[컴퓨터구조] #13~14 추가 사설 문제

문제

1. 가상메모리의 정의와 역할에 대해 설명하세요.
2. 가상 메모리 시스템 주소와 페이지 부재(fault)에 대해 설명하세요.
3. 페이지 테이블과 Context Switching(문맥 교환)에 대해 설명하세요.
4. 가상메모리 성능개선 방법에 대해 설명하세요.
5. RAID의 정의와 종류에 대해 설명하세요.
6. SISD, MIMD, SIMD, SPMD의 차이점에 대해 설명하세요.
7. 하드웨어 멀티스레딩과 Fine-garines에 대해 설명하세요.
8. UMA와 NUMA의 차이점에 대해 설명하세요.
9. GPU 구조와 GPGPU(General Processing GPU)에 대해 설명하세요.
10. Clustering/Warehouse 개념과 특성에 대해 설명하세요.

 

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정답

1. 가상메모리는 운영체제/하이퍼바이저와 HW의 지원이 필요한 기술로, 물리메모리보다 큰 프로그램 실행 가능하도록 메모리를 디스크/SSD의 캐시역할로 사용하도록 만드는 기술입니다. 프로그램마다 가상메모리주소공간을 제공하며, 가상메모리와 물리메모리 간의 변환과정에서 페이지(page) 개념을 사용합니다.
2. 가상 메모리 시스템 주소는 가상 페이지 번호 + 페이지 오프셋(offset)으로 구성됩니다. 페이지 부재(fault)란 가상페이지의 유효비트가 0일 경우 발생하며, Swap space(file)인 물리디스크 상에 대응 공간에서 LRU(Last Recently Used) 기법을 사용하여 물리디스크에서 물리메모리로 읽어옵니다.
3. 페이지 테이블은 페이지 테이블 레지스터가 페이지 테이블의 시작주소를 가지고 있으며, Context Switching(문맥 교환)은 가상머신이나 프로세스 교체를 의미합니다.
4. 가상메모리 성능개선 방법으로는 역 페이지 테이블(inverted Page Table), 다단계 페이지 테이블, 페이지 테이블의 가상메모리화, 워킹 셋(자주 사용되는 페이지들의 집합), TLB 실패 개선(가변 페이지 크기 지원) 등이 있습니다.
5. RAID는 여러 개의 디스크를 사용해서 용량과 안정성, 읽기/쓰기 성능을 높이는 기술로, 종류로는 RAID 0(Stripping-쓰기 성능 높임), RAID 1(Mirroring-읽기 성능 높임+안정성), RAID 0+1(스트라이핑 적용 후 미러링 적용), RAID 1+0(미러링 적용 후 스트라이핑 적용), RAID 5/6(스트라이핑과 체크썸(패리티) 적용-패리티 적용해서 디스크가 1개(RAID 5)나 2개(RAID 6)가 장애가 나도 복구 가능) 등이 있습니다.
6. SISD는 단일 프로세서를 의미하며, MIMD는 멀티 프로세서를 의미합니다. SIMD는 단일 명령어, 멀티 데이터를 의미하며, SPMD는 단일 프로그램, 멀티 데이터를 의미합니다.
7. 하드웨어 멀티스레딩은 문맥 전환을 HW에서 지원해서 성능을 높이는 것으로, Fine-garines란 명령어마다 스레드를 전환하여 지연으로 인한 손실을 방지하는 것입니다(개별 스레드의 성능 저하).
8. UMA는 프로세서, 메모리 주소에 관계없이 접근시간 일정한 공유메모리 멀티프로세서를 의미하며, NUMA는 프로세서, 메모리 주소에 따라 접근시간이 다른 공유메모리 멀티프로세서를 의미합니다. NUMA는 더 크게 만들 수 있고, 가까운 메모리에 빨리 접근 가능합니다.
9. GPU 구조는 스트림 프로세서가 다수(수 천 개 단위)로 구성되어 있으며, SIMD 방식으로 동작합니다. GPGPU(General Processing GPU)는 페이지 계층에서 보호 기능을 제공하며, 요구 페이징은 지원하지 않습니다. 도메인 특화 구조로 딥러닝용 CuDNN + CUDA 드라이버가 있습니다.
10. Clustering/Warehouse는 전용 주소공간을 가지며, Message passing 방식으로 동작합니다. 신용도가 좋아지고, 빅데이터에 특화되어 있습니다. Grid와 클라우드 IaaS/PaaS/SaaS가 있습니다.

 

 

2023.06.11 - [컴퓨터구조/컴퓨터구조] - [컴퓨터구조] #13 가상메모리

2023.06.11 - [컴퓨터구조/컴퓨터구조] - [컴퓨터구조] #14 병렬프로세서