응용SW기초기술활용

1. 인터넷 구성의 개념

• TCP/IP 프로토콜을 기반으로 전세계 수 많은 네트워크들이 연결된 광범위한 컴퓨터 통신망
• 장비 종류
  • 게이트웨이
  • 라우터
  • 리피터
  • 허브
  • 랜 카드
  • 브리지
  • 스위치

2. 네트워크 7계층

• 국제 표준화 기구인 ISO에서 다른 시스템간 통신을 위해 네트워크 구조를 제시한 기본 모델
• 

3. 네트워크 프로토콜

• 프로토콜은 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화 시켜 놓은 통신 규약
• TCP/IP 4계층
  • 네트워크 액세스
  • 인터넷
  • 전송
  • 응용
• 프로토콜의 기본 요소
  • 구문
  • 의미
  • 시간
• 라우팅 프로토콜
  • RIP
  • IGRP
  • OSPF
  • BGP
• 

4. IP

• OSI 7 계층의 네트워크 계층에서 호소트의 주소지정과 패킷분할 및 조립기능 담당
• 

5. TCP/UDP

• OSI 7계층의 전송계층에서 CRC체크와 재전송 기능을 통해 신뢰성있는 연결형 서비스 제공
• TCP 대표 서비스
  • FTP
  • Telnet
  • Http
  • SMTP
  • POP
  • IMAP
• UDP는 비연결성이고 신뢰성 없는 데이터 전송
• UDP는 대표 서비스
  • SNMP
  • DNS
  • TFTP
  • NFS
  • NETBIOS
  • 인터넷 게임

응용SW기초기술활용

TCP; Transmission Control Protocol 의 개념

• OSI 7계층의 전송계층에서 CRC체크와 재전송 기능을 통해 신뢰성있는 연결형 서비스 제공
  • 연결형 서비스
    • 송수신 측간을 논리적으로 연결한 후 데이터를 전송하는 방식
• Flow Control 기능을 수행하여 단계별 데이터 전송 상황을 체크
• 논리적인 1:1 가상 회선을 지원하여 해당 경로로만 데이터 전달
• 기능
  • 패킷의 다중화
  • 순서 제어
  • 오류 제어
  • 흐름 제어
• 대표서비스
  • FTP
  • Telnet
  • Http
  • SMTP
  • POP
  • IMAP
• TCP 헤더 정보
  • Souce/Destination Port
  • Sequence Number
  • Acknowledge Number
  • Cheksum
• 

UDP; User Datagram Protocol의 개념

• OSI 7계층의 전송계층에서 데이터 전송 전에 연결을 설정하지 않는 비연결형 서비스를 제공
• 비신뢰성 데이터 전송
• 하나의 송신 정보를 다수의 인원이 수신해야할 경우 UDP 사용
• 대표 서비스
  • SNMP
  • DNS
  • TFTP
  • NFS
  • NETBIOS
  • 인터넷 게임
• UDP 헤더 포함 정보
  • Source
  • Destination Port
  • Length
  • Cheksum
• 

TCP와 UDP 차이점

• TCP
  • 데이터 전송 전 연결설정
  • 1:1 전송
  • 단계별 데이터 전송
  • 신뢰성있는 데이터 전송
  • 등기 우편물
• UDP
  • 데이터 전송 전 연결 미설정
  • 1:다 전송
  • 데이터 전송
  • 비 신뢰성 데이터 전송
  • 소포 우편물
    

응용SW기초기술활용

IP; Internet Protocol 의 개념

• OSI 7 계층의 네트워크 계층에서 호소트의 주소지정과 패킷분할 및 조립기능 담당
• 데이터그램을 기반으로 비연결형 서비스 제공
  • 비연결형통신
    • 송수신 측간에 논리적 연결 없이 데이터를 독립적으로 전송하는 방식
• IP 헤더의 길이는 최소 20Byte ~ 60Byte
• IP 헤더 포함 정보
  • Version
  • Header Length
  • Total Packet Length
  • Header
  • Checksum
  • Source IP Address
  • Destination IP 주소
• 

