페이지 교체 정책

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 교체하느냐에 따라 이후의 컴퓨팅 성능을 크게 좌우할 수 있기 때문에 

교체할 적절한 페이지를 선택하는 정책은 몹시 중요하다. 

 

페이지 교체 정책

서론에서 이야기한 사항들을 통해,

물리 메모리는 프로세스들의 가상 메모리에서 사용될 페이지들을 위한 일종의 캐시라고 볼 수 있다.

따라서 캐시 교체 정책에서 사용되는 알고리즘들이 그대로 사용된다.

1. OPT 정책(최적 교체)

OPT 정책의 개요는 간단하다.

페이지가 교체되어야 하는 상황이 발생했을 때, 그 시점으로부터 가장 마지막에 사용될 페이지를 교체하는 것이다.

해당 방식은 페이지의 히트율을 최대로 만들어준다.

하지만 해당 정책은 결국 특정 시점에서 미래에 사용될 페이지를 예측해야 하는데,

이는 사실 상 불가능하기 때문에 해당 정책의 구현은 불가능하다.

 

2. FIFO 정책(선입선출)

FIFO 정책은 구현 난이도에 있어 정말 쉬운 방식이다.

페이지가 교체되어야 하는 상황에서, 물리 메모리에 가장 먼저 올라온 페이지를 교체하는 방식이다.

다만 해당 방식은 성능 상(페이지 히트율) 좋은 방식은 아니다.

성능이 좋지 못한 가장 큰 이유는 단순히 가장 먼저 올라왔다는 이유로

페이지를 교체하는 FIFO 정책에서는 페이지들의 중요도를 반영하지 않기 때문이다.

따라서 현재는 잘 사용되지 않는 방식이다.

 

3. LRU 정책(Least Recently Used)

LRU 정책은 이름에서 유추할 수 있듯이

페이지들 중 사용된지 가장 오래된 페이지를 교체하는 정책이다.

해당 정책은 캐시에서 적용되는 원칙인 지역성의 원칙을 기반으로 한다.

좀 더 풀어서 설명하자면, 가까운 과거에 사용된 페이지는 다시 요청될 가능성이 높다는 원칙이다.

이에 맞춰, LRU 정책은 가장 먼 과거에서 사용된 페이지를 교체하는 것이다.

해당 정책은 꽤나 높은 FIFO같은 정책보다 구현하기 까다롭다는 단점이 있지만 성능적으로 좋은 모습을 보인다.