[OS] KOCW 운영체제 강의 정리 (13) | Chapter 8. Memory Management - 1

 

Chapter 8. Memory Management (메모리 관리) - (1)

 

 

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💡 Logical vs Physical Address

1. Logical Address (= virtual address, 가상 주소)
   • 프로세스마다 독립적으로 가지는 주소 공간
   • 각 프로세스마다 0번지부터 시작
   • CPU가 보는 주소는 logical address
2. Physical Address
   • 메모리에 실제 올라가는 위치
   • 물리적인 메모리 아래에는 OS가 올라가 있고, 그 위에 프로세스들이 올라가는 형태

 

💡 주소 바인딩 (Address binding)

• 물리적인 메모리에 저장되는 위치, 즉 주소를 결정하는 것
• Symbolic Address --> Logical Address --> Physical Address
• Symbolic Address
  • 숫자보다는 Symbol로 되어 있는 Address를 사용하기 때문에 개발자가 보기 편하도록 사용하는 주소
  • Symbolic Address에서 Logical, Physical Address로 컴파일 되는 것.
• 주소 바인딩의 종류
  1. Compile time binding
     • 물리적 메모리 주소(physical address)가 컴파일 시 알려짐
     • 시작 위치 변경시 재컴파일
     • 컴파일러는 절대 코드(absolute code) 생성
  2. Load time binding
     • Loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여
     • 실행 시작시 비어있는 메모리 주소를 찾아 부여함
     • 컴파일러가 재배치가능코드(relocatable code)를 생성한 경우 가능
  3. Execution time binding (= Run time binding)
     • 수행이 시작된 이후에도 프로세스의 메모리 상 위치를 옮길 수 있음.
     • 바인딩이 됐다가 실행 중에 프로세스의 메모리 위치가 변경되기도 하는 것.
     • CPU가 주소를 참조할 때마다 binding을 점검 (address mapping table)
     • 하드웨어적인 지원이 필요 (ex) base and limit registers, MMU
       • MMU가 메모리 위치를 변경(주소 변환)해주는 역할을 함.

  

  • 현재는 Run time binding을 사용함.
  • CPU가 바라보는 주소는 Logical Address.

 

💡 Memory Management Unit (MMU)

• 주소 변환을 도와주는 하드웨어 장치
• Logical Address를 Physical Address로 매핑해 주는 Hardware Device
• MMU Scheme
  • 사용자 프로세스가 CPU에서 수행되며 생성해내는 모든 주소값에 대해 base register (= relocation register)의 값을 더한다.
  • relocation register, limit register 이렇게 두개의 레지스터로 주소 변환을 도와준다.

  

  • 논리 주소 + 시작 위치를 더해서 실제 위치를 파악함.
  • limit register는 프로그램의 크기를 담고 있는 레지스터. logical address가 범위 밖을 벗어나게 되는 경우 다른 프로그램의 위치를 요청하게 되기 때문에 이러한 악의적인 요청을 방어해야 함. 맨 처음 limit register가 범위 안에 존재하는 logical address인지 판별하고, 범위를 벗어나는 경우 트랩을 발생시켜 OS가 해당 요청을 파악하도록 함.
• user program
  • logical address만을 다룬다.
  • 실제 physical address를 볼 수 없으며 알 필요가 없다.
  • physical address는 MMU를 거쳐서 접근 가능함.

 

💡 Dynamic Loading

• 프로세스 전체를 메모리에 미리 다 올리는 것이 아니라 해당 루틴이 불려질 때(동적으로, 필요할 때마다) 메모리에 Load 하는 것.
• memory utilization의 향상
• 가끔씩 사용되는 많은 양의 코드의 경우 유용 ex) 오류 처리 루틴
• 운영체제의 특별한 지원 없이 프로그램 자체에서 구현 가능 (OS는 라이브러리를 통해 지원 가능)
• 지금 시스템에서 OS가 페이징 기법을 통해 메모리를 관리하고 있지만, Dynamic loading은 프로그래머가 구현하는 영역. (페이징 기법과 Dynamic Loading은 다른 부분이 있지만, 같은 용어로 사용하기도 함.)
• Loading : 메모리로 올리는 것.