IPv4 와 IPv6 주소 비교

Subnetting 서브네팅

• 할당된 네트워크 주소를 다시 여러 개의 작은 네트워크로 나누어 사용
• IPv4기준으로 4Byte 주소 중 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하기 위한 비트를 Subment Maks 서브넷 마스크라고 함

Domain Name 도메인 네임

• 숫자로 된 IP주소를 사람이 이해하기 쉬운 문자 형태로 표현 한 것
• 호스트 컴퓨터이름.소속기관이름.소속기관종류.소속국가명 순으로 구성되며 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 상위 도메인
• 문자로 된 도메인 네임을 IP주소로 변환하는 역할을 담당하는 시스템은 DNS; Domain Name System 서버

응용SW기초기술활용

OSI; Open System Interconnection 참조 모델 개요

• 국제 표준화 기구인 ISO에서 다른 시스템간 통신을 위해 네트워크 구조를 제시한 기본 모델
• 데이터 통신 시 필요한 장비 및 처리 방법 등을 7단계로 표준화
• 
• 

OSI 참조 모델의 목적

• 서로 다른 시스템 간을 상호 접속하기 위한 개념 규정
• OSI 규격을 개발하기 위한 범위 정립
• 관련 규정의 적합성을 조절하기 위한 공통적인 기반 제공

OSI 참조 모델의 계층별 데이터 단위

• 프로토콜 데이터 단위 PDU; Protocol Data Unit
  • 7계층 응용 계층 : 메시지(Message)
  • 6계층 표현 계층 : 메시지(Message)
  • 5계층 세션 계층 : 메시지(Message)
  • 4계층 전송 계층 : 세그먼트(Segment)
  • 3계층 네트워크 계층 : 패킷(Packet)
  • 2계층 데이터링크 계층 : 프레임(Frame)
  • 1계층 물리 계층 : 비트(bit)

OSI 7 Layer 계층별 기능

1. Physical Layer 물리 계층

• 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의
• 물리적 전송매체와 전송 신호방식을 정의
• 관련 장비
  • 허브
  • 리피터

2. Data Link Layer 데이터링크 계층

• 두 개의 개발 시스템들 간 속도 차이를 해결하기 위한 흐름 제어
• 프레임의 시작과 끝을 구분하기 위한 프레임의 동기화
• 오류의 검출과 회복을 위한 오류 제어
• 프레임의 순서적 전송을 위한 순서 제어
• 관련 장비
  • 랜카드
  • 브리지
  • 스위치

3. Network Layer 네트워크 계층

• 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 설정, 유지, 해제하는 기능과 경로 설정, 데이터 교화 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송
• 관련 장비
  • 라우터

4. Transport Layer 전송 계층

• 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공함으로써 종단시스템간에 투명한 데이터 전송을 가능하게 함
• 종단 시스템간 전송 연결설정, 데이터 전송, 연결해제 기능과 오류 제어, 흐름제어 수행
• TCP, UDP의 표준
• 관련 장비
  • 게이트웨이

5. Session Layer 세션 계층

• 송/수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어 담당

6. Presentation Layer 표현 계층

• 응용계층으로부터 받은 데이터를 세션 계층에 보내기 전에 통신에 적당한 형태로 변환하고, 세션 계층에서 받은 데이터는 응용 계층에 맞게 변환하는 기능
• 코드변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보형식 변환

7. Application Layer 응용 계층

• 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행
• 정보 교환, 파일 전송, 가상 터미널

응용SW기초기술활용

• 네트웤크 계층 구조에서 각 층의 역할을 이해
• 응용의 특성에 따라 TCP와 UDP를 구별하여 적용
• 패킷 스위칭 시스템 이해하고, 다양한 라우팅 알고리즘과 IP 프로토콜을 설명

용어사전

• OSI 7 Layer

  • 국제표준화 기구인 ISO(International Standard Organization)에서 다른 시스템간 통신을 위해 네트워크 구조를 제시한 기본 모델로 7계층 구조

