1. 메모리의 종류는 어떤것들이 있나요? 각 메모리의 특징도 함께 적어주세요.

1. 레지스터

   1. CPU 내에 존재하며 가장 빠른 기억장치

   2. 휘발성 메모리(컴퓨터가 종료되면 데이터가 사라짐)

   3. 적은 용량, 높은 가격

2. 캐시

   1. 레지스터와 메인 메모리의 속도 차이를 줄이기 위해 메인 메모리에서 미리 필요할 것 같은 데이터를 미리 저장

   2. 휘발성 메모리

   3. L1 ~ L3 여러 개의 캐시로 구분

3. 메인메모리

   1. 실제 운영체제와 프로세스가 저장되는 공간

   2. 휘발성 메모라

4. 보조저장장치

   1. 비휘발성 메모리(컴퓨터가 종료되어도 데이터가 사라지지 않음)

   2. 프로그램, 파일 등을 저장

2. 사용자 프로세스가 메모리의 운영체제 영역에 침범하지 못하도록 만든 레지스터는 어떤 레지스터일까요?

메모리의 운영체제 영역에 사용자 프로세스가 침범하게 되면 운영체제가 동작하지 않을 수도 있기 때문에, 경계 레지스터는 사용자 프로세스가 접근할 수 있는 메모리 영역을 제한하여 운영체제의 메모리에 침범하지 못하도록 보호하는 역할을 한다.

3. 메모리 할당 방식에서 가변 분할 방식과 고정 분할 방식의 장단점은 뭔가요?

가변 분할 방식은 프로세스의 크기에 따라 메모리를 분할하여 동적으로 할당하는 방식을 의미한다. 필요한 크기만큼 할당하기에 메모리의 활용도나 다양한 크기의 프로세스를 한 번에 저장할 수 있다는 장점이 있다. 단점으로는 분할된 공간이 일정하지 않아, 외부 단편화가 발생하고 비어있는 메모리가 많아진다면 조각 모음이 필요해진다는 단점이 있다. 세그멘테이션 또한 가변 분할 방식이며, 프로세스의 모듈을 세그먼트로 구분하여 필요한 모듈을 분리하여 메모리에 올려 관리할 수 있다는 장점이 있다.

고정 분할 방식은 메모리를 정해진 크기의 파티션으로 나누어 프로세스를 할당하는 방식을 의미한다. 정해진 크기에 맞춰 프로세스가 분할되어 저장되기에 구현이 빠르고 오버헤드가 적으며 외부 단편화가 발생하지 않는다는 장점이 있다. 하지만 파티션의 크기보다 작은 프로세스가 저장되면 내부 단편화가 발생한다는 단점이 있다. 페이징은 고정 분할 방식이며 프로세스를 일정한 페이지로 분할하여 프로세스를 나누고 메인 메모리는 프레임으로 나누어 페이지 테이블을 통해 논리 주소를 물리 주소로 변환시킬 수 있다.

고정 분할 방식은 고정된 크기에 따라서 메모리를 분할하는 기법을 의미한다. 페이징이라고도 하며,

4. CPU 사용률을 올리기 위해 멀티프로그래밍을 올렸지만 스왑이 더 많이 이루어져 CPU 사용률이 0%에 가까워 지는 것을 뭐라고 할까요?

멀티 프로그래밍이란 CPU가 한 번에 여러 개의 프로세스를 실행하는 방식을 의미한다. 메모리에 여러 프로세스를 올려 스케쥴링 기법에 따라서 효율적으로 CPU 사용률을 높이는 방식이다. 하지만 메인 메모리의 공간에는 물리적으로 한계가 있기 때문에 여러 프로세스가 실행될 수록 메인 메모리에 저장할 수 있는 공간이 부족해져 필요하지 않은 페이지는 스왑 영역에 저장되게 된다.

이 때, 계속되는 컨텍스트 스위칭으로 찾으려는 데이터가 메인 메모리에 없으면 page fault 를 발생시키는데, page fault는 운영체제 trap을 발동시켜 실행 중인 프로세스를 대기 상태로 만들고 스왑 영역에서 데이터를 찾아 다시 메인 메모리에 올리고 페이지 테이블을 수정시킨 뒤 프로세스를 재실행 시키게 된다. 이런 page fault로 인한 자원 소요가 멀티 프로그래밍으로 인해 점차 늘어나게 되고 결국, CPU의 사용률이 떨어지는 것을 스레싱(Thrashing)이라고 한다.

