[4과목 프로그래밍 언어 활용] 응용 SW 기초 기술 활용 - 155. ⭐ 가상기억장치 기타 관리 사항

1. ⭐ 페이지 크기

1) 페이지 크기가 작을 경우

• 페이지 단편화 감소
• 한 개의 페이지를 주기억장치로 이동하는 시간이 줄어듦
• 불필요한 내용이 주기억장치에 적재될 확률이 적으므로 효율적인 워킹 셋을 유지
• Locality에 더 일치할 수 있기 때문에 기억장치 효율이 높아짐
• 페이지 정보를 갖는 페이지 맵 테이블의 크기가 커지고, 매핑 속도가 늦어짐
• 디스크 접근 횟수가 많아져서 전체적인 입 · 출력 시간이 늘어남

2) 페이지 크기가 클 경우

• 페이지 정보를 갖는 페이지 맵 테이블의 크기가 작아지고, 매핑 속도가 빨라짐
• 디스크 접근 횟수가 줄어들고 전체적인 입 · 출력 효율성이 증가
• 페이지 단편화 증가
• 한 개의 페이지를 주기억장치로 이동하는 시간이 늘어남
• 프로세스(프로그램) 수행에 불필요한 내용까지도 주기억장치에 적재될 수 있음

 

2. ⭐ Locality (국부성, 지역성, 구역성, 국소성)

• 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질이 있다는 이론
• 스래싱을 방지하기 위한 워킹 셋 이론의 기반
• 프로세스가 집중적으로 사용하는 페이지를 알아내는 방법 중 하나 → 가상기억장치 관리의 이론적인 근거
• 데닝(Denning)교수에 의해 구역성의 개념이 증명되었으며 캐시 메모리 시스템의 이론적 근거

1) 시간 구역성(Temporal Locality)

• 프로세스가 실행되면서 하나의 페이지를 일정 시간 동안 집중적으로 액세스 하는 현상
• 한 번 참조한 페이지는 가까운 시간 내에 계속 참조할 가능성이 높음을 의미
• 시간 구역성이 이루어지는 기억 장소 : Loop(반복, 순환), 스택(Stack), 부 프로그램(Sub Program), Counting(1씩 증감), 집계(Totaling)에 사용되는 변수(기억장소)

2) 공간 구역성(Spatial Locallity)

• 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스 하는 현상
• 어느 하나의 페이지를 참조하면 그 근처의 페이지를 계속 참조할 가능성이 높음을 의미
• 공간 구역성이 이루어지는 기억장소 : 배열 순회(Array Traversal, 배열순례), 순차적 코드 실행, 프로그래머들이 관련된 변수(데이터를 저장할 기억자소)들을 서로 근처에 선언하여 할당되는 기억장소, 같은 영역에 있는 병수를 참조할 때 사용

 

3. ⭐ 워킹 셋(Working Set)

• 프로세스가 일정 시간동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
• 데닝(Denning)이 제안한 프로그램의 움직임에 대한 모델
• 프로그램의 Locality 특징을 이용
• 자주 참조되는 워킹 셋을 주기억장치에 상주시킴으로써 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어들어 프로세스의 기억장치의 사용이 안정됨
• 시간이 지남에 따라 자주 참조하는 페이지들의 집합이 변화하기 때문에 워킹 셋은 시간에 따랑 변경됨

 

4. 페이지 부재 빈도 방식

• 프로세스 실행 시 참조할 페이지가 주기억장치에 없는 현상
• 페이지 부재 빈도(PFF; Page Fault Frequency) : 페이지 부재가 일어나는 횟수
• 페이지 부재율(Page Fault Rate)에 따라 주기억장치에 있는 페이지 프레임의 수를 늘리거나 줄여 페이지 부재율을 적정 수준으로 유지하는 방식
• 운영체제는 프로세스 실행 초기에 임의의 페이지 프레임을 할당하고, 페이지 부재율을 지속적으로 감시하다가 주재율이 상한선을 넘어가면 좀 더 많은 페이지 프레임을 할당하고, 부재율이 하한선을 넘어가면 페이지 프레엠을 회수하는 방식

5. 프리페이징 (Prepaging)

• 처음의 과도한 페이지 부재를 방지하기 위해 필요할 것 같은 모든 페이지를 한꺼번에 페이지 프레임에 적재하는 기법
• 기억장치에 들어온 페이지들 중에서 사용되지 않는 페이지가 많을 수도 있음

 

6. ⭐ 스래싱 (Thrashing)

• 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아지는 현상
• 다중 프로그래밍 시스템이나 가상기억장치를 사용하는 시스템에서 하나의 프로세스 수행 과정 중 자주 페이지 부재가 발생함으로써 나타나는 현상
• 전체 시스템의 성능 저하
• 다중 프로그래밍의 정도가 높아짐에 따라 CPU의 이용률은 어느 특정 시점까지는 높아지지만, 다중 프로그래밍의 정도가 더욱 커지면 스래싱이 나타나고, CPU의 이용률을 급격히 감소

💡 스래싱 현상 방지 방법

• 다중 프로그래밍의 정도를 적정 수준으로 유지
• 페이지 부재 빈도(Page Fault Frequency)를 조절하여 사용
• 워킹 셋을 유지
• 부족한 자원을 증설, 일부 프로세스 중단
• CPU 성능에 대한 자료의 지속적 관리 및 분석으로 임계치를 예상하여 운영

 

 

 

📖 Reference

2023 시나공 정보처리기사 필기 : 네이버 도서