• Protocol 프로토콜

  • 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약

인터넷의 개념

• TCP/IP 프로토콜을 기반으로 전세계 수 많은 네트워크들이 연결된 광범위한 컴퓨터 통신망
• 1969년 미 국방성의 ARPANET에서 시작
• 유닉스 운영체제를 기반으로 함
• 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터는 고유한 IP주소를 가짐
• 동시에 여러 사람이 인터넷을 이용하여 데이터 송수신 할 수 있도록 패킷 단위로 데이터를 분할하여 전송하는 패킷교환 방식을 사용
• 컴퓨터 또는 네트워크로 서로 연결하기 위해 게이트 웨이, 라우터, 브리지, 허브 등 네트워크 장비가 필요
• 증폭기는 아날로그 신호 증폭을 위한 장비로 인터-네트워킹과는 무관

네트워크 관련 장비

1. Gateway 게이트웨이

• LAN에서 서로 다른 프로토콜의 네트워크에 데이터를 보내거나 다른 네트워크로 부터 데이터를 받아들이는 출입구 역할
• 수행 역할
  • 데이터 형식 변환
  • 주소 변환
  • 프로토콜 변환

2. Router 라우터

• 서로 다른 프로토콜의 LAN이나 LAN과 WAN의 연결 기능에 데이터 전송의 최적의 경로를 선택할 수 있는 기능 추가

3. Repeater 리피터

• 전송되는 신호가 전송 선로의 특성 및 외부 충격 등 요인으로 원래의 형태와 다르게 왜곡되거나 약해질 경우 원래의 신호 형태로 재생하여 다시 전송하는 역할 수행

4. Hub 허브

• 사무실이나 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결하는 장치로 각 회선을 통합적으로 관리하며 신호 증폭 기능의 리피터 역할도 포함
• 종류
  • 더미 허브
    • LAN이 보유한 대역폭을 연결된 컴퓨터 수 만큼 나누어 제공
    • 100MB 대역폭 5대 연결시 20MB 대역폭으로 속도 낮아짐
  • 스위칭 허브
    • 네트워크 상에 흐르는 데이터의 유무 및 흐름을 제어하며, 연결된 컴퓨터 수에 상관없이 LAN의 최대 대역폭을 사용할 수 있도록 신호 증폭 기능을 제공하는 허브

5. NIC; Network Interface Card 랜 카드

• 컴퓨터가 네트워크에 연결되도록 하는 접촉 점 역할 장치로, 이더넷 카드 혹은 네트워크 어댑터라고 함

6. Bridge 브리지

• 동일한 프로토콜을 사용하는 LAN과 LAN을 연결하거나 LAN 안에서 컴퓨터 그룹을 연결하는 기능을 수행
• 네트워크를 분산적으로 구성하여 보안성을 높일 수 있음

7. Switch 스위치

• 브리지와 같이 LAN과 LAN을 연결하여 훨씬 더 큰 LAN을 만드는 장치
• 하드웨어를 기반으로 처리하므로 전송 속도가 빠름
• 포트마다 각기 다른 전송 속도를 지원하도록 제어할 수 있고 수십에서 수백 개의 포트 제공

네트워크 규모에 따른 분류

• LAN; Local Area Network
  • 근거리 통신망
• MAN; Metropolitan Area Network
  • 대도시 통신망
• WAN; Wide Area Network
  • 광대역 통신망

응용SW기초기술활용

1. 운영체제 종류

• 컴퓨터 시스템의 자원들(CPU, 주기억장치, 보조기억장치, 파일 등)을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 시스템 소프트웨어
• 종류
  • Windows
  • UNIX
  • LINUX
  • MacOS
  • MS-DOS

2. 메모리 관리

• 기억장치의 계층 구조(산 형태 순서 정렬)
  • 레지스터
  • 캐시 기억장치
  • 주기억장치
  • 보조기억장치
• 기억장치 관리 전략
  • Fetch
  • Placement
  • Replacement
• 주기억장치 할당 기법
  • 연속 할당
  • 분산 할당
• 가상기억장치의 구현 기법
  • 페이징
  • 세그먼테이션
• 페이지 교체 알고리즘 종류
  • FIFO
  • LRU
  • NUR
  • OPT
  • LFU
  • SCR
• 가상기억장치의 기타 관리
  • Locality
  • Working Set
  • Thrashing

