1. 메인 메모리 관리의 개요
과거 수 MB~수십 MB의 용량을 가지던 메모리는 용량이 적으면서 비쌌기 때문에 메모리 관리가 매우 중요했다. 현재 우리가 사용하는 메모리의 용량은 수 GB ~ 수백 GB까지 용량의 크기가 대폭 증가 했음에도 여전히 메모리 관리가 중요하다. 그 이유는 과거에 사용하던 프로그램보다 현재 사용하는 프로그램의 크기가 크기 때문이다.
2. 프로그램을 메모리에 올리기
2-1. 메모리 구조
메모리는 기본적으로 주소(Address)와 데이터(Data)로 구성되어 있다.
CPU가 메모리의 특정 부분을 읽고 싶을 때 CPU는 메모리에게 주소(Address)를 보내고, 주소를 받은 메모리는 CPU에게 주소 범위의 데이터를 전송한다.
이렇게 주소를 입력 데이터를 출력하는 방법은 2개의 버스가 필요하지만, CPU에서 데이터를 계산한 뒤 메모리에 저장할 때는 쌍방향의 Data Bus 1개만 필요하다.
2-2. 프로그램 개발
프로그램의 개발 과정은 원천 파일(소스 파일) -> 목적 파일 -> 실행 파일 순으로 생성되어 최종적으로 메모리에 적재된다.
- 원천 파일(Source file)
고수준 언어 또는 어셈블리 언어로 만들어진 소스 코드 파일 - 목적 파일(Object file)
컴파일 또는 어셈블 결과 - 실행 파일(Executable file)
링크 결과
- 위 그림에는 없지만 가장 먼저 전처리 과정을 거처야 한다. 전처리 과정은 컴파일 전에 코드를 정리하는 과정으로 컴파일러가 코드를 쉽게 인식할 수 있도록 "#"이 들어간 코드를 재정리한다.
- 전처리 과정이 끝나면 컴파일 과정을 거쳐야 한다. 컴파일은 고수준의 언어를 저수준의 언어로 변경하는 일을 한다. (C언어를 어셈블리어로 변경)
이러한 컴파일 작업은 컴파일러(Compiler)에서 진행한다.
- 컴파일 과정이 끝나면 어셈블 과정을 거쳐야 한다. 어셈블은 저수준의 언어를 기계어로 변경하는 일을 한다.
이러한 작업을 진행하는 프로그램을 어셈블러(Assembler)라고 한다.
- 어셈블 과정이 끝나면 링크 과정을 거쳐야 한다. 기계어로 번역된 각각의 파일을 하나로 묶어 필요한 라이브러리들을 연결해주면 최종적으로 하나의 실행파일이 만들어진다.
이러한 링크 작업은 링커(Linker)에서 진행한다.
2-3. 실행 파일을 메모리에 올리기
프로그램을 메모리에 올릴 때 어느 위치(주소)에 올릴 것인지 고민하는 것은 다행히도 사람이 아닌 운영체제가 처리해준다. 그렇기 때문에 고수준의 언어로 만들어진 프로그램은 주소를 고려하지 않고 개발할 수 있다.
주소를 고려하지 않고 프로그램을 개발하기 때문에 운영체제는 프로그램을 적재할 때 고정적인 자리에 프로그램을 적재하지 않고 상황에 따라 프로그램을 적재한다. 유도리 있게 프로그램을 적재할 수 있도록 도와주는 시스템이 바로 MMU의 재배치 레지스터(Relocation register)이다.
간단한 예제
작업요청이 들어온 A 프로그램은 30번지 주소에서 작업을 진행해야 한다(프로그램 개발 시 지정 주소를 설정함). 하지만 해당 자리에 B 프로그램이 먼저 와서 작업을 진행하고 있으면, A 프로그램은 재배치 레지스터(Relocation register)를 사용하여 작업을 통하여 남는 자리(300번지)에 가서 작업을 실행할 수 있다.
CPU는 A 프로그램이 30번지에서 작업을 하고 있다고 생각하지만, MMU에서 주소를 재배치했기 때문에 실제로는 메모리의 300번지에서 작업을 하고 있다.
즉 CPU는 프로그램이 설정한 주소를 계속 사용하고 있지만 MMU를 통해 실제 메모리에 할당받아 사용하는 주소는 다르게 사용할 수 있다.
Reference
