[OS] 컴퓨터 성능 향상 기술

1. 버퍼

• 버퍼란, 속도에 차이가 있는 두 장치 사이에서 그 차이를 완화하는 역할을 합니다.
• 데이터 읽기 쓰기가 일어날 때마다 하나씩 전송하면 비효율적이기 때문에 일정량의 데이터를 모아서 처리합니다.

 

2. 스풀

• CPU와 I/O 장치가 독립적으로 동작하도록 고안된 소프트웨어적인 버퍼입니다.
• 대표적인 예는 프린터가 있습니다. (문서 작업, 출력 작업이 독립적으로 동작)

 

3. 캐시

• CPU가 메모리 사이에 위치한 속도가 빠른 장치와 느린 장치에서 속도 차이에 따른 병목 현상을 줄이기 위한 메모리입니다.
• CPU가 메모리(주기억장치)에서 저장된 데이터를 읽어올 때, 자주 사용하는 데이터를 캐시 메모리에 저장한 뒤, 다음에 이용할 때 주기억장치가 아닌 캐시 메모리에서 먼저 가져오면서 속도를 향상합니다.
• 메모리에 접근하기 전에 캐시에 먼저 방문해 원하는 데이터가 있는지 확인합니다.
  • 원하는 데이터가 있다 -> 캐시 히트
  • 원하는 데이터가 없다 -> 캐시 미스
  • 캐시가 히트되는 확률 -> 캐시 적중률 (보통 90%)
• 듀얼 코어 프로세서의 캐시 메모리 : 각 코어마다 독립된 L1 캐시 메모리를 가지고, 두 코어가 공유하는 L2 캐시 메모리가 내장되어있습니다.

 

4. 저장 장치의 계층 구조

• 비싸고 속도가 빠른 저장장치를 cpu 가까운 곳에 배치하여 성능을 향상하는 구조입니다.
• 다음 사진에서 위로 갈수록 비싸고 속도가 빠릅니다.

 

5. 인터럽트

• 프로그램의 실행과 상관없이 비동기적 이벤트를 처리하기 위한 기법입니다.
• 네트워크 패킷 도착 이벤트, I/O 요청 같은 이벤트에 사용됩니다.
• 인터럽트 처리 순서
  1. 다른 인터럽트를 차단합니다.
  2. 현재 실행 상태(State)를 PCB에 저장합니다.
  3. ISR(Interrupt Service Routine)로 점프합니다.
  4. 저장한 실행 상태(State)를 복원합니다.
  5. 인터럽트로 중단된 지점부터 다시 시작합니다.

 

번외. I/O 처리 기법 정리

Polling(풀링)

- Loop 안에서 특정 이벤트의 도착 여부를 확인하면서 기다리는 방법입니다.

- CPU가 계속해서 I/O 처리가 다 됐는지 확인합니다.

- 이벤트 도착 시간이 길 경우, CPU Time을 낭비합니다.

 

Direct Memory Access(DMA)

- DMA Controller라는 프로세서를 사용합니다. (I/O만을 위한 전용 프로세서)

- CPU가 DMA Controller에게 I/O를 요청하면 CPU를 대신하여 작업을 수행합니다.

- 작업이 완료되면 인터럽트를 통해 CPU에게 알립니다.

- I/O 작업이 진행되는 동안 CPU는 자유롭게 일할 수 있습니다.