Virtual Memory Management - Virtual memory, Demand Paging, Page fault,

Virtual Memory Management

Virtual Memory

Definition : Physical memory 공간을 logical memory공간으로 실제 크기보다 더 큰 크기를 가지는 것처럼 사용할 수 있게 해준다. physical memory에 프로그램이 적재될 공간이 없을 때 swap out되는 memory를 의미한다.

- 실행되기 위한 프로그램의 일부만 메모리에 존재

- Logical address 공간은 Physical address 공간보다 큼

- Page를 swap in, swap out 하는 것이 필요하다.

Demand Paging

Definition : 필요할 때만 page를 메모리로 가져오는 방법

-> 필요하지 않은 page는 physical memory로 로드되지 않는다.

- Page table에는 Invalid, valid bit가 존재한다.

- 초기에는 invalid bit는 0으로 초기화되있으며, page에 대한 요청이 있을 때 valid이면 page가 memory에 존재한다는 의미로 page hit가 발생하고, invalid상태라면 page fault가 발생한다.

- Page fault가 발생한 경우, swap in(paging in)을 통해 memory에 page를 올리고 page entry에 frame을 삽입 후 valid 상태로 바꿔준다.

Swapper vs Pager

1) Swapper

- 전체 prcoess에 대한 swap을 진행한다.

2) Pager(Lazy swapper)

- 필요한 page가 생길때까지 page를 swap하지 않는다.

- Page단위로 swap을 조정한다.

Page Fault Trap(Page Fault handling)

- Page fault : Page를 요청했을 때 invalid bit로 설정되어 있어 memory에 page가 없는 상태를 의미한다.

- Page fault trap 과정

1) OS가 PCB의 page table을 확인하여 bad address인지, Protection 위반인지, 단순히 메모리에 없는 page인지 확인한다. -> bad address나 protection 위반의 경우 요청을 취소한다.

2) 단순히 메모리에 없는 경우 빈 frame을 찾는다.

3) Frame으로 page를 swap한다.(swap하는 동안 process는 waiting state가 된다.)

4) page table을 update한다.

5) valid bit를 valid로 바꾼다.

6) page fault가 일어난 명령어부터 다시 실행한다.

Pure Paging

- page가 요청되기 전까지 swap in되지 않으므로 프로그램이 실행될 때 memory에는 page가 존재하지 않는다.

-> 모든 page를 참조해야 하기 때문에 많은 page fault가 발생한다.

- Memory의 reference locality(참조 지역성)을 이용하여 인접한 부분에 대해 memory에 같이 올려 page fault의 발생을 줄일 수 있다.

Demand Paging Performance

- Page fault rate : p(0 ≤ p < 1.0)

-> p : 0, page fault가 발생하지 않음

-> p : 1, 모든 참조에서 page fault 발생

- EAT(Effective Access Time)

-> EAT = (1-p) * memory access + p*(page fault overhead + page swap out + page swap in +restart overhead)

- 효율성 뿐만 아니라 Swap space를 관리하는 것도 중요하다.