PintOS_3 | Virtual Memory | Memory Management

wony·2022년 6월 26일

메모리 관리

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메모리 : 주소를 통해 접근하는 매체

메모리는 주소가 매겨짐

논리적인 주소
1. 프로그램이 실행될때 독립적으로 가지게 되는 주소 공간(가상주소공간)
2. 각 프로세스마다 0부터 시작
3. cpu가 보는 주소는 논리주소
물리적인 주소
1. 실제 메모리에 올라가는 위치
2. 아래부분에 커널이 위에 여러가지가 섞여서 올라감
3. 실행되려면 여기 올라가야하고 주소변환을 해야함(바인딩:물리주소 어디로 올라갈지 결정하는 것)

바인딩 : 주소를 결정

언제하는가? 3가지가 있음

symbolic -> logical -> physical

프로그래머 입장에서 주소에 대한 개념은 숫자가 아니라 변수같은 심볼

컴파일하면서 숫자주소가 될거고

실행이 되려면 물리주소로 변환이 돼야함

언제 되는가

컴파일 타임 바인딩
로드 타임 바인딩
런 타임 바인딩 - mmu필요

cpu가 아는 건 logical

주소변환을 해줘야함

주소변환을 해주는 하드웨어, mmu

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가장 단순한 방법이 레지스터 두개로

논리주소를 요청하면 물리주소로 변환해서 해당되는 위치로 감

지금은 0부터 3000이 14000부터 17000인거

혹시 이때 4000을 요청하면?

트랩이 발생(sw interrupt)

cpu제어권이 os에 넘어가게됨

잘못된 주소를 참조하려했음 그에 따른 로직이 실행될거

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Dynamic Loading

프로그램을 메모리에 동적으로 올림

그때그때 필요할때마다 메모리에 load
일반적인 페이징은 os가 해주는거고
지금 말하는건 사용자가 구현
라이브러리 형태로 운영체제가 지원해줌
올려놓고 쫓아내고..?

Overlays

프로그래머가 직접

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Swapping

프로세스를 메모리에서 통째로 쫓아내는거 하드디스크로

이렇게 쫓아내는 곳을 backing store 혹은 swap area라고 부름

쫓겨나는게 swapout 다시들어오는게 swapin

swapper(중기스케줄러)가 판단해서 쫓아냄

cpu 수행가능성이 낮은걸 swap out 시킴
바인딩과 연결해서 생각해보면
컴파일 , 로드 방식이면 쫓겨났다 올라오려면 원래자리로 와야함
스와핑의 효과를 발휘하기 위해선 런타임 바인딩이 지원되어야함
쫓겨났다 올라올때 어디든 갈수 있도록

파일 입출력과 다르게 옮길 양이 많음

swap time은 양에 비례함

seek타임은 헤더를? 옮길때 드는 시간 이게 대부분임

근데 swap에서는 transfer time도 중요하긴함?

원래 스와핑은 통째로 쫓겨나는건데

부분부분 일부페이지만 쫓겨났다 들어왔다 하는 것도 스왑아웃이라고 함

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dynamic linking

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컴파일하고 링킹해서 실행파일을 만드는데

따로 코딩해서 링킹하기도하고

원래 있는거 라이브러리를 링킹하기도 함

라이브러리를 찾을 수 있는 포인터만 코드에 있고

라이브러리 자체는 포함이 안됨

보통 파일 형태로 존재

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이제 물리적인 메모리를 어떻게 관리할 것인가

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메모리는 일반적으로 두 영역으로 나뉨

낮은 주소에 os영역이 있고
높은 주소에 사용자 프로세스 영역이 있음

사용자 영역 관리방법

연속할당 - 통째로 올리는거, 주소변환도 비교적 간단
불연속 할당 - 주소공간을 잘게 쪼개서 일부는 여기 일부는 저기 가 가능해짐
현대 시스템은 불연속이고 그중에도 페이징기법(주소공간을 같은크기의 페이지로 잘라서 할당)을 사용

연속할당

고정분할 : 사용자 프로그램이 들어갈 메모리를 미리 나누어 놓음
- A를 통째로 메모리에 올림
- B가 커서 2에는 안들어감 -> 외부조각
- 3에 넣음 근데 남는공간이 있음 -> 내부조각
- 더 자세한 내용이 있지만 가볍게 개념은 그럼.
가변분할 : 프로그램이 실행될때마다 차곡차곡 올림
- B가 끝나고 D가 들어오려니까 B나온 자리는 작아서 못들어감 -> 외부조각
- 밑에 넣고 남는 공간도 작음 -> 외부조각

가변분할을 쓰게 되면 Hole이 생김

이게 산발적으롱 생김

그럼 운영체제는 어디는 쓰고 안쓰고를 관리해야겠죠 // 할당기?

프로그램이 실행될때 어디다 새로운 프로그램을 넣을 것인가 - 동적 할당

어느 홀에 사이즈n인 프로그램을 넣을 것인가

: hole이 n보다 커야함

세가지 알고리즘이 있음

first-fit : 먼저 찾은 홀
best-fit : 다 뒤져서 n이상 중에 가장 작은 홀
worst-fit : 가장 큰 홀에 할당

-> first, best가 속도와 공간 이용률 측면에서 낫더라

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외부조각들을 한데 모아서 큰 홀을 만듦

비용이 많이 드는 작업

런타임 바인딩이 지원돼야 가능

효율은 작은 애들을 옮기는게 낫겠죠

어떤 걸 이동시킬 것인가를 결정하는 문제도 있음

실제 사용되는건 불연속 할당임

페이징기법 : 하나의 프로그램을 구성하는 주소공간을 같은 크기로 자름
- 물리적인 메모리도 같은 크기로 잘라놓음(페이지프레임)
- 메모리 효율은 좋아지는데 주소변환이 복잡해짐
세그멘테이션기법
- 같은 크기 아니고 의미있는 단위로 자르는거
- 코드, 데이터, 스택 세그먼트로 자름
- 필요시 물리메모리 다른 위치에 올려놓을 수 잇도록 함
- 더 잘게 자를 수도 있음
- 각각의 함수를 다른 세그먼트로 만들수도 있겠지
- 이거도 세그먼트 단위로 주소변환을 해줘야함
- 크기가 균일하진 않음
통째로 올리지 않은 기법들