thrashing

4.4.1. Page Faults

페이지 폴트란 프로그램이 자신의 주소 공간에는 존재하지만 시스템의 RAM에는 현재 없는 데이터나 코드에 접근 시도하였을 경우 발생하는 현상을 말합니다. 페이지 폴트가 발생하면 운영 체제는 그 데이터를 메모리로 가져와서 마치 페이지 폴트가 전혀 발생하지 않은 것처럼 프로그램이 계속적으로 작동하게 해줍니다.

앞서 언급된 가상 어플리케이션의 경우, CPU는 우선 원하는 주소 (12374)를 MMU에게 보냅니다. 그러나 MMU에는 이 주소 변환 과정에서 페이지 테이블에 이 주소에 대한 항목이 없다고 표시되어 있습니다. 따라서 MMU는 CPU를 인터럽트한 후 페이지 폴트 처리기라는 소프트웨어가 실행되도록 합니다. 이 페이지 폴트 처리기는 다음과 같은 기능을 이용하여 이 페이지 폴트 문제를 해결하기 위한 방법을 찾습니다:

·     원하는 페이지가 디스크 상 어디에 위치하는지 찾은 후 읽어오기 (일반적으로 페이지 폴트가 코드 페이지일 경우)

·     원하는 페이지가 이미 RAM에 존재하지만 아직 현재 프로세스에는 할당되지 않았는지 확인 후 MMU가 그 주소를 찾도록 재설정하기

·     0만 담고 있는 특수 페이지를 지정 후 프로세스가 이 특수 페이지에 쓰기 시도할 경우에만 새 페이지를 할당하기 (이러한 특수 페이지는 copy on write 페이지라고 부르며, 종종 0으로 시작된 데이터를 담고 있는 페이지에 사용됩니다)

·     원하는 페이지를 다른 곳에서 가져오기 (이 기능에 대해서는 나중에 보다 자세하게 설명하겠습니다)

첫 세가지 작업은 상대적으로 단순하지만, 마지막 작업은 그렇지 않습니다. 따라서 이 마지막 작업을 설명하기 위해서는 추가 항목들도 함께 논의해야합니다.

 

4.4.2. 작업 세트(Working Set)

현재 특수 프로세스 전용으로 할당된 물리적 메모리 페이지 그룹을 그 프로세스의 작업 세트(working set)라고 합니다. 작업 세트에 포함된 페이지 수는 시스템 전반에 걸쳐 사용 가능한 총 페이지 수에 따라서 증가되거나 줄어듭니다.

프로세스 페이지 폴트가 발생할때마다 작업 세트가 증가되며, 여유 페이지 수가 줄어들면 작업 세트도 작아집니다. 메모리 완전 부족 현상을 방지하기 위해서는 프로세스의 작업 세트에서 페이지를 삭제하여 나중에 사용 가능한 여유 공간으로 변경시켜야 합니다. 운영 체제는 다음과 같은 방법을 사용하여 프로세스의 작업 세트를 줄여줍니다:

·     수정된 페이지를 대용량 기억장치의 전용 공간 (보통 스와핑(swapping) 또는 페이징(paging) 공간이라고 부름)에 기록하기

·     수정되지 않은 페이지는 여유 페이지로 표시함 (이 페이지는 변경되지 않았으므로 디스크로 가져와 기록할 필요가 없습니다)

운영 체제는 모든 프로세스에 적절한 작업 세트를 할당하기 위하여 모든 페이지에 대한 사용 정보를 기록해야 합니다. 이렇게 함으로서 운영 체제는 어느 페이지가 자주 사용되었으며 (이러한 페이지는 메모리에 계속 두어야합니다) 어느 페이지가 사용되지 않았는지 (따라서 메모리에서 삭제할 수 있습니다) 결정할 수 있습니다. 대부분의 경우 프로세스 작업 세트에서 최근 가장 자주 사용되지 않은 페이지를 찾아서 삭제합니다.

4.4.3. 스와핑

스와핑 (수정된 페이지를 시스템 스왑 페이지에 기록하는 작업)은 시스템 작업의 일부분으로서, 스와핑이 과도하게 일어나는 경우도 발생 가능합니다. 다음과 같은 상황이 반복적으로 발생할 수 있기 때문에 과도한 스와핑 작업을 신중하게 살피셔야 합니다:

·     프로세스에서 페이지가 스와핑됨

·     프로세스가 실행 가능 상태가 되어 스왑된 페이지에 접근 시도함

·     페이지 폴트로 메모리로 다시 기록됨 (대부분의 경우 다른 프로세스 페이지가 스왑핑되어 나가게됨)

·     얼마 지나지 않아 이 페이지가 다시 스와핑됨

만일 이러한 상황이 너무 자주 발생하게되는 경우를 쓰래싱(thrashing)이라고 하며 현재 작업을 실행하는데 RAM이 부족하다는 것을 나타냅니다. 쓰레싱이 발생시 시스템이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 CPU및 입/출력 작업을 무리하게 실행시키려하여 프로그램의 처리 속도가 급격히 떨어지게 됩니다. 극단적인 경우엔 시스템은 아무런 작업도 실행하지 못한채, 페이지를 메모리에서 가져오고 빼내는 작업에만 모든 자원을 소모하게되는 경우도 있습니다