운영체제가 관리하는 특정 프로세스의 가상 메모리는 현재 사용하는 만큼만 실제 페이지를 사용할 수 있다. 이 때 사용되는 페이지는 물리 메모리에 존재할 수도 있지만 하드디스크에 존재할 수도 있다. 만약 프로세스가 특정 페이지를 사용하기 위해 이를 참조할 때 해당 페이지가 하드디스크에 위치하는 경우를 페이지 폴트라고 부른다. 이런 경우 해당 페이지를 물리 메모리로 옮겨 오는 과정이 필요하다. 그런데 만약 이미 물리 메모리를 많이 사용하고 있어 물리 메모리 내 페이지를 옮겨올 마땅한 공간이 없다면? 페이지 폴트가 발생한 페이지를 가져오지 못할 것이다. 이러한 경우를 위해 기존에 물리 메모리에 존재하던 페이지를 하드디스크에 보내는 과정이 추가적으로 필요해진다. 이를 페이지 교체라고 한다. 이 때 어떤 페이지를 ..

운영체제는 프로세스가 복잡한 메모리의 구조를 몰라도 사용할 수 있고, 또 특정 프로세스가 다른 프로세스의 메모리에 접근하는 것을 막기 위해서 가상 메모리라는 개념을 제공한다. 이를 통해 프로세스는 스스로의 주소 공간을 가상 메모리에 위치시키는 방식으로 메모리를 사용할 수 있다. 이제 운영체제가 해야하는 일은 가상 메모리와 실제 물리 메모리를 매핑하는 일인데, 여기서 이를 어떤 방식으로 수행하느냐에 따라 발생할 수 있는 수많은 문제들이 존재한다. 만약 각 프로세스의 주소 공간을 배치 그대로 물리 메모리에 옮긴다면 단편화라고 불리는 문제가 발생할 수 있다. 일반적으로 주소 공간에서 힙과 스택은 서로를 향해 확장되는 구조를 갖는데, 이는 힙과 스택 사이의 빈공간이 존재한다는 것이다. 이 구조를 그대로 물리 메..

동시성 프로그래밍을 작성할 때, 프로그래머는 굉장히 세심한 주의가 필요하다. 단순히 동시성 문제를 해결하기 위한 상호 배제와 같은 기법을 사용 시 이로 인한 성능 저하와 그 외의 다양한 새로운 문제들을 직면할 수 있기 때문이다. 그중 가장 유명한 오류가 바로 데드락이다. 데드락이란? 교착 상태라고도 부르는 데드락은 동시성 프로그래밍에서 발생하는 가장 유명한 오류 중 하나이다. 위 이미지는 데드락이 발생하는 상황에 대해 잘 설명하고 있다. 위 이미지에서 두 스레드는 각각 공유 자원에 대한 락을 획득한 상태에서 서로가 이미 획득한 공유 자원에 대한 소유를 위해 대기 상태에 빠지게 된다. 이런 대기 상황은 해소되지 못한 채 결국 두 스레드 모두 작동하지 않게 된다. 데드락이 발생 조건 데드락이 발생하기 위해서..

Race Condition(경쟁 상태)란, 둘 이상의 프로세스 혹은 스레드가 공유된 자원에 접근할 때 서로 경쟁하는 것처럼 동시다발적으로 접근을 수행하여 동시성 문제가 발생할 수 있는 상태를 경쟁 상태라고 한다. 이러한 상태에서는 여러 프로세스가 특정 자원에 동시에 접근하게 되는데 접근 순서가 매번 조금씩 달라질 수 있기 때문에 그에 따른 자료 처리의 일관성이 떨어지게 된다. 해결책 공유 자원에 대한 동시성 문제를 위해 상호 배제(Mutual Exclusion) 로직을 사용할 수 있다. 이에서 가장 많이 쓰이는 것이 Mutex, Semaphore 같은 방법들인데, 이들에 대한 설명은 다음 링크에서 대체하도록 하겠다. 2023.03.26 - [CS/CS 스터디] - Mutex & Semaphore Mute..

공유자원 접근에 대해 동시성 문제를 해결하는 것은 개발자의 입장에서 중요한 화두이다. 가령, 멀티 스레드 환경에서 스택을 제외한 다른 메모리에 접근하는 상황이나 다중 프로세스 환경에서 IPC를 위해 공유 메모리를 사용하는 상황 등이 존재할 수 있다. 이 때 활용할 수 있는 스킬이 바로 Mutex와 Semaphore이다. Mutex 뮤텍스는 Mutual Exclusion의 줄임말로 상호 배제라는 뜻을 갖는다. 뮤텍스는 특정 공유 자원에 대해 단 하나의 주체만이 접근할 수 있게 만드는 락의 개념이다. 뮤텍스의 구현은 크게 lock()과 unlock()으로 이루어 지는데, (wait()와 release()로도 표현하는데 여기서는 lock()과 unlock()이 더 직관적인 워딩이라고 판단) lock()은 특정..

현대에 들어서 PC의 컴퓨팅 성능이 증가하고, 이에 따라 동시에 여러 프로그램을 띄워 사용하는 일이 잦다. 운영체제 입장에서는 동시다발적으로 사용되고 있는 프로세스들에 대해, 비록 CPU 코어가 하나라서 한 번에 하나의 프로세스 만을 실행시킬 수 있는 상황일지라도, 사용자로 하여금 모든 프로세스들이 병렬적으로 실행되고 있다는 착각을 불러일으킬 수 있어야 한다. 만약 PC를 통해 음악을 들으면서 웹서핑을 하는 상황에서, 음악 애플리케이션이 실행되는 동안 검색창에 타이핑이 안된다면 이는 운영체제의 역할을 제대로 수행하고 있지 않은 것이다. 이를 위해, 운영체제는 CPU를 할당할 작업들에 대한 스케줄링을 수행한다. 단순히 스케줄링을 수행시키는 단계를 넘어, 이를 잘 수행할 수 있어야 한다. 스케줄링의 평가 항..