기억장치 관리

1. 기억장치의 종류

 (1) 주기억장치 : 주기억장치는 비교적 비싼 자원이며 소량의 자료를 임시로 기억할 수 있고 영구히 저장할 수는 없다. 계층적인 기억장치의 구성은 주기억 장치보다 더 빠른 기억장치를 요구하게 되는데 이것은 CPU 내에 존재하게 된다. 이것을 '캐시 기억장치'라고 한다.

 * CPU가 직접 접근하여 처리할 수 있는 기억장치

 * 현재 수행되는 프로그램, 입력데이터, 작업, 출력데이터를 정장하는 기억장소

 * ROM : 기억된 내용을 자유롭게 읽을 수 있으나 자료를 임의로 기억시킬 수 없는 읽기 전용 기억장치로서 전원이 중단되어도 없어지지 않는다. 비활성 메모리이다.

 * RAM : 임의로 사용할 수 있으며 전원이 중단되면 데이터가 사라지는 휘발성 메모리로서 컴퓨터 작업시 하드디스크에 있는 내용을 RAM으로 불러서 작업하게 된다.

 * 주기억장치 공간분할 방식

  - 고정분할 방식 : 주기억장치 공간을 같은 크기의 고정된 부분으로 미리 나누어 할당하는 방식으로 정적 방식이라고도 한다.

  - 가변분할 방식 : 각 부분의 크기가 고정된 것이 아니라 프로세스를 처리하는 과정에서 필요한 만큼의 공간을 할당하는 동적 분할 장식이라고도 한다.

 (2) 가상기억장치 : 컴퓨터에서 프로그램이나 작업을 실행하는 데 필요한 RAM이 부족한 경우 사용하기 위하여 확보된 실제 RAM 이상의 메모리 영역을 말한다. 즉, 주기억장치에 프로그램이 많을 때 보조기억 장치를 주기억장치로 사용할 수 있는데 이때 사용하는 보조기억장치 일부분이다. 

 * 가상 기억장치 구현방식 

   - 페이징 기법 : 프로그램을 같은 크기의 물리적 단위로 나누어 페이지 단위로 가상기억장치를 구현하는 기법

  - 세그멘테이션 기법 : 프로그램을 가변적인 크기의 논리적인 단위로 나누어 세그먼트 단위로 가상 기억 장치를 구현하는 방식

 * 가상기억장치의 페이징 교체 알고리즘

  - 선입선출 : 주기억장치에서 가장 많은 시간을 보낸 페이지부터 교체하는 알고리즘, 페이지들의 쥑억장치 적재 순서를 기로갛여 선입선출 큐를 유지 관리

  - 최근 최소사용 : 가장 오랜 기간 사용하지 않았던 페이지를 교체, 선입선출보다 적은 페이지 부재율을 나타냄

  - 최적교체 : 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체하는 선택

  - 클록 : 선입선출과 최근 최소사용 알고리즘의 결합 방식, 각 상주 페이지와 연관된 참조 비트가 해당 페이지가 참조될 때마다 세트 되고 주기적으로 소거되는 방식

 (3) 보조기억장치 : 대량의 데이터를 적은 비용으로 저장하기 위하여 사용되는 비휘발성 기억장치로서 데이터를 반영구적으로 저장할 수 있다.

 * 자기디스크 : 둥근 원형에 자성 물질을 입혀 이를 회전 시키면서 데이터를 기록하고 읽는 장치로 플로피 디스크와 하드디스크가 있다.

  * 자기테이프 : 기억된 순서에 따라 내용을 읽는 순차 접근만 가능하여 속도가 느리지만 용량보다 가격이 저렴하여서 백업용으로 많이 사용된다.

 * 자기드럼 : 원통형 표면에 자성 물질을 입힌 것으로 고정 헤드 디스크를 사용하므로 Seek Time이 없어 접근 시간이 빠르지만 낮은 용량으로 현재는 거의 사용되지 않고 있다.

 * 기타저장장치 : CDROM, WORM, Zip Disk, DVD 등

 * 디스크와 디스크 스케줄링 : 디스크 스케줄링은 다수의 사용자가 서로 다른 작업을 처리하기 위해 디스크의 입출력을 요구할 때 효율적으로 요청을 처리하기 위한 기법을 말한다. 대부분의 사용자 작업은 디스크에 입출력을 필요로 해서 효율적이며 빠른 디스크 접근 기법이 필요하다. 

  - 선입 선처리 기법 : 입출력 요청 대기 큐에 들어온 순서대로 서비스하는 방법

  - 최소탐색 우선 : 탐색 거리가 가장 짧은 요청이 먼저 서비스를 받는 기법(기아현상)

  - SCAN 기법 : SSTF와 같은 동작을 하지만 진행 방향 상의 가장 짧은 거리에 있는 요청이 가장 먼저 서비스를 받는다.

  - c-스캔 기법 : 헤드가 항상 바깥쪽 실린더에서 안쪽 실린더로 이동하면서 가장 짧은 탐색 시간을 갖는 요청을 서비스하는 방법

2. 주기억장치 관리 방법 

  (1) 반입기법 : 보조기억장치의 데이터를 주기억장치로 옮기는 시점을 결정하는 방법

 * 요구 반입 정책 : 수행 중인 프로세스에 의하여 호출된 페이지나 세그먼트를 주기억장치로 옮기는 기법이며 페이지를 선택하는 데 있어 오버헤드는 적지만 페이지를 할당받기 위해서는 대기시간이 길게 소요된다.

  * 예상 반입 정책 : 프로세스에 의해 요청될 페이지나 세그먼트를 예측하여 프로세스가 이를 요구하기 전에 주기억장치로 적재시키는 기법을 말하며, 예측 결정이 맞았다면 프로세스의 실행 시간은 매우 감소하나 어느 페이지를 주기억장치로 옮길 것인지를 결정하는데 있어서는 오버헤드가 크다는 단점이 있다.

 (2) 배치기법 : 페이지나 세그먼트를 주기억장치의 어느 곳에 적재할 것인가를 결정하는 정책이며 다음 3가지 방법이 있다.

 * 최초적합 : 할당 가능 영역의 최초 영역을 찾아서 첫 번째 배치하는 방법 

 * 최적 적합 : 단편화를 가장 적게 남기는 영역을 찾아서 배치하는 방법

 * 최악적합 : 단편화를 가장 많이 남기는 방법으로 가장 빠른 속도를 가지지만 메모리 활용 효율이 가장 낮음

 (3) 교체기법 : 주기억장치의 모든 영역이 사용 중일 경우 어떤 영역의 데이터를 주기억장치에서 제거하여 교체할 것인가를 결정하는 정책이다. 아래와 같은 페이지 교체 알고리즘이 있다. 

 * 최적화 기법 : 가장 사용되지 않을 것으로 예상하는 페이지를 교체하는 기법으로 이론적으로는 가장 최적의 방식이나 현실적으로 구현할 수 없다.

 * FIFO : 주기억장치 적재순서에 제일 처음 적재되었던 페이지를 교체하는 기법