3. 프로세스 스케줄링

• 프로세스
  • 프로세서에 의해 처리되는 사용자 프로그램
  • 프로세서
    • CPU
    • 처리기
• 스레드
  • 프로세스 내에서 작업 단위로서 시스템의 여러 자원을 할당 받아 실행하는 프로그램의 단위
• 스케줄링
  • 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원ㅇ르 해당 프로세스에 할당하는 작업
• 비선점 스케줄링의 종류
  • FIFO(FCFS)
  • SJF
  • HRN
• 선점 스케줄링의 종류
  • RR
  • SRT
  • MLQ
  • MFQ

4. 환경변수

• 시스템 소프트웨어 동작에 영향을 미치는 동적인 값들의 모임
• 윈도우 환경변수
  • %APPDATA%, %COMSPEC%, %HOMEPATH%, %PATH%, %PATHEXT%, %PROGRAMFILES%, %SYSTEMDRIVE%, %SYSTEMROOT% , %USERNAME%, %USERPROFILE%
• 유닉스 환경변수
  • $DISPLAY, $HOME, $LANG, $MAIL, $PATH, $PS1, $PWD, $TERM, $USER

5. Shell Script

• GUI
  • Graphic User Interface
  • 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택하여 작업
• CLI
  • Command Line Interface
  • 키보드로 명령어를 직접 입력하여 작업

UNIX와 LINUX 기본 명령어

응용SW기초기술활용

운영체제 기본 명령어 개요

• Shell은 사용자의 명령어를 수행하는 명령어 해석기

• 운영체제를 제어하는 방법

  • GUI
    • Graphic User Interface
    • 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택하여 작업
  • CLI
    • Command Line Interface
    • 키보드로 명령어를 직접 입력하여 작업

윈도우 CLI 기본 명령어

UNIX와 LINUX 기본 명령어

응용SW기초기술활용

환경변수의 개념

• 시스템 소프트웨어의 동작에 영향을 미치는 동적인 값들의 모임
• 변수명과 값으로 구성
• 시스템의 기본 정보를 저장
• 자식프로세스에 상속됨
• 부모 프로세스에서 상속받아 사용
• 시스템 전반에 걸쳐 적용되는 시스템 환경변수와 사용자 계정 내에만 적용되는 사용자 환경변수로 구분

환경변수 보기

• Windows
  • echo %PATH%
• UNIX
  • echo $PATH

환경변수 설정

• Windows
  • self 변수 = 값
• UNIX
  • env 변수 = 값
  • set 변수 = 값

윈도우 운영체제 환경변수

UNIX와 LINUX 운영체제 환경변수

응용SW기초기술활용

프로세스의 개념

• 처리기, CPU에 의해 처리되는 사용자 프로그램
• 정의
  • PCB(Process Controll Block)을 가지는 프로그램
  • 실기억장치에 저장된 프로그램
  • 프로세서가 할당되는 실체로서, 디스패치가 가능한 단위
  • 프로시저가 활동 중인 것
  • 서로 규칙적이거나 연속적이지 않고 독립적으로 실행되므로 비동기적 행위를 일으키는 주체
  • 지정된 결과를 얻기 위한 일련의 계통적 동작
  • 목적 또는 결과에 따라 발생되는 사건들의 과정
  • 운영체제가 관리하는 실행 단위

PCB; Process Control Block, 프로세스 제어 블록

• 운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓는 곳
• 각 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되고, 프로세스가 완료되면 PCB는 제거됨
• PCB에 저장되는 정보의 종류
  • 프로세스의 현재 상태
  • 포인터
    • 부모 프로세스의 주소 기억
    • 자식 프로세스의 주소 기억
    • 현재 프로세스가 위치한 주소 기억
    • 프로세스에 할당된 각 자원에 대한 주소 기억
  • 프로세스 고유 식별자
  • 스케줄링 및 프로세스의 우선순위
  • CPU 레지스터 정보
  • 주기억장치 관리 정보
  • 입출력 상대 정보
  • 계정 정보

