가상 메모리란? - 하루 10분 운영체제 11일차

What is Virtual Memory? - 10 Minutes of OS Day 11

예를 들어, 작은 방에 살면서 창고를 따로 두고 필요한 짐만 꺼내놓는 것과 비슷해요.

• 메모리가 부족해도 많은 프로그램을 동시에 실행할 수 있어요.
• 실제 메모리보다 훨씬 넓은 공간을 흉내 낼 수 있어요.
• 프로세스끼리 서로의 메모리를 침범하지 않도록 보호할 수 있어요.

📦 꼭 필요한 물건만 창고에서 꺼내 쓰는 것과 같아요.

1. 프로그램 실행 → 필요한 첫 몇 페이지만 메모리에 적재
2. 실행 중 다른 페이지가 필요 →
   페이지 폴트(Page Fault)
   발생
3. 디스크에서 해당 페이지를 불러옴 → 메모리에 적재
4. 다시 실행 계속

1. 프로세스가 10개의 페이지를 가지고 있지만, 메모리에는 3개만 올림
2. 나머지 페이지가 필요해지면 운영체제가 "페이지 폴트!"를 감지
3. 필요한 페이지를 디스크에서 RAM으로 복사

🎒 가방에 책이 너무 많으면, 안 읽는 책을 꺼내고 새 책을 넣는 것과 같아요.

이럴 때 운영체제는

페이지 교체 알고리즘

을 사용하여 어떤 페이지를 내보낼지 결정합니다.

대표적인 알고리즘은 다음과 같습니다.

• FIFO (First-In, First-Out)
  : 가장 먼저 들어온 페이지를 제거
• LRU (Least Recently Used)
  : 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지 제거
• Optimal
  : 앞으로 가장 늦게 사용될 페이지 제거 (이론적인 최적값)

페이지 프레임: 3개
요청: A, B, C, A, D

→ 적재 순서: A, B, C
→ A는 재사용됨
→ D 요청 시, A가 가장 먼저 들어왔으므로 A 제거
→ 페이지 교체: A → D

페이지 프레임: 3개
요청: A, B, C, A, D

→ A, B, C 적재
→ A 재사용됨 → A는 최근 사용됨
→ D 요청 → B가 가장 오래 사용되지 않음 → B 제거
→ 페이지 교체: B → D

페이지 프레임: 3개
요청: A, B, C, A, D, B

→ A, B, C 적재
→ A 재사용됨
→ D 요청 → C는 앞으로 사용되지 않음 → C 제거
→ B 요청 → A는 안 쓰고 D는 나중에 → D 제거 (미래 기준)

📄 복사한 문서를 읽기만 하면 같이 보지만, 누가 수정하려 하면 따로 복사본을 만드는 것과 같아요.

1. 부모 프로세스가 자식 프로세스를 만들면서 메모리 공유
2. 둘 다 메모리 읽기 가능
3. 한쪽이 데이터를 수정하려 하면 →
   해당 페이지만 복사해서 분리

• macOS, 일부 리눅스 배포판 등에서 사용
• 압축률이 높고 CPU 여유가 있을 때 효과적

커널은 '운영체제 안의 작은 프로그램'이라고 생각하면 됩니다. 이 프로그램도 메모리가 필요해요!

• Operating System Concepts (10th Edition)
• https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_memory↗
• https://opensource.com/article/18/9/page-replacement-algorithms↗