CS/정보처리산업기사

운영체제 기초 활용 - 기억 장치

jjh0119 2025. 3. 21. 16:46

01. 기억 장치의 계층 구조

  • 컴퓨터 시스템의 기억 장치는 디스크나 테이프 같은 보조 기억 장치와 주기억 장치 그리고 캐시 기억 장치 및 CPU 레지스터들이 계층적으로 구성되어 있다.
  • 대체로 하위 계층의 보조 기억 장치는 상위의 기억 장치보다 가격은 싸지만 용량이 크다.
  • 데이터와 프로그램은 보조 기억 장치에 저장되며 실행되기 위해서는 주 기억 장치로 적재되어야 한다.
  • 자주 쓰이는 프로그램이나 데이터는 CPU에서 접근이 빠른 고속 및 고가의 주기억 장치나 캐시 기억 장치에 배치한다.
  • 주기억 장치에 적재된 프로그램은 CPU 내의 레지스터로 이동하여 처리한다
  • 레지스터는 CPU내에 있는 고속의 기억장치로 CPU 동작에 필요한 내용을 기억한다.

02. 가상 기억 장치

  • 주기억장치보다 용량이 큰 프로그램을 실행하기 위해 보조 기억 장치의 일부를 주기억 장치처럼 사용하는 개념이다.
  • 컴퓨터 시스템의 주기억 장치 용량보다 더 큰 저장 용량을 주소로 지정할 수 있도록 해준다.
  • 다중 프로그래밍의 효율을 높일 수 있다.
  • 프로그램 실행 시 주소변환 작업이 필요하다.
  • 페이징과 세그먼테이션 기법을 이용하여 가상 기억 장치를 구현할 수 있다.

1) 페이징 기법

  • 프로그램과 주기억 장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 적재시켜 실행하는 기법이다.
  • 프로그램을 일정한 크기로 나눈 단위를 페이지라고 한다.
  • 내부 단편화가 발생할 수 있다.

2) 세그먼테이션 기법

  • 다양한 크기의 논리적인 단위로 나눈 후 적재시켜 실행시키는 기법이다.
  • 프로그램을 논리적인 크기로 나눈 단위를 세그먼트라고 한다.
  • 외부 단편화가 발생할 수 있다.

단편화

  • 주기억 장치의 연속된 영역을 할당할 경우에 사용되지 않고 낭비되는 부분적인 기억 공간을 의미한다.
  • 주기억 장치에서 빈번하게 기억장소가 할당되고 반납됨에 따라 기억장소들이 조각들로 나누어지는 현상을 의미한다.
  • 내부 단편화 : 분할된 영역이 할당된 프로그램의 크기보다 커서 프로그램이 할당된 후 남아있는 빈 공간
  • 외부 단편화 : 분할된 영역이 할당된 프로그램의 크기보다 작아서 프로그램이 할당되지 못해 사용되지 않는 공간

03. 주기억 장치 관리 정책

1) 반입 정책

  • CPU에 의해 실행되거나 참조되기 위해서 주기억 장치로 적대할 프로그램이나 자료를 언제 가져 올 것인가를 결정하는 정책이다.
  • 요구 반입과 예상 반입이 있다

2) 배치 정책

  • 프로그램이나 데이터를 주기억 장치의 어디에 위치시킬 것인가를 결정하는 전략이다.
  • 최초 적합(First Fit) : 첫 번째 분할 영역에 배치
  • 최적 적합(Best Fit) : 단편화를 가장 작게 남기는 분할 영역에 배치
  • 최악 적합(Worst Fit) : 단편화를 가장 많이 남기는 분할 영역에 배치

3) 교체 전략

  • 새로 주기억 장치에 배치되어야 할 프로그램이 들어갈 장소를 마련하기 위해 어떤 프로그램이나 데이터를 제가할 것인지 결정하는 전략
  • OPT : 앞으로 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지를 교체하는 기법
  • FIFO : 가장 먼저 들어와서 가장 오래 있었던 페이지를 교체하는 기법
  • LRU : 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법
  • NUR : 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법, 참조 비트와 변형 비트가 사용됨

페이지 부재

  • 가상 기억 장치 시스템에서 가상 페이지 주소를 사용하여 데이터를 접근하는 프로그램이 실행 될 때, 프로그램에서 접근하려고 하는 페이지가 주기억 장치에 존재하지 않는 경우 발생하는 현상

4) 주요 용어

스래싱

  • 가상 기억 장치에서 어떤 프로세스가 충분한 프레임을 갖지 못하여 페이지 교환이 계속적으로 발생하여 전체 시스템의 성능이 저하되는 현상을 의미한다
  • 페이지 부재가 계속 발생되어 프로세스가 수행되는 시간보다 페이지 교체에 소비되는 시간이 더 많은 경우이다.

구역성

  • 프로세서들은 기억장치 내의 정보를 균일하게 액세스 하는 것이 아니라 ,어느 한순간에 특정 부분을 집중적으로 참조하는 경향이 있다.
  • 프로그램이 실행되는 과정에서 발생하는 기억 장치 참조는 한순간에는 아주 지역적인 일부 영역에 대하여 집중적으로 이루어 진다는 성질을 의미한다.
  • 시간 구역성 : 나의 페이지를 일정 시간동안 집중적으로 접근하는 현상을 의미한다.
  • 공간 구역성 : 기억장소가 참조되면 그 근처의 기억장소가 다음에 참조되는 경향이 있음을 나타내는 이론이다.