TIL(2020.09.12)

Awesome·2020년 9월 12일
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TIL

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Virtual Storage(Memory)

개념

  • Non-continuous allocation
  • 사용자 프로그램을 여러 개의 block으로 분할
  • 실행 시, 필요한 block들만 메모리에 적재
    • 나머지 block 들은 swap device(ex. disk) 에 존재
  • 기법들
    • Paging system
    • Segmentation system
    • Hybrid paging/segmentation system

Address Mapping

Continuous allocation

  • Relative address(상대주소)
    • 프로그램의 시작 주소를 0으로 가정한 주소
  • Relocation(재배치)
    • 메모리 할당 후, 할당된 주소에 따라 상대주소들을 조정하는 작업

Non-countinuous allocation

  • Virtual address(가상주소) = relative address

    • Logical address(논리주소)
    • 연속된 메모리 할당을 가정한 주소
  • Real address(실제주소) = absolute(physical)

    • 실제 메모리에 적재된 주소
  • Address mapping : Virtual address -> Real address

Virtual memory methods

Block Mapping

Block Mapping 순서

  1. 프로세스의 BMT에 접근
  2. BMT에서 block b 에 대한 항목(entry)를 찾음
  3. Residence bit 검사
    1) Residence bit = 0인 경우, swap device에서 해당 블록을 메모리로 가져오고, BMT 업데이트
    2) Residence bit = 1인 경우, BMT에서 b에 대한 real address 값 a 확인
  4. 실제 주소 r 계산(r = a+b)
  5. r을 이용하여 메모리에 접근

Paging System

  • 프로그램을 같은 크기의 Page로 분할
  • Page frame: 메모리 분할 영역, Page와 같은 크기로 분할

특징

  • Page는 논리적 분할이 아님(크기에 따른 분할)
    • Page sharing, protection 과정이 Segmentation 대비 복잡함
  • Simple and Efficient(Segmentation 대비)
  • No external fragmentation
    • Internal fragmentation 발생 가능

Address Mapping

  • Virtual address: v=(p,d)
    • p : page number
    • d : displacement(offset)
  • PMT(Page Map Table) 사용
  • Address mapping mechanism
    • Direct mapping
    • Associate mapping(TLB, Translation Look-aside Buffer)
    • Hybrid direct/associate mapping

BMT 와 유사하다. secondary storage address는 page 가 swap device 어디에 저장되어 있는지를 나타냄

1) Direct Mapping

  • Block mapping 방법과 유사
  • 가정
    • PMT를 커널 안에 저장
    • PMT entry size = entrySize
    • Page size = pageSize

Paging system의 direct mapping 순서

  1. 해당 프로세스의 PMT가 저장되어 있는 주소 b에 접근
  2. 해당 PMT에서 page p에 대한 entry 찾음
    • p entry = b + p * entrySize
  3. 찾아진 entry의 존재 비트 검사
    1) Residence bit = 0 인 경우(page fault), swap device에서 해당 page를 메모리로 적재하고 PMT 갱신
    2) Residence bit = 1 인 경우, 해당 entry에서 page frame 번호 p' 를 확인
  4. p' 와 가상 주소의 변위 d를 사용하여 실제 주소 r 형성
    • r = p' * pageSize + d
  5. 실제 주소 r로 주기억장치에 접근

page fault 상태에서는 process 가 running 에서 asleep/block 상태가 되기 때문에 overhead가 큼

  • 문제점
    • 메모리 접근 횟수가 2배(성능 저하, performance degradation)
    • PMT를 위한 메모리 공간 필요
  • 해결방안
    • Associative mapping(TLB)
    • PMT를 위한 전용 기억장치(공간) 사용(Dedicated register or cache memory)
  • Hierarchical paging
  • Hashed page table
  • Inverted page table

2) Associative Mapping

  • TLB(Translation Look-aside Buffer)에 PMT 적재
    • Associative high-speed memory
  • PMT를 병렬 탐색
  • Low overhead, high speed
  • Expensive hardware (큰 PMT를 다루기가 어려움, size 12bits/4096 entries)

하드웨어의 도움을 통해 병렬적으로 PMT에서 빠르게 page number 탐색할 수 있음

3) Hybrid Direct/Associative Mapping

  • 두 기법을 혼합하여 사용

  • 작은 크기의 TLB 사용

    • PMT : 메모리(커널)에 저장
    • TLB : PMT 중 일부 entry들을 적재(최근에 사용된 page들에 대한 entry 저장)
    • Locality(지역성) 활용
  • 프로세스의 PMT가 TLB에 적재되어 있는지를 확인
    1) TLB에 적재되어 있는 경우, Associative mapping 활용
    2) TLB에 적재되어 있지 않은 경우, Direct mapping 활용
    -> 해당 PMT entry를 TLB에 적재함

Memory Management

  • Page와 같은 크기로 분할하여 관리/사용
    • Page frame
    • FPM(Fixed Partition Multiprogramming) 기법과 유사
  • Frame table
    • Page frame 당 하나의 entry

  • 구성
    • Allocated/available field
    • PID(Process ID) field
    • Link field : For free list(사용가능한 fp들을 연결)
    • AV : Free list header(free list의 시작점)

Page Sharing

여러 프로세스가 특정 page를 공유 가능(Non-continuous allocation)

공유 가능 page

  • Procedure pages
    • Pure code (reenter code)
  • Data page
    • Read-only data
    • Read-write data
      • 병행성(concurrency) 제어 기법 관리하에서만 가능

Page Protection

여러 프로세스가 page를 공유할 때, Protection bit 사용


Segmentaion system

프로그램을 논리적 block으로 분할(segment)

  • Block의 크기가 서로 다를 수 있음
  • ex) stack, heap, main procedure, Etc.

특징

  • 메모리를 미리 분할하지 않음(VPM과 유사)
  • Segment sharing/protection 용이함
  • Address mapping 및 메모리 관리의 overhead 큼
  • No internal fragmentation
    • External fragmentation 발생 가능

Address mapping

  • Virtual address: v=(s,d)
    • s : segment number
    • d : displacement in a segment
  • Segment Map Table(SMT)
  • Address mapping mechanism
    • Paging system 과 유사

  • segment length: 각각의 segment 크기
  • protection bits(R/W/X/A) : 각 segment에 대한 process의 권한

Hybrid paging/segmentation system

  • Paging 과 Segmentation의 장점 결합

  • 프로그램 분할

    1. 논리 단위의 segment로 분할
    2. 각 segment를 고정된 크기의 page들로 분할
  • Page 단위로 메모리에 적재

Address mapping

  • Virtual address : v=(s,p,d)
    • s : segment number
    • p : page number
    • d : offset in page
  • SMT와 PMT모두 사용
    • 각 프로세스 마다 하나의 SMT
    • 각 segment마다 하나의 PMT
  • Address mapping : direct/associated 등
  • 메모리 관리 : FPM과 유사

segment는 메모리에 직접 올라가지 않고, page가 올라가므로 residece bit 는 없음. 대신에 PMT address 존재

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