메인 메모리의 구조 2 (TLB, 스와핑) - 하루 10분 운영체제 10일차

Main Memory Structure 2 (TLB, Swapping) - 10 Minutes of OS Day 10

• 최근 변환한 페이지 정보들을 저장해두고,
• 자주 쓰는 주소는 여기서 바로 찾아냅니다

매번 주소 찾을 때마다 사전을 찾아보는 건 귀찮고 느리겠죠?

📒 페이지 테이블 = 두꺼운 사전

🗒️ TLB = 책갈피 메모지 (자주 찾는 단어만 따로 적어둠)

• TLB는
  가장 최근에 변환한 페이지 주소들만 저장
  해 둡니다.
• CPU가 가상 주소를 사용할 때 → 먼저 TLB에서 확인
• 있으면 바로 변환 (이걸
  TLB hit
  이라고 합니다)
• 없으면 페이지 테이블을 직접 검색 (이건
  TLB miss
  )

1. CPU가 가상 주소를 생성
2. TLB에서 해당 페이지 번호를 찾음
3. ✅ 있으면 → 바로 물리 주소로 변환 (빠름!)
4. ❌ 없으면 → 페이지 테이블 검색 → 변환 후 TLB에 저장

CPU: "지금 5번 페이지 주소 써야 해!"

→ TLB: "여기 있어! 프레임 2번으로 가~" (

TLB hit

)

CPU: "7번 페이지 줘!"

→ TLB에 없음 → 페이지 테이블 검색 → 변환 후 TLB에 추가 (

TLB miss

)

• TLB는
  CPU와 매우 가까운 위치
  에 있으며
  속도가 매우 빠름
• 용량은 작지만,
  자주 사용하는 주소
  만 저장하므로 효율이 좋음
• 대부분의 시스템은 TLB hit 비율이 95% 이상 나오도록 설계됨

📚 책상이 좁을 때, 당장 쓰지 않는 책은 책장에 치우고, 나중에 필요할 때 다시 꺼내는 것과 같습니다.

• 책상 = 메인 메모리(RAM)
• 책장 = 디스크(보조 기억장치)
• 책을 꺼내고 넣는 행위 = 스와핑

• 사용 가능한 RAM이 부족할 때
• 현재 실행 중인 프로세스보다
  우선순위가 높은 작업
  이 들어왔을 때
• 오랫동안 CPU를 사용하지 않고 대기 중인 프로세스를 내보낼 때

1. 메모리 부족 발생
2. 운영체제가
   비활성 프로세스
   선택
3. 해당 프로세스의 메모리 내용을 디스크(스왑 공간)로 복사
4. 메모리에서 해당 프로세스를 제거해 공간 확보
5. 나중에 다시 실행할 때, 디스크에서 내용을 메모리로 복구

1. P1, P2, P3, P4 실행 중 (RAM 4GB 가득 찬 상태)
2. 새로운 프로세스 P5 실행 요청
3. 운영체제: "P3는 한동안 CPU 안 썼네? 디스크로 보내자!" → P3 스와핑 아웃
4. P5 실행 → 공간 부족 해결
5. 나중에 P3 필요 시 → 스와핑 인 (디스크에서 다시 불러옴)

• Linux
  : /swapfile 또는 별도 스왑 파티션 사용
• Windows
  : pagefile.sys라는 숨김 파일로 스와핑 처리
• 설정에 따라 스와핑을 켜거나 끌 수도 있음

• 페이징 기반 메모리 관리
• 32비트는 4GB 공간, 64비트는 이론상 16EB 공간 제공
• 세그먼트 + 페이지
  구조 사용 가능 (현대 OS는 주로 페이징만 활용)

• 페이징 기반 + 페이지 테이블 계층 구조
• Android 기반 스마트폰 등에서 사용됨
• 성능을 위해 TLB(Translation Lookaside Buffer)를 적극 활용

• Operating System Concepts (10th Edition)
• https://en.wikipedia.org/wiki/Memory_management↗
• https://developer.arm.com/documentation↗