virtual_memory.md

가상 메모리

가상 메모리 등장 배경

• 초창기의 컴퓨터는 사용 가능한 RAM의 용량이 가장 큰 실행 애플리케이션의 주소 공간보다 커야했다. 그렇지 않으면 메모리 부족 때문에 해당 애플리케이션을 실행할 수 없었다.

• 이후 오버레이 기법을 사용하여 메모리 부족 문제를 해결하려고 하였으나, 이 역시 전반적인 메모리 부족 현상을 해결할 수 없었다. 오버레이를 사용하면 그렇지 않은 프로그램보다는 메모리를 덜 사용했지만, 애초에 시스템이 프로그램을 위한 충분한 메모리를 갖추고 있지 않은 경우에는 결국 똑같은 메모리 부족 오류가 발생했다. 즉, 프로그램을 나눈 부분들을 모두 사용한다면 메모리 부족으로 이어진다는 것이다.

• 그래서 등장한 가상 메모리 기법은 애플리케이션을 실행하는 데 얼마나 많은 메모리가 필요한지에 집중하지 않고, 대신 애플리케이션을 실행하는 데 최소한 얼마만큼의 메모리가 필요한가에 집중하여 문제를 해결하고자 했다.

  • 이렇게 애플리케이션의 일부만 메모리(기억장치)에 올려진다면, 메모리에 올라가지 않는 나머지는 어디에 위치해야 할까? -> 보조 기억장치(디스크) 에 위치해야한다.
  • 가상 메모리의 핵심은 이 보조 기억장치에 있다.

오버레이 기법: 용량이 큰 프로그램을 분할 가능한 몇 개의 부분으로 나눈 뒤, 각 부분의 실행이 필요할 때마다 필요한 부분만 주기억장치로 입력시켜 실행할 수 있게 하는 것이다.

가상 메모리란?

메모리 관리 기법의 하나로서 기계에 실제로 이용 가능한 기억자원을 이상적으로 추상화하여 사용자들에게 매우 큰 메모리로 보이게 만드는 것을 말한다. 각 프로그램에 실제 메모리 주소가 아니라 가상의 메모리 주소를 부여하는 방식이다.

이러한 방식은 멀티태스킹 운영체제에서 흔히 사용되며, 실제 주기억장치보다 큰 메모리 영역을 제공하는 방법으로 사용된다. 어떻게 실제 주기억장치보다 큰 메모리 영역을 제공하게 될까?

• 애플리케이션이 실행될 때, 실행에 필요한 일부분만 메모리에 올라가며 애플리케이션의 나머지는 디스크에 남게 된다. 즉, 디스크가 RAM의 보조 기억장치 처럼 작동하는 것이다.
• 결국에 가상 메모리는 빠르고 작은 기억장치(RAM)과 느리고 큰 기억장치(디스크)와 병합하여 하나의 크고 빠른 기억장치(가상 메모리)처럼 동작하게 하는 것이다.

가상적으로 주어진 주소를 가상 주소 또는 논리 주소라고 하며, 실제 메모리 상에서 유효한 주소를 물리 주소 또는 실 주소 라고한다. 가상 주소의 범위를 가상주소공간, 물리 주소의 범위를 물리주소공간이라고 한다.

가상주소공간은 메모리 관리 장치(MMU)에 의해서 물리주소로 변환된다. 이 덕분에 프로그래머는 가상주소공간 상에서 프로그램을 짜기 때문에 프로그램이나 데이터가 주 메모리 상에서 어떻게 존재하는지를 의식할 필요가 없다. 가상 메모리를 구현하기 위해서는 컴퓨터는 메모리 관리 장치(MMU) 를 갖추고 있어야 한다.

요구 페이징: 요구 페이징은 CPU가 요청할 때 프로세스의 데이터를 메모리에 적재시키는 것을 말한다. 즉, 처음부터 모든 데이터를 메모리를 적재하지 않기 때문에 나타난 말이다.

가상 메모리는 크게 나누어 세그먼트(segement)방식과 페이징(paging)방식의 2종류가 존재한다.