가상메모리
가상 메모리
비연속 메모리할당에서 필요한 기법
비연속 메모리할당
비연속 메모리할당은 프로세스에서 필요한 부분들만 메모리에 올리는 방법인데 이때 가상주소(논리주소)를 사용한다. 이는 연속적으로 메모리를 할당받은 것처럼 사용할 수 있는 주소이다. 따라서 가상주소와 물리주소의 매핑이 중요하다.
Paging System
프로그램을 같은 크기의 블록으로 분할한다. 이를 page라고 부르며 메모리공간도 이와 같은 크기로 분할하여 page frame이라고 부른다.
특징
- 간단하다
- 논리적인 분할이 아님 :
일정크기로 분할하기 때문에 힙, 스택, 데이터..등등 경계를 무시하고 분할 - 외부단편화 없음 : 단 페이지를 자르다보면 마지막 페이지는 크기가 같을 수 없을 수 있다. 따라서
내부단편화는 발생할 수 있음.
주소매핑
VA(가상주소) = (p,d) (p는 페이지 넘버, d는 offset)와 PMT을 가지고 매핑한다.
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직접사상
PMT는 커널안에 저장해놓는다
1. b + p entrysize로 PMT에서 해당하는 entry찾는다.
2. 만약 해당 entry의 residence bit가 0이라면 page fault를 내고 보조기억장치에서 메모리로 올린뒤 PMT 갱신
3. 찾은 entry에서 page frame number를 획득한다.
3. 이 PFN pagesize + d로 메인메모리에서 위치를 찾는다.
4. 메인메모리에 접근한다.
이 방법의 문제는 PMT가 메모리에 있기 때문에
메모리 접근이 두번씩 일어난다는 것이다. 해결방안은 TLB를 사용하는 방법이다.
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간접사상
TLB는 HW로 병렬검색등 속도가 매우 빠르기 때문에 이를 PMT로 사용하면 직접사상의 문제를 해결할 수 있다. 하지만 비싸다.. 과정은 위와 비슷하나 페이지 넘버로 바로병렬탐색을한다는 점이 다르다. 또한 메인메모리 접근 횟수도 낮출 수 있다.
이 방법의 단점은 바로비싸다는 것이다. 따라서 두 방법을 혼용한 해결책이 나온다.
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하이브리드
작은 크기의 TLB를 이용해 PMT로 가기전캐시로 사용한다.- TLB에 있다면 residence bit 조사후 PFN번호를 이용해서 메모리 접근
- TLB에 없다면 PMT로가서 residence bit 조사후 PFN확인한 뒤 해당 entry TLB에 적재
- 어디든 residence bit 0이면 swap device가서 메모리에 올린 뒤 PMT에 반영하고 해당 entry TLB에도 반영
Segmentation System
프로그램을 논리적인 block으로 분할하는 방법이다. 따라서 block의 크기가 다를 수 있다. 따라서 내부단편화는 일어나지 않지만 외부단편화가 일어난다. 여기서 논리적이라는 것은 heap, stack..등등 같은 의미를 가지고 있는 부분들 끼리 나누는 것을 의미한다.
이 방법은 메모리를 미리 분할하지 않는다. segment를 적재시에 크기에 맞추어 분할 후 적재한다.
주소매핑
VA = (s,d) (segment number, offset)
- s를 보고 SMT에서 세그먼트 번호에 맞는 entry를 찾는다.
- block마다 크기가 다르기 때문에 limit라는 길이 제한이 있다.
- limit와 offset을 비교해서 offset이 크다면 overflow
- residence bit가 0이면 swap device에서 메모리로 적재하고 SMT갱신
- 물리주소 base + offset로 접근
Hybrid System
paging과 segmntation의 장점을 결합한 방법으로 먼저 각각 논리단위로 나눈뒤 다시 그 안에서 Page로 나눈다.
주소매핑
각 프로세스마다 하나의 SMT, 하나의 segment마다 PMT를 가진다. 따라서 memeory에 부담이 간다. SMT에는 resident bit가 없고 PMT address가 들어있다.
VA = (s, p, d) (segment number, page number, offset)
- s를 보고 SMT에서 entry를 찾는다.
- 해당 entry에서 PMT address a를 얻는다
- a에서 시작해서 p번째 entry를 찾아간다
- 해당 entry에서 PFN인 p'를 얻는다.
- p' * pagesize + d로 메모리에 접근한다.
이 방법으로 page sharing과 protection이 쉬워지고 메모리 할당 및 관리 overhead도 적게 가져갈 수 있다. 외부단편화는 일어나지 않는다. 하지만 메모리 소모가 크고 매핑과정이 복잡하다. 그리고 메모리 접근 횟수가 늘어나서 성능이 저하될 수 있음.
