Memory Virtualization 메모리 가상화

메모리 가상화는 무엇일까?

• OS는 physical memory를 가상화한다.
• OS는 각 프로세스마다 메모리 공간에 대한 환상을 제공한다.
• 이것은 마치 각 프로세스가 자신만의 메모리를 사용하는 것처럼 보이게 한다.

→ Physical memory는 정해져 있지만 process에게 공간이 엄청 많은 것처럼, 혼자 써도 되는 것처럼 illusion을 제공한다.

목표는?

OS입장에서는 프로세스에게 address space를 잘 나눠줘야 함.

세가지 측면에서 생각할 수 있음.

1. Transparency 투명성 : process가 memory load가 다 됐다고 믿는 것.
   • 프로세스는 메모리가 공유되고 있다고 인지하면 안된다.
   • 프로그래밍을 위한 편리한 추상화를 제공한다.
   • 예를 들면, 크고 연속적인 메모리 공간을 주어서 추상화가 편리하도록
2. Efficiency 효율성
   • 다양한 크기의 요청으로 인한 단편화(fragmentation)를 최소화합니다. (Space 측면)
   • 하드웨어의 지원을 얻는다. (Time 측면)
3. Protection : 보호
   • 실제 여러 process가 하나의 Memory에 접근하는 것이므로 서로에게 영향을 끼치면 안됨.
   • 다른 프로세스로부터 os와 프로세스를 보호한다.
   • Isolation(고립) : 프로세스는 다른 프로세스에 영향을 끼치지 않고 실패할 수 있다.
   • 협력 프로세스는 메모리의 일부를 공유할 수 있다.

초기의 OS

메모리에 하나의 프로세스만 적재했다.

utilization과 efficiency 부분이 별로였다.

Multiprogramming and Time Sharing

Multiprogramming이라는 것은 메모리에 여러개의 program load가 가능하다는 것

• Load multiple processes in memory
  • 짧은 기간 동안 실행한다.
  • 메모리에서 그들 사이에 process를 교체한다.
  • utilization과 efficiency를 증가시킨다.
• 중요한 보호 문제를 야기한다.
  • 다른 프로세스의 잘못된 메모리 액세스로부터

Address Space

OS는 physical memory에 대한 추상화를 생성한다.

• 주소 공간은 실행중인 프로세스를 모두 포함한다.
• 그것은 program code, heapstack 등등을 포함한다.
• Code : 명령어가 어디에 위치해있는지
• Heap : 동적 메모리 할당
  • c에서는 malloc으로, 객체지향에서는 new 로 할당 가능
• Stack : 반환되는 주소와 값을 저장하고, 루틴에 대한 지역 변수를 포함한다.

→ 프로세스마다 가지고 있는 address space는 mapping을 통해 physical memory에 저장이 된다. 이것이 바로 Memory virtualization

Virtual Address

실행중인 프로그램의 모든 주소는 virtual이다.

output이 다음과 같을 때 address space를 보면 code, heap, stack의 시작 주소를 알 수 있음. 하지만 이건 가상주소임.