스래싱 (Thrashing)

Jan 27, 2026

핵심 개념

스래싱(Thrashing)은 프로세스가 실제 작업보다 페이징에 더 많은 시간을 소비하는 현상입니다. 멀티프로그래밍 수준을 높이면 CPU 활용률이 증가하지만, 어느 시점을 넘으면 급격히 감소합니다.

동작 원리

스래싱 발생 메커니즘

CPU 활용률 낮음 → OS가 멀티프로그래밍 수준 증가
새 프로세스가 기존 프로세스의 프레임 빼앗음 (Global replacement)
프레임 부족한 프로세스들이 페이지 폴트 발생
폴트 처리를 위해 다른 프로세스 프레임 빼앗음 → 연쇄 반응
모든 프로세스가 paging device 큐에서 대기
Ready queue 비어감 → CPU 활용률 더 감소 → 악순환

CPU utilization
      │
      │         ╭──── 최적점
      │        ╱  ╲
      │       ╱    ╲
      │      ╱      ╲ thrashing
      │     ╱        ╲
      │    ╱          ╲
      └───────────────────────→
        degree of multiprogramming

Locality (지역성) 모델

프로세스는 locality에서 locality로 이동하며 실행됩니다. 현재 locality를 담을 프레임이 충분하면 페이지 폴트가 거의 발생하지 않습니다.

page numbers
     │    ┌───┐        ┌───┐
  34 │    │   │        │   │
  30 │    │   │        │   │
  26 │    │   │        │   │
  22 │ ───┘   │        │   │
  18 │        └────────┘   └───
     └──────────────────────────→ execution time
         locality A    locality B

스래싱 방지 전략

1. Working-Set Model: Δ(델타) 윈도우 내 참조된 페이지 집합 = Working Set. 각 프로세스에 Working Set 크기만큼 프레임을 할당하고, 총 요구가 가용 프레임을 초과하면 프로세스를 suspend합니다.

2. Page-Fault Frequency (PFF): 페이지 폴트 빈도를 직접 모니터링하여, 상한선 초과 시 프레임 추가 할당, 하한선 미달 시 프레임 회수합니다.

page-fault rate
      │
      │  increase frames
      │  ─────────────── upper bound
      │
      │  ─────────────── lower bound
      │  decrease frames
      └──────────────────────→
              number of frames

3. Local Replacement: 한 프로세스의 스래싱이 다른 프로세스에 직접 전파되지 않도록 합니다.

해결책 비교

해결책	장점	단점
Local replacement	스래싱 격리	메모리 활용도 감소
Working-set	이론적으로 우수	구현 복잡, 오버헤드
PFF	직접적 제어	반응 시간 지연 가능
메모리 추가	근본적 해결	비용

예시

충분한 물리 메모리 확보가 최선의 방법입니다. 스마트폰부터 서버까지, working set을 메모리에 유지할 수 있도록 설계하는 것이 중요합니다.