이를 해결하기 위해서 워킹셋(Working set)을 설정할 수 있는데, 워킹셋은 지역성 이론에 따라 최근 가장 많이 조회된 페이지들의 집합을 저장하는 기법이다. 워킹셋은 현재 진행 중인 페이지들에 따라 계속해서 변화하며 운영체제는 워킹셋을 모니터링하며 충분한 프레임이 남으면 프로세스를 더 실행시키고, 워킹셋의 총합보다 프레임의 수가 초과되면 프로세스를 중지시키며 적절한 수의 프로세스를 조절할 수 있다.

5. HDD나 SSD는 컴퓨터를 실행시키는데 꼭 필요한 걸까요?

    

    

    

   '컴퓨터를 실행' 시키기 위해서는 HDD나 SDD가 꼭 필요하진 않다.

    

   컴퓨터 전원 버튼을 누르면 ROM에 저장되어 있는 BIOS가 실행되면서 CPU, RAM, 하드웨어 등에 이상이 있는지 확인하고 이상이 없다면 하드 디스크에 저장되어 있는 마스터 부트 레코드를 메모리에 올려 운영체제를 실행시킨다. 하지만 하드 디스크가 없기 때문에 운영체제는 실행하지 못하고 단순히 컴퓨터의 기본적인 부팅만 가능하다. 즉, 컴퓨터는 실행 시킬 수 있지만 운영체제가 없기 때문에 컴퓨터를 통해서 어떠한 작업을 진행할 수는 없다.

    

   그렇다면 운영체제를 HDD나 SSD가 아닌 곳에 저장을 시켜서 컴퓨터를 실행시킬 수 있나?

    

   휘발성 메모리는 전기가 통하지 않으면 데이터가 사라지니, 비휘발성 메모리에 저장을 시켜야 하고 과거, 윈도우를 구매할 때 USB나 CD에 담아서 판매하는 것을 봤던 기억이 있다. BIOS는 우선적으로 HDD나 SSD에서 부팅 장치를 찾지만 이 후, USB 드라이브 혹은 CD 등에서 부팅 가능한 장치를 찾아서 부트 로더를 실행 시킬 수 있을 것 같다.

    

    

6. 파일을 삭제해도 포렌식으로 파일을 복구할 수 있는 이유가 무엇일까요?

디스크의 공간을 일정한 크기로 나눈 블록에 파일을 분할하여 저장된다. 파일의 헤더에는 파일명, 크기, 생성 시간 등 메타 데이터가 저장되어 있는데, 파일을 삭제하면 디스크에서 해당 데이터를 제거하는 것이 아닌 파일의 헤더만 제거하게 된다. 파일의 헤더가 제거되면 더 이상 파일을 참조할 수 없어, 읽고 쓰는 것이 불가하게 된다. 파일이 저장되어 있던 블록은 free block list로 연결되게 되고 새로운 파일이 해당 블록을 덮어쓰기 전까지는 혹은 해당 블록에 쓰여져 있던 데이터보다 작은 데이터가 덮어 씌어진 다면 남은 부분에 대해서는 이전 데이터를 포렌식으로 복구할 수 있게 된다. 즉, 덮어씌어진 부분을 제외하면 파일 데이터는 물리적으로 계속 남아있다.

📒 회고

이번에도 미션을 진행하면서 단순히 강의 이론에 대한 내용을 회고할 뿐만 아니라 강의에서 배운 내용을 응용해볼 수 있는 질문에 답변해볼 수 있어서 인상 깊었던 것 같다. 강의 초반에 배웠었던 BIOS 부터 복습해보면서 컴퓨터를 실행하였을 때, 어느 순서대로 동작이 되는지 다시 한 번 찾아보기도 하였으며 답변을 하며 스스로 떠오르는 질문에 대해서도 자료를 찾아보며 '이렇게 동작하지 않을까?' 라는 생각을 이어나가볼 수 있었다. 다만 조금 아쉬운 것은 이론적으로 컴퓨터의 동작을 추측해본 것에만 그치고 '실제로 그렇게 동작하는 가?' 라는 것에 대해서는 확신이 없없다는 것이고, 미션에 대한 답이 나오면 다시 해당 내용을 찾아볼 생각이다.