TIL(24.03.22)

 

어제 TIL일지를 이어서,,,

 

 

  이전 자료 참고: https://mings-njob.tistory.com/19

TIL(24.03.21)

 

페이지 교체 알고리즘

• 메모리 내에 저장된 페이지 중에서 어떤 페이지를 교체할지 결정하는 알고리즘 
• 페이지 교체 알고리즘은 물리적인 메모리 공간이 한정되어 있을 때 페이지 부재(page fault)가 발생하는 상황에서 새로운 페이지를 적재하기 위해 기존 페이지 중 어떤 페이지를 제거할지 결정하는 역할

여러 알고리즘이 있으며, 각 알고리즘은 다양한 방식으로 페이지를 교체하며, 알고리즘에 따라 페이지 부재율(page fault rate)이나 페이지 교체 오버헤드(page replacement overhead) 등의 성능이 달라짐

 

오프라인 알고리즘

• 미래에 참조되는 페이지와 현재 할당하는 페이지를 바꾸는 알고리즘
• 입력 데이터가 모두 주어진 상태에서 실행되는 알고리즘이다. 입력 데이터를 모두 가지고 있기 때문에, 실행 중에 새로운 입력이 들어오지 않는다.
• 오프라인 알고리즘은 입력 데이터를 한꺼뻔에 처리할 수 있으므로, 실행 시간과 공간 사용량을 예측할 수 있다. 따라서 입력 데이터의 크기에 따라 적절한 실행 시간과 공간을 예약하여 처리할 수 있다. 
• But, 미래에 사용되는 프로세스를 알 수는 없다. 

 - 메모리 할당에서는 사용할 수 없는 알고리즘이지만 다른 알고리즘의 성능 비교에 대한 기준을 제공

 - 정렬 알고리즘은 입력 데이터를 모두 가지고 있기 때문에, 오프라인 알고리즘이라고 볼 수 있다. 입력 데이터가 모두 주어졌으므로, 한 번에 정렬 가능

 

시간기반 알고리즘

• FIFO(First In First Out)

 - 가장 먼저 온 페이지를 교체 영역에 가장 먼저 놓는 방법

 - 캐시 메모리에 새로운 데이터가 들어오면 가장 오래전에 들어온 데이터를 제거하고 새로운 데이터를 추가

 - 이 방식은 구현이 간단하지만, 오래된 데이터가 최근에 사용된 데이터와 비슷한 경우에 성능이 저하될 수 있다. 

• LRU(Least Recently Used)

 - 참조가 가장 오래된 페이지를 교체하는 방법

 - LRU 방식은 가장 최근에 사용된 데이터를 먼저 사용할 가능성이 높기 때문에 캐시 히트(hit) 율을 높일 수 있음

 - But, LRU 알고리즘의 구현 방식은 데이터를 저장하는데 추가적인 비용이 들어가게 됨

오랜된 것을 파악하기 위해 각 페이지마다 계수기, 스택을 두어야 한다는 문제점 발생

• NUR(Not Used Recently)

 - 일명 clock 알고리즘 최근사용여부를 0,1로 표시하여 교체하는 방법

1은 최근에 참조, 0은 참조되지 않음을 의미

 - 시계방향으로 돌면서 0을 찾고 0을 찾는 순간 해당 프로세스를 교체, 해당 부분을 1로 바꾸는 알고리즘

• NUR vs LRU

 - LRU : 데이터를 사용할 때마다 최근 사용 시간을 갱신

 - NUR : 사용하지 않은 데이터를 주기적으로 스캔하여 최근 사용 여부를 판단

 

빈도기반 알고리즘

LFU(Least Frequently Used)

• 가장 참조 횟수가 적은 페이지를 교체(= 많이 사용하지 않은 것을 교체
• LFU 방식은 사용 빈도가 낮은 데이터를 제거하여 캐시 히트율을 높일 수 있음
• 그러나 LFU 알고리즘은 일부 데이터가 빈번하게 사용되는 경우에는 성능 저하가 발생할 수 있음

 

프로세스 생명주기와 프로세스 메모리

 