Thread 스레드

• 프로세스 내에서의 작업 단위로서 시스템의 여러 자원을 할당 받아 실행하는 프로그램 단위
• 하나의 프로세스에 하나의 스레드가 존재하는 경우는 단일 스레드, 하나 이상의 스레드가 존재하는 경우는 다중스레드
• 프로세스의 일부 특성을 갖고 있기 때문에 경량 프로세스라고 함
• 스레드 기반 시스템에서는 스레드는 독립적인 스케줄링의 최소 단위로서 프로세스의 역할 담당
• 장점
  • 하드웨어, 운영체제의 성능과 응용 프로그램 처리율 향상
  • 응용 프로그램의 응답 시간 단축
  • 실행 환경을 공유 시켜 기억장소의 낭비를 줄임
  • 프로세스들 간의 통신 향상
• 프로세스 내부의 작업 단위

Scheduling 스케줄링의 개념

• CPU나 자원을 효율적으로 사용하기 위한 정책
• 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업
• 프로세스가 생성되어 완료될 때 까지 프로세스는 여러 종류의 스케줄링 과정을 거침

스케줄링의 목적

• 모든 프로세스에게 공정하게 할당
• 단위 시간당 프로세스를 처리하는 비율 증가
• CPU가 순수하게 프로세를 실행하는데 사용되는 시간 비율 증가
• 우선 순위가 높은 프로세를 먼저 실행
• 오버헤드를 최소화
  • 오버헤드
    • 시스템에서 목적으로 하는 효과를 얻기 위해 본질적인 것은 아니지만 요구되는 작동, 또는 그 때문에 필요한 자원
• 작업을 지시하고 반응하는 응답시간 최소화
• 프로세스를 제출한 시간부터 실행이 완료될 때까지 걸리는 반환시간을 최소화
• 프로세스가 준비상태 큐에서 대기하는 시간을 최소화
• 메모리, 입력장치 등의 자원을 균형 있게 사용
• 자원을 사용하기 위해 무한정 연기되는 상태를 회피
• 프로세스에게 CPU를 할당하고 문맥 교환을 하는 프로세스 관리기능

Non-Preemptive 비선점 스케줄링

• 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 스케줄링 기법
• 프로세스가 CPU를 할당 받으면 해당 프로세스가 완료될 때까지 CPU를 사용
• 모든 프로세스에 대한 요구를 공정하게 처리
• 프로세스 응답 시간의 예측이 용이하며, 일괄 처리 방식에 적합
• 짧은 작업이 긴 작업을 기다리는 경우 발생할 수 있음
• 종류
  • FIFO(FCFS)
  • SJF
  • HRN
  • Priority

Preemptive 선점 스케줄링

• 하나의 프로세스가 CPU를 할당 받아 실행하고 있을 때 우선순위가 높은 다른 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 스케줄링 기법
• 우선순위가 높은 프로세를 빠르게 처리
• 빠른 응답시간을 요구하는 대화식 시분할 시스템에 사용됨
• 많은 오버헤드를 초래
• 선점이 가능하도록 일정 시간 배당에 대한 인터럽트용 타이머 클록 필요
• 종류
  • RR
  • SRT
  • Preemptive
  • Priority
  • MLQ
  • MFQ

프로세스 스케줄링 종류 및 특징

응용SW기초기술활용

메모리 관리 개념

• 프로그램의 실행이 종료될 때 까지 메로리를 가용한 상태로 유지 및 관리하는 것
• 다수의 프로그램 실행 중 메모리가 꽉 차게 되면 시스템의 속도가 느려지고 멈추는 현상이 발생
• CPU와 지속적으로 데이터를 송수신하는 상황에서 어떤 부분의 메모리가 현재 사용되는지 어떤 순서로 메모리에 입출력되어야 하는지, 메모리 공간이 필요할 경우 어떻게 확보 및 제거 할지에 대한 종합적인 관리

