논리 vs. 물리 주소
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 → Logical Address → Physical address
Symbolic Address: 프로그래머는 숫자로된 주소로 프로그래밍을 하지 않고 변수(symbolic)를 이용하여 ~로 찾아가라와 같은 식으로 프로그래밍을 함
Logical Address에서 Phyisical address를 결정하는 시점이 언제인가? → 주소 바인딩
주소 바인딩 (Address Binding)
Compile time binding
- 물리적 메모리 주소가 컴파일 시 알려짐
- 시작 위치 변경시 재컴파일
- 컴파일러는 절대 코드(absolute code) 생성
현재는 잘 사용하지 않음
Load time binding
- loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여
- 컴파일러가 재배치가능코드(relocatable code)를 생성한 경우 가능
실행이 되면 그때 비어있는 메모리 주소를 부여
Execution time binding(=Run time binding)
- 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);
실행 도중에 메모리가 바뀔 수 있음
Memory-Management Unit(MMU)
MMU (Memory-Management Unit)
- logical address를 physical address로 매핑해주는 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
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
Dynamic Loading
- 프로세스 전체를 메모리에 미리 다 올리는 것이 아니라 해당 루틴이 불려질 때 메모리에 load 하는 것
- memory utilization의 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
일반적인 os에서하는 페이징 기법과 다르게, 프로그램 자체에서 하는 것!
Overlays
- 메모리에 프로세스의 부분 중 실제 필요한 정보만을 올림
- 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 복잡
Dynamic Loading과 살짝 다른 부분이 있음
Swapping
Swapping
- 프로세스를 일시적으로 메모리에서 backing store로 쫒아내는것
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 loading time binding에서는 원래 메모리 위치로 swap in 해야 함
- Execution time binding에서는 추후 빈 메모리 영역 아무곳에나 올릴 수 있음
- swap time은 대부분 transfer time(swap되는 양에 비례하는 시간)임
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(eg. printf 함수의 라이브러리 코드)
Dynamic linking
- 라이브러리가 실행시 연결(link)됨
- 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
shared library라고 부르기도 함
Allocation of Physical Memory
메모리는 일반적으로 두 영역으로 나뉘어 사용
- OS 상주 영역
- interrupt vector와 함께 낮은 주소 사용
- 사용자 프로세스 영역
- 높은 주소 영역 사용
사용자 프로세스 영역의 할당 방법
- Contiguous allocation
: 각각의 프로세스가 메모리의 연속적인 공간에 적재되도록 하는 것- Fixed partition allocation
- Variable partition allocation
- Noncontiguous allocation
: 하나의 프로세스가 메모리의 여러 영역에 분산되어 올라갈 수 있음- Paging
- Segmentation
- Paged Segmentation
현대의 시스템에서는 불연속 할당을 쓰고 있음 → 페이징 기법
Contiguous Allocation
-
고정분할(Fixed partition) 방식
- 물리적 메모리를 몇 개의 영구적 분할로 나눔
- 분할의 크기가 모두 동일한 방식과 서로 다른 방식이 존재
- 분할당 하나의 프로그램 적재
- 융통성이 없음
- 동시에 메모리에 load되는 프로그램의 수가 고정됨
- 최대 수행 가능 프로그램 크기 제한
- Internal fragmentation 발생(external fragmentation도 발생)
Internal fragmentation이란?
- 프로그램 크기보다 분할의 크기가 큰 경우
- 하나의 분할 내부에서 발생하는 사용되지 않는 메모리 조각
- 특정 프로그램에 배정되었지만 사용되지 않는 공간
-
가변분할(Variable partition) 방식
- 프로그램의 크기를 고려해서 할당
- 분할의 크기, 개수가 동적으로 변함
- 기술적 관리 기법 필요
- External fragmentation 발생
External fragmentation이란?
- 프로그램 크기보다 분할의 크기가 작은 경우
- 아무 프로그램에도 배정되지 않은 빈 곳인데도 프로그램이 올라갈 수 없는 작은 분할
Hole
- 가용 메모리 공간
- 다양한 크기의 hole들이 메모리 여러 곳에 흩어져 있음
- 프로세스가 도착하면 수용가능한 hole을 할당
- 운영체제는 다음의 정보를 유지
- a) 할당공간
- b) 가용공간(hole)
이 Hole중에서 어디에 프로그램을 넣어야 하는가?
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Dynamic Stroage-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 리스트가 크기순으로 정렬되지 않은 경우 모든 hole의 리스트를 탐색해야함
- 많은 수의 아주 작은 hole들이 생성됨
- Worst-fit
- 가장 큰 hole에 할당
- 역시 모든 리스트를 탐색해야함
- 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.
참고사이트