 

💡 Overlay

• 메모리에 프로세스의 부분 중 실제 필요한 정보만을 올림 (Dynamic Loading과 비슷)
• 프로세스의 크기가 메모리보다 클 때 유용
• 운영체제의 지원 없이 사용자에 의해 구현
• 작은 공간의 메모리를 사용하던 초창기 시스템에서 수작업으로 프로그래머가 구현
  • Manual Overlay (프로그래밍이 매우 복잡함. 어렵고 불편했음.)

 

💡 Swapping

• 프로세스를 일시적으로 메모리에서 backing store로 쫒아내는 것
• Backing Store (= Swap area)
  • 디스크 : 많은 사용자의 프로세스 이미지를 담을 만큼 충분히 빠르고 큰 저장 공간
• Swap in / Swap out
  • 일반적으로 중기 스케줄러 (swapper)에 의해 swap out 시킬 프로세스 선정
  • priority-based CPU scheduling algorithm
    • priority가 낮은 프로세스를 swapped out 시킴
    • priority가 높은 프로세스를 메모리에 올려 놓음
  • Compile time 혹은 load time binding에서는 원래 메모리 위치로 swap in 해야 함.
  • Execution time binding(= Run time binding)에서는 추후 빈 메모리 영역 아무 곳에나 올릴 수 있음. 더 효율적임.
  • swap time은 대부분 transfer time (swap 되는 양에 비례하는 시간)임. transfer time은 원래 미미한 수준이지만 swap에서는 중요.

  

 

💡 Dynamic Linking

• Linking을 실행 시간 (execution time)까지 미루는 기법
• Static Linking
  • 라이브러리가 프로그램의 실행 파일 코드에 포함됨.
  • 실행 파일의 크기가 커짐
  • 동일한 라이브러리를 각각의 프로세스가 메모리에 올리므로 메모리 낭비
    ex) printf 함수의 라이브러리 코드
    • static linking : 라이브러리 복제 (printf가 있는 프로세스 100개면 라이브러리도 100개 존재할 것)
    • dynamic linking : 라이브러리 링킹 (해당 주소만 복사, 라이브러리는 1개만 존재)
• Dynamic Linking
  • 라이브러리가 실행시 연결(Link)됨.
  • 실행 파일에는 라이브러리가 별도로 존재하고, 라이브러리 자체는 포함시키지 않고 Link만 두는 것.
  • 라이브러리 호출 부분에 라이브러리 루틴의 위치를 찾기 위한 stub이라는 작은 코드를 둠
  • 라이브러리가 이미 메모리에 있으면, 그 루틴의 주소로 가고 없으면 디스크에서 읽어옴
  • 운영체제의 도움이 필요.

 

💡 Allocation of Physical Memory

• 메모리는 일반적으로 두 영역으로 나뉘어 사용
  1. OS 상주 영역
     • interrupt vector와 함께 낮은 주소 영역 사용
  2. 사용자 프로세스 영역
     • 높은 주소 영역 사용
• 사용자 프로세스 영역의 할당 방법
  1. Contiguous Allocation (연속 할당)
     • 각각의 프로세스가 메모리의 연속적인 공간에 적재되도록 하는 것 (통째로 올라가는 것)
     • Fixed partition allocation
     • variable partition allocation
  2. Noncontiguous Allocation (불연속 할당)
     • 하나의 프로세스가 메모리의 여러 영역에 분산되어 올라갈 수 있음 (잘게 쪼개서 여러곳에 올라가는 것)
     • Paging
     • Segmentation
     • Paged Segmentation

 

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⬇︎⬇︎ 강의 링크 ⬇︎⬇︎

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323 

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