27. 운영체제 [메모리, 캐시]

27. 운영체제 [메모리, 캐시]

출처 : 면접을 위한 CS전공지식 노트(책 / 강의)

 

메모리 계층

레지스터, 캐시는 CPU 내부에 존재한다

메인 메모리는 RAM을 가리키고, 주기억장치다

• 일부 하드 디스크의 메모리를 복사해서, 임시 저장 후, CPU에 빠르게 전달을 한

 

레지스터는 속도가 빠르지만, 용량이 적다

 

하드 디스크는 속도는 느리지만, 용량이 많다

 

이런 점들을 보완하기 위해, 메모리 계층 구조를 사용한다

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캐시

데이터를 미리 저장해 놓은 임시 저장소이다

빠른 장치와 느린 장치 사이에서 속도 차이를 줄이는 역할을 하는 메모리다

예를 들어서 CPU와 메모리 속도 차이가 많이 나기 때문에, 레지스터를 캐싱 계층으로 둬서, 속도 차이에서 나타나는 병목 현상을 줄인다

• 메인 메모리도 캐시 메모리와 하드 디스크 (보조 기억 장치)의 캐싱 계층이라고 할 수 있다

 

지역성의 원리

캐시 계층이 아닌, 캐시를 직접 설정할 때에는 자주 사용하는 데이터를 기반으로 임시 저장을 한다

 

시간 지역성

• 최근 사용한 데이터를 다시 접근하는 것이다

 

공간 지역성

• 최근 사용한 데이터의 공간에 접근을 하는 것이다

 

캐시 히트와 캐시 미스

• 캐시에서 찾고자 하는 데이터를 찾으면 캐시 히트다
• 반대로 캐시에서 찾고자 하는 데이터를 못 찾고, RAM (주 메모리)에서 새로운 데이터를 찾을 때는 캐시 미스다
  • 데이터 스와핑이 이루어질 수 있다

 

 

웹 브라우저의 캐시

웹 브라우저의 캐시, 즉 소프트워에 캐시에는 대표적으로 쿠키, 로컬 스토리지, 세션 스토리지가 있다

 

쿠키

• 주로 민감한 데이터를 다룬다
  • 예) 사용자 정보
• key와 value로 사용자의 행동 패턴 또는 정보를 저장하는 저장소 역할을 한다
• 그리고 만료 기한이 있고, 4KB까지 저장을 할 수 있다

 

로컬 스토리지

• key와 value로 데이터를 저장한다
• 10MB까지 저장할 수 있으며, 사용자가 데이터를 삭제하는 것이 아니면 만료 기한이 없다

 

세션 스토리지

• key와 value로 데이터를 저장한다
• 탭이 닫히면 데이터가 자동으로 사라진다
• 5MB까지 저장이 가능하다

 

 

캐시 매핑

캐시의 메모리는 작다

즉 메인 메모리에 저장되어 있는 데이터 일부 만을 임시로 저장을 시켜놓을 수 있다

여기서 메인 메모리의 일부 데이터를 캐시에 저장하는 것을 캐시 매핑이라고 한다

 

직접 매핑 (Directed Mapping)

• 블록 별로 나눌 수 있다
  • 태그 00끼리 하나의 블록이 되는 것이다
• 캐시 안에 블록 별로 하나의 데이터를 메인 메모리에서 꺼내 올 수 있다
  • 만약에 A, E, I 라는 데이터를 사용하고 싶다면, 3번을 스와핑을 해줘야 한다
  • A, E, I 는 같은 00 블록을 사용하기 때문에, 캐시 안에 다른 블록에 저장을 할 수 없다
  • 즉 A를 가지고 오고, 다음에는 E로 스와핑을 하고, I로 스와핑을 해야 한다
• 반대로 A, B, C, D를 필요로 하면, 한번에 데이터를 가지고 올 수 있다
  • 다 다른 블록에 존재한다

 

연관 매핑 (Associative Mapping)

• 그냥 블록이나 어느 데이터 상관 없이 캐시에 올리는 것이다
• 스와핑이 적고, 충돌이 적다
• 하지만, 캐시의 모든 블록을 탐색해야 해서, 느리다

 

집합 연관 매핑 (Set Associative Mapping)

• 직접 매핑과 연관 매핑을 합친 것
• 직접 매핑처럼, 집합으로 순서를 일치시킨다
• 위와 같이 세트 1에는 주소가 0인 데이터를 집어 넣을 수 있다
  • 그리고 그것을 기반으로 데이터를 매핑하면 된다