가상 메모리

프로세스가 자기만의 연속된 주소 공간을 갖는 것처럼 보이게 하는 기법입니다. 실제 물리 메모리는 조각나 있어도 됩니다.

주소 변환은 페이지 테이블이 담당하고, MMU 라는 하드웨어가 매 접근마다 변환합니다.

흔한 실수: 가상 메모리를 스왑과 같은 말로 쓰는 것. 스왑은 가상 메모리가 가능하게 한 기능 중 하나이고, 스왑을 전혀 안 써도 가상 메모리는 격리와 공유를 위해 필요합니다.

페이지 테이블은 가상 주소를 물리 주소로 바꾸는 표이고, TLB 는 그 표의 캐시입니다.

가상 주소 -> 페이지 테이블 조회 -> 물리 주소

문제는 페이지 테이블도 메모리에 있다는 것입니다. 그러면 메모리 접근 한 번에 조회가 두 번 듭니다. TLB 는 최근 변환 결과를 담아 이 반복을 없앱니다.

문맥 교환의 숨은 비용이 여기 있습니다. 프로세스가 바뀌면 주소 공간이 달라져 TLB 항목이 무효화되고, 한동안 실패가 이어집니다. 스레드 전환은 주소 공간이 같아 이 비용이 없습니다.

흔한 실수: TLB 를 데이터 캐시와 혼동하는 것. TLB 는 주소 변환 결과를 담고 데이터를 담지 않습니다.

프로세스마다 자기 페이지 테이블을 가지므로, 그 표에 없는 물리 메모리에는 접근할 방법이 없습니다.

프로세스 A 의 주소 0x1000 -> 물리 0x8000
프로세스 B 의 주소 0x1000 -> 물리 0x3000
같은 가상 주소가 다른 물리 위치를 가리킨다

A 가 아무리 주소를 바꿔가며 접근해도 자기 페이지 테이블에 매핑된 범위 밖으로는 나갈 수 없습니다. 매핑이 없는 주소를 건드리면 예외가 나고 커널이 프로세스를 종료합니다.

여기에 접근 권한 비트가 더해집니다. 읽기 전용, 실행 금지 같은 표시가 페이지마다 있어, 코드 영역에 쓰거나 데이터 영역을 실행하려 하면 막힙니다.

흔한 실수: 격리를 소프트웨어 검사로 설명하는 것. 매 접근마다 코드로 확인하면 너무 느립니다. MMU 라는 하드웨어가 변환과 권한 확인을 함께 합니다.

페이지를 밀어냈다가 곧바로 다시 부르는 일이 반복되어, CPU 는 한가한데 아무 일도 진행되지 않는 상태입니다.

메모리가 부족하다
A 가 쓸 페이지를 올리려고 B 의 페이지를 밀어낸다
B 가 그 페이지를 다시 부른다. 이번엔 A 의 것을 밀어낸다
서로 밀어내기만 반복한다

CPU 가 낮은 것이 특징입니다. 대부분의 시간을 디스크 대기로 보내기 때문입니다. 이때 "CPU 가 남으니 프로세스를 더 띄우자"고 하면 상황이 악화됩니다.

흔한 실수: 폴트 총량만 보고 판단하는 것. 디스크를 읽지 않는 폴트는 정상 동작이라 총량은 쉽게 커집니다. 스왑 입출력과 응답 시간을 함께 봐야 합니다.