스레싱(Thrashing) / ①

문제10) 스레싱(Thrashing)

 

답)

 

1. CPU 이용률 저하현상, 스레싱(Thrashing) 의 개요

 

운영체제의 CPU 사용률 검사, 페이지에 대한 지역성 이용, Hit Ratio 높이는 정책으로 페이지 부재 연속 발생하여 잦은 페이지 교환 등에 성능이 급격히 저하되는 현상이 발생 Locality 기반한 Working Set 과 Page Fault Frequency 를 조정, 예방관리 대응함

 

2. 스레싱의 개념 및 발생 원인 설명

가. 스레싱의 개념

 

개념	프로세스가 과도한 멀티프로그래밍과 지역성 부족으로 페이지 부재율이 증가하여 CPU가 정상 처리보다 잦은 페이지 교체 리소스 부족으로 성능이 저하 되는 현상

 

나. 스레싱 발생 원인 설명

 

원인구분	발생환경	현상설명
Locality 부족성	저용량 Memory	계속 페이지 부재 발생 성능 저하
	저사양 CPU
부적절한 페이지 교체 정책	Locality 미고려	CPU 이용률 감소 새로운 프로세스의 추가 적재
	페이지빈도 미고려
과도한 멀티프로그래밍	할당 Frame 감소	페이지 부재 발생 CPU 이용률 지속적 감소
	Page Fault 증가
지역성 기반한 Working Set 과 페이지 부재율 기반의 PFF(Page Fault Frequency) 관리하여 예방가능

 

3. 스레싱의 예방책, Working Set 모델과 PFF 설명

가. 지역성 기반 예방책, Working Set 모델 설명

 

구분	설명
개념	지역성을 표현하는 Working Set 을 메모리에 상주하게 하고 Working Set 모니터링, Frame 할당 크기 조정하여 스레싱 최소화하는 기법
Working Set 정책
	시점 t에서 프로세스의 Working set, W(t, △t)는 해당 프로세스가 [t-△t,t] 시간 동안 참조한 페이지들의 집합 △t는 일정 크기 시간, 윈도 크기(Window Size), 시스템에 의해 적절한 값 정해짐
Working Set 운영 프로세스
	① t0부터 처음 참조되는 페이지들은 부재 발생 점차 Working set 증가 ② t1에서 최대 크기인 5가됨 ③ t2 : (세 개의 페이지로 Loop 1 을 구성하는 동안에는)일정한 크기(=3)로 유지됨 ④ Loop 2 부분, t3에서 5개로 증가했던 Working set 은 점점 감소 ⑤ t4에서와 같이 페이지 두 개로 구성되는 강한 지역성을 드러냄
최소화 방안	① Working set 이 작아지면 프레임을 회수하고 ② 회수하고 커지게 되면 그만큼 프레임을 더 할당해 주는 가변 할당이 필요
지역성의 기반의 운영체제 메모리 모니터링, Working Set관리 정책으로 발생 최소화 함

 

나. 페이지 부채율 기반 스레싱 예방책, PFF(Page Fault Frequency) 설명

구분	설명
PFF 개념도
PFF 개념	페이지 부재율의 상한(Upper Bound)와 하한(Lower Bound)을 기반으로 페이지 부재율을 예측 조정하는 기법
PFF 프로세스	① 페이지 부재율 > 상한 값 (Upper Bound) => 추가 프레임 할당
	② 페이지 부재율 < 하한 값(Lower Bound) => 할당 프레임 회수 중지시킬 프로세스를 선택하고, 해당 프로세스에 할당된 프레임을 회수해 다른 프로세스로 분해
특징	페이지 부재 발생 시에만 실행하여 오버헤드 감소 페이지 부재 발생시간 간격을 비교하여 부재율 산출
활용 시 고려사항	① 페이지 잠금 비티(Lock bit)의 활용 ② Working Set 과 Pre-Paging
직접적인 스레싱 방지 기법으로서 루틴 프로세스 프로그램 구조 개선을 통해 지역성 확보 필요

4. 효과적인 스레싱 대응 위한 고려사항

 

구분	설명
Pre-Paging	과도한 페이지 부재율 증가 방지, 관련된 모든 페이지 사전 메모리 로딩
Page Size 관리	페이지 부재율 감소 위해 충분한 공간 프레임 페이지 설정, 통계적 기법
Inverted Page Table	실제 프레임에 페이지 저장 페이지 테이블 위한 메모리 공간 감소 기법
Program Structure	프로그램 개발 시 지역성 고려, 개발언어 특성, 메모리 활용방법 고려 적용

 

 

---

 

공감과 댓글은 아이티신비에게 큰 힘이 됩니다.

블로그 글이 유용하다면 블로그를 구독해주세요.♥