기억장치 계층 구조의 특징

• 기억장치 계층 구조의 상위 장치일 수 록 접근속도와 접근 시간이 빠르지만 기억용량이 적고 고가
• 주기억장치는 각기 자신의 주소를 갖는 워드 또는 바이트들로 구성되어 있으며 주소를 이용하여 액세스 가능
• 보조기억장치의 데이터는 주기억장치에 적재된 후 CPU에 의해 액세스 가능

기억장치 관리 전략

• 보조기억장치의 프로그램이나 데이터를 주기억장치에 적재시키는 시기, 적재 위치 등을 지정하여 한정도니 주기억장치의 공간을 효율적으로 사용하기 위한 것
• 종류
  • 반입(Fetch) 전략 : 언제 적재?
  • 배치(Placement) 전략 : 어디에 위치?
  • 교체(Replacement) 전략 : 어느 영역 교체?

1. Fetch 전략

• 보조기억장치에 보관 중인 프로그램이나 데이터를 언제 주기억 장치로 적재할 것인지를 결정
• Demand Fetch 요구 반입
  • 실행 중인 프로그램이 특정 프로그램이나 데이터 등의 참조를 요구할 때 적재
• Anticipatory Fetch 예상 반입
  • 실행 중인 프로그램에 의해 참조될 프로그램이나 데이터를 미리 예상하여 적재

2. Placement 전략

• 새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지를 결정
• First Fit 최초 적합
  • 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 첫번째 분할 영역에 배치
• Best Fit 최적 적합
  • 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈영역 중에서 빈 기억공간을 가장 작게 남기는 분할 영역에 배치
• Worst Fit 최악 적합
  • 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈영역 중에서 빈 기억공간을 가장 많게 남기는 분할 영역에 배치

3. Replacement 전략

• Swapping 스와핑 기법
  • 주기억장치의 모든 영역이 이미 사용중인 상태에서 새로운 프로그램이나 데이터를 주기억장치에 배치하려고할 때 사용중인 어느 영역을 교체하여 사용할 것인지 결정
  • Swap Out
    • 주기억장치의 프로그램이 보조기억장치로 이동
  • Swap In
    • 보조기억장치에서 주기억장치로 이동
• 스와핑 기법은 가상 기억장치의 페이징 기법으로 발전
  • FIFO; First In First Out, 선입선출
  • OPT; OPTimeal replacement, 최적교체
  • LRU; Least Recently Used, 최근 오래 사용 않은 페이지 교체
  • LFU; Least Frequently Used, 사용 빈도가 가장 작은 페이지
  • NUR; Not Used Recently, 최근 사용 않은 페이지 교체
  • SCR; Second Chance Replacement, 2차 기회 교체

주기억장치 할당 기법의 개념

• 프로그램이나 데이터를 실행시키기 위해 주기억장치에 어떻게 할당할 것인지에 대한 내용

주기억장치 할당 기법의 종류

• 연속 할당 기법
  • 프로그램을 주기억장치에 연속적으로 할당하는 기법
  • 단일 분할 할당 기법
    • 운영체제영역과 단일 사용자 영역으로 분할
    • 오버레이
      • 주기억장치보다 큰 프로그램 실행 기법
    • 스와핑
      • 주기억장치 프로그램을 보조기억장치 이동
  • 다중 분할 할당 기법
    • 사용자 영역을 여러 개의 고정된 크기로 분할
    • 고정 분할(정적) 할당
      • 사용자 영역을 여러 개의 고정된 크기로 분할
    • 가변 분할(동적) 할당
      • 프로그램의 필요한 크기로 영역 분할, 고정 분할 할당 기법의 영역 내의 단편화 해결
• 분산 할당 기법
  • 가상기억장치의 내용을 특정 단위의 조각으로 나누어 주기억장치 내에 분산하여 할당하는 기법
  • 페이징 기법
  • 세그먼트 기법

