최근에 참조됨)이면 0으로 바꾸고 지나친다.
Enhanced Second-Chance
참조 비트외에 수정 비트를 추가하여 페이지의 수정여부도 확인하여 victim을 선정하는 방법
Additional-Reference-Bits
8개의 비트를 이용하여 최근 사용되었는지를 표시하고 가장 낮은 숫자를 가진 페이지를 제거한다 ex) 00000000 - 최근에 사용x, 우선순위가 가장 높음 10000000 - 가장 최근에 사용됨 01000000 - 최근에 사용되었지만 위보단 교체 우선순위가 높음 제거 우선순위 : 00000000 > 01000000 > 10000000