[정보보안기사] 메모리 시스템(Memory System)

1. 메모리 계층구조 정의

- 메모리를 필요에 따라 계층으로 나누어 평균 액세스 속도는 높이고, 가격 대비 성능비도 유지하기 위한 아키텍처

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2. 메모리 계층구조

- 레지스터

- 캐시 메모리

- 주기억장치

- 보조기억장치

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3. 캐시 메모리(Cache Memory)

- 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 저장소로, CPU와 주기억장치 사이의 속도 차이를 완화해주는 메모리

- 직접사상(Direct Mapping) : 메인 메모리를 여러 구역으로 분할하여 Cache 슬롯과 매핑

- 연관사상(Associate Mapping) : 메인 메모리의 각 블록이 Cache의 어느 슬롯이든 적재

- 집합 연관사상(Set Associate Mapping) : 캐시와 메모리가 N 대 1로 대응

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4. 캐시 메모리 교체 알고리즘

- Random : 교체될 Page 임의 선정, Overhead 적음

- FIFO(First In First Out) : 캐시 내에 오래 있었던 Page 교체, 자주 사용되는 Page가 교체될 수 있음

- LFU(Least Frequently Used) : 사용 횟수가 가장 적은 Page 교체, 최근 적재된 Page가 교체될 수 있음

- LRU(Least Recently Used) : 가장 오랫동안 사용되지 않은 Page 교체

- Optimal : 향후 가장 참조되지 않을 Page 교체, 실현 불가능

- NUR(Not Used Recently) : 참조 비트와 수정 비트로 미사용 Page 교체, 최근 사용되지 않은 페이지 교체

- SCR(Second Chance Replacement) : 최초 참조 비트 1로 셋, 1인 경우 0으로 셋, 0인 경우 교체

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5. 페이지 교체 시 문제점

- Page Fault : 기억장치에 적재되지 않은 Page를 사용하려 할 때 발생

- Thrashing : Page 부재가 너무 빈번하여 CPU가 Process 수행보다 Page 교체에 더 많은 시간을 소요하는 현상

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6. 페이지 교체 문제 해결 방안

- Load Control : 일정 시간 동안 새로운 프로세서가 생성되는 것을 지연시켜 Thrashing 감소

- Locality : 시간과 공간 지역성을 집중적으로 참조

- Working Set : 일정 시간 동안 참조되는 Working Set을 주기억장치에 유지

- PFF(Page Fault Frequency) : Process의 Page Fault 빈도에 따라 Residence Set을 조정

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7. 가상 메모리(Virtual Memory)

- 물리적 메모리(주기억장치)보다 더 큰 용량의 메모리 공간을 제공하여 한계를 극복하는 메모리

- Paging 기법 : 고정 분할, 요구 Page만 적재, 외부 단편화 해결, 내부 단편화 발생, Thrasing 유발

- Segmentation 기법 : 가변 분할, 프로그램 전체 적재, 내부 단편화 해결, 외부 단편화 발생

- Paged Segmentation 기법 : 페이지들로 세그먼트를 구성하고 세그먼트 표 참조 후 페이지 표 참조

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8. 가상 메모리 관리 정책

- Allocation(할당) : 프로세스에게 할당되는 메모리 블록의 단위 결정

- Fetch Policy(호출) : 보조기억장치에서 주기억장치로 적재할 시점 결정

- Placement(배치) : 요구된 페이지를 주기억장치의어느 곳에 적재할 것인지를 결정

- Replacement(교체) : 주기억장치 공간 부족 시 교체 대상 결정