프로그램이 저장되어 있는 곳  = 보조 기억장치

ex) 카카오톡이 저장되어 있는 곳

 

프로그램이 로딩되는 곳 = 주 기억장치

• 운영체제(Window, MacOS, Android, iOS 등…)에서 켜져 있는(로딩되어 있는) 프로그램

ex) 카카오톡이 로딩되어 실행되는 곳

      맥북 > 활성 상태 보기 > 메모리

 

프로그램을 실행해주는 주체 = 프로세스

ex) 카카오톡을 실행하는 프로세스

      맥북 > 활성 상태 보기 > CPU

 

작업을 처리해주는 주체 = 스레드

스레드는 필요할 때마다 생성되며, 프로세스 상세의 스레드 수는 최근 평균 스레드 개수 통계값

ex) 메시지 발송을 처리하는 스레드, 메세지 수신을 확인하는 스레드 등

      맥북 > 활성 상태 보기 > CPU > 프로세스 상세 > 통계

 

 

프로세스의 상태변화와 스케쥴링

스케쥴링 알고리즘에 따라 프로세스들은 상태변화가 일어나며 준비/수행 상태일 때 CPU를 사용하게 됨

1. 수행 -> 대기 (Running->Waiting) : I/O요청이 발생하거나, 자식 프로세스가 종료 대기를 할 때
2. 수행 -> 종료 (Running -> Terminate) : 프로세스를 종료시켰을 때
3. 수행 -> 준비 (Running-> Ready) : 인터럽트가 발생했을 때
4. 대기 -> 준비 (Waiting -> Ready) : I/O가 완료되었을 때

여기서 1,2은 프로세스가 스스로 CPU를 반환하기에 비선점 스케쥴링이 발생

3,4은 프로세스에서 CPU를 강제로 할당(회수) 해야 하므로 선점 스케쥴링 이 발생

 

프로세스 생명주기

프로세스 상태변화 = 프로세스 생명주기

 

프로세스 상태 (Status)

신규 (NEW) :

• 프로세스가 이제 막 메인메모리에 올라온 상태
• 아직, 실행하는 것은 불가능
• 수용 동작을 거쳐야 준비단계로 넘어감

준비 (Ready) :

• 변수 초기화 등 기초 준비작업을 모두 끝나고 실행을 할 수 있는 상태
• 스케쥴러를 통해 발송(dispatch)되어야 수행상태

 - 신규 프로세스가 허용

 - 대기 프로세스의 입출력/이벤트가 완료

 - 수행 프로세스가 중단됨

 

수행(Running) : 

• CPU가 실제로 프로세스를 수행하고 있는 상태
• 선점 스케쥴링에 의해 중단되면 준비상태
• 입출력/이벤트가 필요하면 대기상태
• 수행이 완료되면 종료상태
• • 아래 케이스를 통해 수행상태가 됨
    • 준비 프로세스가 스케쥴러를 통해 발송됨

대기 (Waiting) :

• 프로세스 도중에 I/O 작업이 필요하여 I/O 작업을 수행하는 상태
• 이때 CPU는 I/O를 기다리며, 다른 프로세스를 수행
• 대기 상태가 끝나면 프로세스는 다시 준비 상태가 되고, 잠시 후 다시 수행 상태

종료 (Terminated) :

• 최종적으로 프로세스가 종료된 상태
• 사용하던 메모리 영역이 해제

 

출처 : https://spartacodingclub.kr/nb?utm_source=google&utm_medium=sa&utm_campaign=google_sa_general&utm_term=%EC%8A%A4%ED%8C%8C%EB%A5%B4%ED%83%80%EC%BD%94%EB%94%A9%ED%81%B4%EB%9F%BD&gcl_keyword=%EC%8A%A4%ED%8C%8C%EB%A5%B4%ED%83%80%EC%BD%94%EB%94%A9%ED%81%B4%EB%9F%BD&gcl_network=g&gad_source=1&gclid=Cj0KCQjw2PSvBhDjARIsAKc2cgMBDQbhCxgo4tyPSpJYIzCF3AZExSkGHrXid3X fmNXynhd2yw529UQaAu4_EALw_wcB

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