[2022년도 국가공무원 9급][정보시스템 보안] 8번

문8. (가), (나)에 들어갈 용어를 바르게 연결한 것은?

그림과 같이 다중 프로그램의 정도에 따른 CPU 이용률은 처음에는 비례해서 증가하지만 다중 프로그래밍의 정도가 어느 정도 이상으로 커지면 스래싱(thrashing)이 일어나게 되어 CPU 이용률은 급격히 떨어진다. 스래싱은  (가) 페이지 교체 알고리즘을 사용하면 제한할 수 있다. 또한 이 현상을 방지하기 위해서는 각 프로세스에게 할당되는 최소한의  (나) 개수를 보장해야 한다.

(가)     (나)

① 전역     프레임

② 전역     페이지

③ 지역     프레임

④ 지역     페이지

[해설]

▣ 운영체제 메모리 할당 기법

1) 최적 적합 (Best Fit)

• 입력된 프로그램을 수용할 수 있는 공간 중 가장 작은 공간 할당합니다.

2) 최초 적합 (First Fit)

• 입력된 프로그램을 수용할 수 있는 공간 중 가장 먼저 발견된 공간 할당합니다.

3) 최악 적합 (Worst Fit)

• 입력된 프로그램을 수용할 수 있는 공간 중 가장 큰 공간 할당합니다.

▣ 스래싱(thrashing)

• 전역 페이지 교체 알고리즘 시스템에서 물리적 기억장치가 한계에 도달했을 때 새로운 프로세스가 실행을 요청하게 되고 기억장치 관리자는 교체 알고리즘을 통해 희생 페이지를 선택해 새 프로세스에 할당되고 할당된 페이지들은 모두 사용되던 것이기 때문에 페이지 부재율 증가를 처리하기 위해서 CPU의 활용도가 저하하면 다시 새로운 프로세스를 실행하게 됨으로써 CPU의 활용도를 떨어뜨림
• 프로세스가 수행하는 데 필요한 충분한 페이지 프레임을 갖지 못한 경우, 페이지 부재가 빈번하게 발생해 실행중인 프로세스가 계속해서 페이지 교체를 수행하는 현상으로 다중프로그래밍 정도가 높아지면 잦은 페이지 교체로 스래싱 현상이 자주 발생해 CPU 이용률이 급격히 감소함

▣ 전역교체와 지역교체

• 교체할 페이지를 선정할 때, 교체 대상이 되는 프레임의 범위를 정하는 방법 2가지가 있음
• 전역교체 방법(global replacement)는 모든 페이지 프레임이 교체 대상이 되는 것
• 지역교체 방법(local replacement)는 현재 수행 중인 프로세스에게 할당된 프레임 내에서만 교체 대상을 선정
• 지역교체 방법은 프로세스마다 페이지 프레임을 미리 할당하는 것을 전제로 하지만 전역교체 방법은 프로세스마다 메모리를 할당하는 것이 아니라 전체 메모리를 각 프로세스가 공유해서 사용하고 교체 알고리즘에 근거해서 할당되는 메모리 양이 가변적으로 변하는 방법
• LRU 알고리즘으로 전역교체를 한다면 물리적 메모리에 올라와 있는 페이지 중 가장 오래전에 참조된 페이지를 교체함. 이때 그 페이지가 어떤 프로세스인지 고려하지 않음. 즉 페이지 교체 시 다른 프로세스에 할당된 프레임을 빼앗아올 수 있는 방식. 이는 프로세스별 프레임 할당량을 조절하는 또 다른 방법이 될 수 있음.
• LRU, LFU, 클럭 등의 알고리즘을 물리적 메모리 내에 존재하는 전체 페이지 프레임들을 대상으로 적용하는 경우가 전역교체 방법이 됨. 반면 LRU, LFU 등의 알고리즘을 프로세스별로 독자적으로 운영할 때에는 지역교체 방법이 됨

▣ 스래싱 줄이는 방법

1) Locality Model

• 프로세스는 일정 시간 동안 특정 주소 영역을 집중적으로 참조하는 경향이 있는데 이때 참조되는 페이지들의 집합을 지역성 집합(locality set)이라고 함

2) Working-set model

• 워킹셋 알고리즘은 이러한 지역성 집합이 메모리에 동시에 올라갈 수 있도록 보장하는 메모리 관련 알고리즘
• 워킹셋 알고리즘은 메모리에 올라와 있는 프로세스들의 워킹셋 크기의 합이 프레임 수보다 클 경우 일부 프로세스를 스왑 아웃시켜서 남은 프로세스의 워킹셋이 메모리에 모두 올라가는 것을 보장

3) Page-fault frequency

• 프로세스의 페이지 부재율을 주기적으로 조사, 이 값에 근거해 각 프로세스에 할당할 메모리 양을 동적으로 조절
• 어떤 프로세스의 페이지 부재율이 시스템이 미리 정해놓은 상한값을 넘게 되면 이 프로세스에 할당된 프레임 수가 부족하다고 판단, 프로세스에게 프레임을 추가로 할당