가상 메모리 페이지 교체 편집하기

가상 메모리 페이지 교체는 운영체제의 가상 메모리 관리 기법 중 하나로, 물리 메모리(프레임)가 가득 찼을 때 새로운 페이지를 적재하기 위해 기존 페이지 중 일부를 제거하는 과정이다. 페이지 교체는 '''페이지 부재(page fault)''' 발생 시 메모리 효율을 유지하기 위해 필수적으로 수행된다.
==개념==
*가상 메모리 시스템에서는 실제 메모리보다 큰 주소 공간을 사용할 수 있다.
*프로세스가 참조한 페이지가 물리 메모리에 없으면 페이지 부재 발생
*이때 새로운 페이지를 적재할 공간이 없다면, 기존 페이지 중 하나를 교체해야 한다
*어떤 페이지를 교체할지를 결정하는 것이 [[페이지 교체 알고리즘]]의 역할이다
==페이지 교체 과정==
#프로세스가 아직 메모리에 없는 페이지를 참조함
#페이지 폴트 발생 → 운영체제가 처리 개입
#프레임에 여유 공간이 없는 경우 교체 대상 페이지 선정
#대상 페이지가 수정되었으면 디스크에 기록
#새 페이지를 디스크에서 메모리로 적재
#페이지 테이블 갱신
==교체 알고리즘==
가상 메모리의 페이지 교체는 다양한 알고리즘에 의해 수행되며, 대표적인 알고리즘은 다음과 같다:
*[[FIFO (페이지 교체 알고리즘)]]
**가장 먼저 들어온 페이지 제거

*[[LRU (페이지 교체 알고리즘)]]
**가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지 제거

*[[LFU (페이지 교체 알고리즘)]]
**참조 횟수가 가장 적은 페이지 제거

*[[OPT (최적 페이지 교체)]]
**앞으로 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지 제거 (이론적 최적 기준)

*[[Clock 알고리즘]]
**LRU 근사 알고리즘으로 하드웨어 구현에 적합

*[[NUR (페이지 교체 알고리즘)]]
**최근 사용 여부와 수정 여부(R/M 비트)를 이용한 간단한 근사 알고리즘
** SCR(Second Chance Replacement)라고도 한다.
** LRU의 개선 기법
** 참조 비트와 변형 비트를 이용하여 두번 연속 사용되지 않을 경우 삭제
* MFU(Most Frequency Used)
** 가장 빈번하게 사용된 페이지를 교체
** [[구역성|구역성(Locality)]]에 반하는 것으로, 거의 사용되지 않는다.
==성능 기준==
*페이지 폴트 수
*디스크 I/O 횟수
*CPU 부하
*캐시 지역성 활용도
==[[벨라디의 역설]]==
*[[FIFO]] 알고리즘에서는 프레임 수를 늘렸는데도 페이지 폴트가 증가하는 '''비정상적인 현상'''이 발생할 수 있음
*[[LRU]], [[OPT]]에서는 발생하지 않음
==목적==
*한정된 물리 메모리를 효율적으로 관리
*프로그램의 메모리 접근 지역성(locality)을 최대한 활용
*전체 시스템의 응답성과 처리량 향상
==같이 보기==
*[[가상 메모리]]
*[[페이지 교체 알고리즘]]
*[[페이지 폴트]]
*[[스와핑]]
*[[프레임]]
*[[벨라디의 역설]]
==참고 문헌==
*Silberschatz, A., Galvin, P. B., & Gagne, G. (2020). Operating System Concepts. Wiley
*Tanenbaum, A. S., & Bos, H. (2014). Modern Operating Systems. Pearson
[[분류:운영체제]]