Logical vs. Physical Address(논리적 주소vs물리적 주소)
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Logical address(=virtual address)
- 프로세스마다 독립적으로 가지는 주소 공간
- 각 프로세스마다 0번지부터 시작
- CPU가 보는 주소는 logical address임 -
Physical address
- 메모리에 실제 올라가는 위치
*주소 바인딩 : 주소를 결정하는 것
Symbolic Address =>(컴파일이되면)=> Logical Address =>(아래 내용은 이 사이의 내용임)=> Physical address
주소 바인딩 (Address Binding)
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Compile time binding(주소변환이 컴파일시 이뤄짐)
- 물리적 메모리 주소(physical address)가 컴파일 시 알려짐
- 시작 위치 변경시 재컴파일
- 컴파일러는 절대 코드(absolute code) 생성// 만약에 메모리에 올라갈 위치를 바꿀 경우 다시 컴파일 해야한다. -
Load time binding(주소변환이 실행이 시작될 떄)
- Loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여
- 컴파일러가 재배치가능코드(relocatable code)를 생성한 경우 가능 -
Execution time binding(=Run time binding(시작된 이후에도 중간에 물리적인 주소가 바뀔 수 있음)//지금의 컴퓨터는 런타임 바인딩을 한다.
- 수행이 시작된 이후에도 프로세스의 메모리 상 위치를 옮길 수 있음
- CPU가 주소를 참조할 때마다 binding을 점검(address mapping table)
- 하드웨어적인 지원이 필요 (e.g., base and limit registers, MMU)
//CPU가 보는 주소는 Logical address다.
Memory-Management Unit (MMU)
- MMU (Memory-Management Unit)
- 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.
user program
- logical address만을 다룬다.
- 실제 physical address를 볼 수 없으며 알 필요가 없다.
Dynamic Relocation
Hardware Support for Address Translation
운영체제 및 사용자 프로세스 간의 메모리 보호를 위해 사용하는 레지스터
Relocation register : 접근할 수 있는 물리적 메모리 주소의 최소값(=Base register)
Limit register : 논리적 주소의 범위
Some Terminologies
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Dynamic Loading
-프로세스 전체를 메모리에 미리 다 올리는 것이 아니라 해당 루틴이 불려질 때 메모리에 load하는 것
- memory uilization의 향상
- 가끔씩 사용되는 많은 양의 코드의 경우 유용 / 예) 오류 처리 루틴
- 운영체제의 특별한 지원 없이 프로그램 자체에서 구현 가능(OS는 라이브러리를 통해 지원 가능)
*loading : 메모리로 올리는 것 -
Dynamic Linking
- Linking을 실행 시간(execution time)까지 미루는 기법
- Static linking
라이브러리가 프로그램의 실행파일 코드에 포함됨
실행 파일의 크기가 커짐
*동일한 라이브러리를 각각의 프로세스가 메모리에 올리므로 메모리 낭비(eg. printf 함수의 라이브러리 코드) -
Overlays
- 메모리에 프로세스의 부분 중 실제 필요한 정보만을 올림
- 프로세스의 크기가 메모리보다 클 때 유용
- 운영체제의 지원없이 사용자에 의해 구현
- 작은 공간의 메모리를 사용하던 초창기 시스템에서 수작업으로 프로그래머가 구현
Manual Overlay
프로그래밍이 매우 복잡하다. -
Swapping
Swapping
- Swapping
- 프로세스를 일시적으로 메모리에서 backing store로 쫓아내는 것 - Backing store(=swap area)
-디스크 = 많은 상요자의 프로세스 이미지를 담을 만큼 충분히 빠르고 큰 저장 공간 - Swap in / Swap out
- 일반적으로 중기 스케줄러(swapper)에 의해 swap out시킬 프로세스 선정
- priority-based CPU scheduling algorithm- priority가 낮은 프로세스를 swapped out tlzla
- priority가 높은 프로세스를 메모리에 올려 놓은
- Complie time 혹은 load time binding에서는 원래 메모리 위치로 swap in 해야 함
- Execution time binding에서는 추후 빈 메모리 영역 아무 곳에나 올릴 수 있음
- swap time은 대부분 transfer tiem(swap되는 양에 비례하는 시간)임
Schematic View of Swapping
Allocation of Physical Memory
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메모리는 일반적으로 두 영역으로 나뉘어 사용
- OS 상주 영역
interrupt vector와 함께 낮은 주소 영역 사용
- 사용자 프로세스 영역
높은 주소 영역 사용 -
사용자 프로세스 영역의 할당 방법
- Contiguous allocation(연속 할당)
:각각의 프로세스가 메모리의 연속적인 공간에 적재되도록 하는 것
Fixed partition allocation(고정분할방식)
Variable partition allocation(가변분할방식)
- Noncontiguous allocation(불연속 할당)
: 하나의 프로세스가 메모리의 여러 영역에 분산되어 올라갈 수 있음
Paging
Segmaentation
Paged Segmentation
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Hole
- 가용 메모리 공간
- 다양한 크기의 hole들이 메모리 여러 곳에 흩어져 있음
- 프로세스가 도착하면 수용가능한 hole을 할당
- 운영체제는 다음의 정보를 유지/a) 할당 공간, b) 가용 공간(hole) -
Dynamic Storage-Allocation Problem
: 가변 분할 방식에서 size n인 요청을 만족하는 가장 적절한 hole을 찾는 문제 -
First-fit
- Size가 n 이상인 것 중 최초로 찾아지는 hole에 할당 -
Best-fit
- Size가 n 이상인 가장 작은 hole을 찾아서 할당
- Hole들의 리스크가 크기순으로 정렬되지 않은 경우 모든 Hole의 리스트를 탐색해야 함
- 많은 수의 아주 작은 hole들이 생성됨 -
Worst-fit
- 가장 큰 Hole에 할당
- 역시 모든 리스트를 탐색해야 함
- 상대적으로 아주 큰 hole들이 생성됨
*First-fit과 Best-fit이 Worst-fit보다 속도와 공간 이용률 측면에서 효과적인 것으로 알려짐 (실험적인 결과)
-compaction
- external fragmentation 문제를 해결하는 한 가지 방법
- 사용 중인 메모리 영역을 한군데로 몰고 hole들을 다른 한 곳으로 몰아 큰 block을 만드는 것
- 매우 비용이 많이 드는 방법임
- 최소한의 메모리 이동으로 compaction하는 방법(매우 복잡한 문제)
- Compaction은 프로세스의 주소가 실행 시간에 동적으로 재배치 가능한 경우에만 수행될 수 있다.
Paging
- Paging
- Process의 virtual memory를 동일한 사이즈의 page 단위로 나눔
- Virtual memory의 내용이 page단위로 noncontiguous하게 저장됨
- 일부는 backing storage에, 일부는 Physical memory에 저장 - Basic Method
- physical memory를 동일한 크기의 frame으로 나눔
- logical memory를 동일 크기의 page로 나눔(frame과 같은 크기)
- 모든 가용 frame들을 관리
- page table을 사용하여 logical address를 physical address로 변환
- External fragmentation 발생 안함
- Internal fragmentation 발생 가능