가상기억장치의 개념

• VMU; Virtual Memory Unit 보조기억장치의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 것
• 주기억장치의 용량 보다 큰 프로그램을 실행하기 위해 사용
• 주기억장칭의 이용률과 다중 프로그래밍의 효율성 제고
• 가상기억장치에 저장된 프로그램을 실행하려면 가상기억장치의 주소를 기억장치의 주소로 바꾸는 주소 변환 작업이 필요
• 블록 단위로 나누어 사용하므로 연속 할당 방식에서 발생할 수 있는 단편화를 해결할 수 있음
• 프로그램을 여러 개의 작은 블록 단위로 나누어서 가상기억장치에 보관해놓고, 프로그램 실행시 요구되는 블록만 주기억장치에 불연속적으로 할당하여 처리

1. Paging 페이징 기법

• 가상기억장치에 보관되어있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 나눠진 가상기억장치의 프로그램을 주기억장치의 영역인 페이지 프레임에 적재시켜 실행하는 기법
  • 페이지 크기
    • 1 ~ 4KB
• 외부 단편화는 발생하지 않으나 내부 단편화 발생
  • 내부 단편화
    • 사용할 프로그램이 16KB일 때 페이지 크기를 4KB씩 나누면 2KB 단편화 발생
• 주소 변환을 위해서는 페이지의 위치 정보를 가지고 있는 페이지 맵 테이블(Page Map Table)이 필요
• 페이징에서 가상주소는 (p,d)로 표현하며, p는 참조하는 항목이 잇는 가상메모리의 페이지, d는 페이지 안에서 참조하는 항목이 위치한 변위
• 실제 주소 변환은 페이지 프레임 크기가 ps일 때 p`*ps+d

2. Segmentation 세그멘테이션 기법

• 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적인 단위로 나눈 후 주기억장치에 적재시켜 실행시키는 방법
• 내부 단편화는 발생하지 않으나 외부 단편화가 발생
• 세그먼트가 주기억장치에 적재될 때 다른 세그먼트에게 할당된 영역을 침범할 수 없으며, 이를 위해 기억장치보호키가 필요
• 주소 변환을 위해서는 세그먼트가 존재하는 위치 정보를 가지고 있는 세그먼트 맵 테이블 이 필요
• 세그먼테이션 가상주소는 (s,d)로 표현하며, s는 참조하는 항목이 있는 가상메모리의 세그먼트 번호, d느 세그먼트 s에서 참조하는 항목부터 있는 곳까지의 변위
• 실제 주소 변환은 세그먼트 번호의 주기억장치 시작주소가 s`일 때 s` +d

페이지 교체 알고리즘 개념

• CPU가 액세스한 가상 페이지가 주기억장치에 없는 페이지 부재 Page Fault가 발생했을 때, 가상기억장치의 필요한 페이지를 주기억장치에 적재해야 함
• 주기억장치의 모든 페이지 프레임이 사용 중 이라면 어떤 페이지 프레임을 선택하여 교체할 것인지 결정

페이지 교체 알고리즘 종류

1. FIFO; First In First Out, 선입선출

• 각 페이지가 주기억장치에 적재될 때마다 그때의 시간을 기억시켜 가장 먼저 들어와서 가장 오래 있었던 페이지를 교체하는 기법
• ex) 2개의 프레임을 수용할 수 있는 주기억장치에서 FIFO 알고리즘을 사용할 경우 페이지 결함의 발생횟수는?
  페이지 참조 순서 : 1, 2, 1, 3, 2, 4
  답 : 4
  해설
  - 2개의 프레임에는 1, 2 가 들어가면서 결함 발생 합 2회 (1, 2)
  - 1은 그대로 (1, 2, 1)
  - 가장 오래된 것은 첫 번째 프레임이므로 여기에 3이 들어가면서 결함 발생 3회 (1, 2, 1, 3)
  - 2는 그대로 (1, 2, 1, 3, 2)
  - 2가 3보다 오래 있었으므로 여기에 4가 들어가면서 결함 발생 4회 (1, 2, 1, 3, 2, 4)
  -

