메모리 페이징은 컴퓨터 시스템에서 가상 메모리를 물리적인 메모리로 매핑하는 메모리 관리 기술입니다. 이를 통해 프로세스는 연속적인 물리적 메모리 공간을 필요로 하지 않고, 가상 주소 공간을 일정한 크기의 페이지로 분할하여 필요한 페이지만 물리 메모리에 적재할 수 있습니다. 일반적으로 메모리 페이징은 다음과 같은 과정을 따릅니다.

1. 가상 주소 공간 분할: 가상 주소 공간은 고정된 크기의 페이지로 나누어집니다. 각 페이지는 고유한 가상 주소를 가지며, 프로세스의 논리적 단위로 사용됩니다.
2. 페이지 테이블: 페이지 테이블은 가상 주소와 물리 주소 간의 매핑 정보를 저장하는 데이터 구조입니다. 페이지 테이블은 가상 주소의 페이지 번호를 물리 메모리의 프레임 번호에 매핑하여 해당 페이지가 저장된 물리적인 위치를 추적합니다.
3. 페이지 폴트: 프로세스가 실행될 때 필요한 페이지가 물리 메모리에 없는 경우, 페이지 폴트가 발생합니다. 이는 해당 페이지가 디스크의 보조 저장소에 저장되어 있음을 의미합니다.
4. 페이지 폴트 처리: 페이지 폴트가 발생하면 운영체제는 필요한 페이지를 디스크에서 물리 메모리로 가져와 페이지 테이블을 업데이트합니다. 이를 통해 해당 페이지에 접근할 수 있게 됩니다.

메모리 페이징은 가상 메모리의 효율적인 관리를 가능하게 하고, 프로세스 간의 메모리 보호를 제공하며, 물리 메모리의 효율성을 높이는 등의 이점을 제공합니다. 또한, 메모리 페이징은 프로세스의 가상 주소 공간을 물리 메모리보다 크게 설정할 수 있어서 더 많은 프로세스를 동시에 실행할 수 있는 장점이 있습니다. 메모리 페이징은 많은 이점을 제공하지만, 몇 가지 단점도 가지고 있습니다. 주요한 단점은 다음과 같습니다.

1. 페이지 폴트 오버헤드: 페이지 폴트가 발생할 때마다 해당 페이지를 디스크에서 물리 메모리로 가져와야 합니다. 이 작업은 디스크 I/O 작업을 동반하며, 디스크 액세스 시간이 물리적 메모리 액세스 시간보다 훨씬 길기 때문에 오버헤드가 발생합니다. 이로 인해 프로세스의 실행 속도가 저하될 수 있습니다.
2. 내부 단편화: 메모리 페이징은 물리적인 메모리를 고정 크기의 페이지로 분할합니다. 이로 인해 작은 크기의 프로세스나 메모리 공간이 페이지 크기보다 작을 경우에는 페이지 내부에 여분의 공간이 낭비되는 내부 단편화 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 물리 메모리의 효율성을 낮출 수 있습니다.
3. 외부 단편화: 페이지 테이블과 페이지 데이터는 물리 메모리에 연속적으로 배치되지 않고 분산되어 저장됩니다. 이로 인해 프로세스들이 메모리에 로드되고 제거될 때, 사용 가능한 연속된 물리 메모리 공간을 유지하기 어려울 수 있습니다. 이러한 외부 단편화는 메모리 관리 알고리즘을 사용하여 완화할 수 있지만, 일부 공간 낭비를 초래할 수 있습니다.
4. 페이지 테이블 오버헤드: 페이지 테이블은 각 프로세스마다 필요하며, 가상 주소 공간의 크기에 따라 매우 크거나 복잡해질 수 있습니다. 따라서 페이지 테이블의 유지 및 액세스에 대한 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

이러한 단점들은 메모리 페이징을 사용할 때 고려해야 할 사항입니다. 성능 향상과 메모리 사용 효율성을 극대화하기 위해 적절한 페이지 크기, 페이지 교체 알고리즘, 메모리 관리 정책 등을 선택하고 구현해야 합니다.

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