[CS] 메모리란?

CF) CPU : '메모리'에 올라와 있는 프로그램의 명령어들을 실행할 뿐.

    1. 메모리 계층 : 레지스터, 캐시, 저장장치.

- 레지스터 : CPU 안에 있는 작은 메모리. 휘발성. 속도 : 가장 빠름. 기억용량 : 가장 적음.
- 캐시 : L1, L2 캐시를 지칭. 휘발성. 속도 빠름. 기억용량 적음. (L3캐시도 있음).
- 메모리(RAM, 주기억장치) : RAM. 휘발성. 속도 : 보통. 기억용량 : 보통.
    ㄴ HDD로부터 일정량의 데이터를 복사, 임시저장 후 필요시마다 CPU 에 전달.
- 보조기억장치 : HDD, SDD를 일컬음. 휘발성. 속도낮음, 기억용량 많음.

        1] 캐시(cache) : 데이터를 미리 복사해 놓는 임시 저장소.

            - 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목현상을 줄이기 위한 메모리.

               ㄴ 데이터를 접근하는데 시간이 오래 걸리는 경우 해결, 재연산 시간 절약.

               ㄴ실제로 메모리와 CPU 사이의 속도 차이가 크기 때문에, 레지스터 계층을 통해 속도차 해결.

            - 캐싱 계층 : 속도차가 큰 계층을 완충하는 계층.

 

         * 지역성의 원리 : 자주 사용하는 데이터에 대한 근거가 되는 것.(시간/공간 지역성)

               1) 시간 지역성(temporal locality) : 최근 사용한 데이터에 다시 접근하려는 특성.

                     ㄴ ex) for문의 변수 i.

               2) 공간 지역성(spatial locality) : 최근 접근한 데이터를 이루고 있는 공간이나, 그 가까운 공간에 접근하는 특성.

                     ㄴ ex) 배열.

 

        2] 캐시히트(캐시에 원하는 데이터 有)와 캐시미스(캐시에 원하는 데이터 無)

            - 캐시히트시 : 해당 데이터를 제어장치를 거쳐 가져오게 됨.

               ㄴ 위치도 가깝고, CPU 내부 버스를 기반으로 작동하기 때문에 빠름.

            - 캐시미스시 : 해당 데이터를 메모리에서 가져오게 됨.

               ㄴ 시스템 서브를 기반으로 작동하기 때문에 느림.

 

         * 캐시 매핑 : 캐시가 히트되기 위해 매핑하는 방법.

            - CPU의 레지스터와 주 메모리(RAM)간에 데이터를 주고받을 때를 기반으로 설명.

이름	설명
직접 매핑	처리가 빠르지만 충돌발생이 잦음.
연관 매핑	순서를 일치시키지 않고 관련 있는 캐시와 메모리를 매핑. 충돌이 적지만, 속도가 느림(블록을 탐색해야 하기 때문)
집합 연관 매핑	직접 매핑과 연관 매핑을 합쳐 놓은 것. 순서는 일치시키지만, 집합을 두어 저장 -> 블록화 되어있기 때문에 검색이 효율적.

         * 웹 브라우저의 캐시(소프트 웨어의 캐시) : ex) 쿠키, 로컬스토리지, 세션스토리지

            1) 쿠키 : 만료기간이 있는 키-값 저장소.

                - same site 옵션을 strict로 설정하지 않았을 경우, 다른 도메인에서 요청했을 때 자동 전송됨.

                - 4kb 까지 저장 가능하며, 만료기간 설정 가능.

                - document.cookie로 쿠키를 볼 수 없게 httponly 옵션을 거는것이 중요.

            

            2) 로컬 스토리지 : 만료기한이 없는 키-값 저장소.

                - 10MB 까지 저장 가능하며, 웹브라우저를 닫아도 유지됨.

                - 도메인 단위로 저장, 생성됨.

                - HTML5를 지원하지 않는 웹 브라우저에서는 사용 불가능하며, 클라이언트에서만 수정 가능.

 

            3) 세션 스토리지 : 만료기한이 없는 키-값 저장소.

                - 5MB 까지 저장 가능하며, HTML5를 지원하지 않는 경우 사용 불가, 클라이언트에서만 수정 가능.

 

         * 데이터베이스의 캐싱 계층

            - 데이터베이스 시스템 구축시에도, 메인 데이터베이스 위레 레디스(REDIS) 데이터베이스 계층을 캐싱계층으로 두어 성능을 향상시키기도 함.

 

    2. 메모리 관리 : 운영체제의 대표적인 할 일 중 하나(한정된 메모리 극한 활용)

        1] 가상 메모리(virtual memory)

           - 메모리 관리 기법의 하나.

           - 컴퓨터가 실제로 이용 가능한 메모리 자원을 추상화 하여, 사용자에게 매우 큰 메모리로 보이게 만드는 것.

           - 가상주소(logical address) : 가상적으로 주어진 주소.

             ㄴ 메모리관리장치(MMU)에 의해 실제주소로 변환됨.

           - 실제주소(physical address) : 실제 메모리상에 있는 주소.

           - 가상메모리 덕분에 실제 주소를 의식할 필요 없이 프로그램을 구축 할 수 있음.

           - 페이지테이블 : 가상주소와 실제주소가 매핑되어있고 프로세스의 주소 정보가 들어있음.

             ㄴ 이 때, 속도 향상을 위해 TLB 사용

*TLB : 메모리와 CPU 사이에 있는 주소 변환을 위한 캐시.

 페이지 테이블에 있는 리스트를 보관하여 CPU가 페이지 테이블까지 가지 않도록 속도를 향상시킬 수 있는 캐시 계층.

         * 페이지 폴트(page fault) : 프로세스의 주소 공간에는 존재하지만 지금 이 컴퓨터의 RAM에는 없는 데이터에 접근 했을 경우 발생.

         * 스와핑 :