2. LRU(Least Recently Used)

• 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체
• 각 페이지마다 계수기 counter 나 스택 stack 을 두어 현 시점에서 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체
• ex) 2개의 프레임을 수용할 수 있는 주기억장치에서 LRU 알고리즘을 사용할 경우 페이지 결함의 발생횟수는?
  페이지 참조 순서 : 1, 2, 1, 3, 2, 4
  답 : 5
  해설
  - 2개의 프레임에 1, 2 가 들어가면서 결함 발생 합 2회 (1, 2)
  - 1 그대로 (1, 2, 1)
  - 1은 최근에 들어왔으므로 3은 두 번째 프레임에 들어가면서 결함 발생 3회 (1, 2, 1, 3)
  - 3은 최근에 들어왔으므로 2는 첫 번째 프레임에 들어가면서 결함 발생 4회 (1, 2, 1, 3, 2)
  - 2는 최근에 들어왔으므로 4는 두 번 째 프레임에 들어가면서 결함 발생 5회 (1, 2, 1, 3, 2, 4)
  -

3. NUR(Not Used Recently)

• 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법
• 최근에 사용 여부를 확인하기 위해서 각 페이지마다 참조 비트와 변형 비트 2개의 비트를 사용
  • Reference Bit : 페이지 호출될 때1, 호출되지 않을 때 0 지정
  • Modified Bit : 페이지 내용 변경될 때1, 변경되지 않을 때 0 지정
• 참조비트와 변경비트의 값에 따른 교체될 페이지 순서가 결정됨
• ![NUR]](/images/정보처리기사/0504_11.png)

4. OPT; OPTimal Replacement, 최적 교체

• 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체하는 기법
• 페이지 부재 횟수가 가장 적게 발생하는 가장 효율적인 알고리즘

5. LFU; Least Frequently Used

• 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체하는 기법
• 활발하게 사용되는 페이지는 사용 횟수가 많아 교체하지 않고 사용

6. SCR; Second Chance Replacement

• 가장 오랫동안 주기억장치에 있던 페이지 중 자주 사용되는 페이지의 교체를 방지하면 FIFO 기법의 단점을 보완하는 기법

가상기억장치의 기타 관리

1. Locality 지역성, 구역성

• 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부페이지만 집중적으로 참조하는 성질
• Temporal Locality 시간 구역성
  • 프로세스가 실행되면서 하나의 페이지를 일정 시간 동안 집중적으로 액세스하는 현상
  • 기억장소
    • Loop
    • Stack
    • Sub
    • Routine
    • Counting
• Spatial Locality 공간 구역성
  • 프로세스 실행시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스하는 현상
  • 차몾한 페이지의 근처에 있는 페이지를 참조할 가능성이 높음
  • 기억장소
    • Array
    • Traversal
    • 순차적 코드의 실행

2. Working Set 워킹 셋

• 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
• 자주 참조되는 워킹 셋을 주기억장치에 상주시킴으로써 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어듦
• 시간이 지남에 따라 자주 참조하는 페이지의 집합이 변화하기 때문에 워킹 셋도 시간에 따라 변경됨

3. Thrashing 스래싱

• 프로세스의 처리 시간 보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아 지는 현상
• 프로세스들 간의 메모리 경쟁으로 지나치게 페이지 폴트가 발생하여 전체 시스템의 성능이 저하되는 현상
• 다중 프로그래밍 시스템이나 가상기억장치를 사용하는 시스템에서 하나의 프로세스 수행 과정 중 자주 페이지 부재가 발생함으로써 나타나는 현상으로, 전체 시스템의 성능이 저하됨
• 스래싱 현상 방지 방법
  • 다중 프로그래밍 정도를 적정 수준으로 유지
  • 페이지 부재 빈도를 조절하여 사용
  • 워킹 셋을 유지
  • 부족한 자원을 증설하고, 일부 프로세스를 중단시킴
  • CPU 성능에 대한 자료의 지속적인 관리 및 분석으로 임계치를 예상하여 운영