[OS] 운영체제 9. Memory Management : 논리/물리 주소, MMU(Memory Management Unit)

메모리의 주소를 크게 두가지로 나눌 수 있다

Logical address(=virtual address)

- 프로세스마다 독립적으로 가지는 주소 공간

- 각 프로세스마다 0번지부터 시작

- CPU가 보는 주소는 logical address

Physical address

- 메모리에 실제 올라가는 위치

주소 바인딩 : 프로그램이 실제로 메모리에 올라 갈 때 주소를 결정하는 것

Symbolic Address > Logical Address > Physical address

 

주소 바인딩(Address Binding) 방식의 종류

1) Compile time binding

- 물리적 메모리 주소가 컴파일시 알려짐

- 시작 위치 변경시 재컴파일

- 컴파일러는 절대 코드 생성

2) Load time binding

- loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여

- 컴파일러가 재배치가능코드를 생성한 경우 가능

3) Runtime binding

- 수행이 시작된 이후에도 프로세스의 메모리상 위치를 옮길 수 있음

- CPU가 주소를 참조할 때마다 binding을 점검

- 하드웨어적인 지원이 필요(base and limit registers MMU)

 

Memory Management Unit (MMU)

logical address를 physical address로 매핑해 주는 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

 

1) CPU가 현재 실행중인 process p1의 논리주소 346 요청

2) process p1 은 물리주소 14000번부터 올라가 있음

3) 프로그램(process p1)이 혹여 자신의 메모리 범위(3000)가 아닌 주소를 요청할 경우를 막기위해

    limit register 의 값과 비교를 해본다.

    limit register 보다 요청 주소가 크다면 trap interrupt 발생 후 운영체제로 제어권을 넘긴다

3) 그렇지 않다면, 시작위치 물리주소인 base register(relocation register)에 논리주소를 더해 돌려줌 (14000+346)

 

Dynamic Loading (동적 로딩)

- 프로세스 전체를 메모리에 미리 다 올리는게 아니라 해당 루틴이 불려질 때 메모리에 load 하는 것

- memory utilization 의 향상

- 가끔씩 사용되는 많은 양의 코드의 경우 유용 ex)오류 처리 루틴

- 운영체제의 특별한 지원 없이 프로그램 자체에서 구현 가능(OS는 라이브러리를 통해 지원 가능)

 

Overlays

- 메모리에 프로세스의 부분 중 실제 필요한 정보만을 올린다

- 프로세스의 크기가 메모리보다 클 때 유용

- 운영체제의 지원없이 사용자에 의해 구현

- 작은 공간의 메모리를 사용하던 초창기 시스템에서 수작업으로 프로그래머가 구현(프로그래밍 매우 복잡)

 

Swapping

- 프로세스를 일시적으로 메모리에서 backing store로 쫓아내는 것

  * backing store(=swap area) : 디스크 (많은 사용자의 프로세스 이미지를 담을 만큼 충분히 빠르고 큰 저장 공간

Swap in / Swap out

- 일반적으로 중기 스케쥴러(swapper)에 의해 swap out 시킬 프로세스 선정

- priority-based CPU scheduling algorithm

  priority가 낮은 프로세스를 swapped out 시킨다, priority가 높은 프로세스를 메모리에 올려놓는다

- Compile time binding 혹은 load time binding 을 사용하는 경우 swapping 후 원래 주소로 복귀(Swap in)해야 하므로 효율적이지 못하다

- Runtime binding 에서 효율적이다

- swap time 은 대부분 transfer time(swap되는 양에 비례하는 시간)

※ 페이징 시스템에서 일부 페이지가 메모리에서 쫓겨날 때도 swap out 이라고 표현하지만 원칙적으로 swap out은 프로그램을 구성하는 메모리 전부가 쫓겨남을 의미

 

Dynamic Linking

Linking을 실행 시간(execution time)까지 미루는 기법

1) Static linking

- 라이브러리가 프로그램의 실행 파일 코드에 포함됨

- 실행 파일의 크기가 커짐

- 동일한 라이브러리를 각각의 프로세스가 메모리에 올리므로 메모리 낭비

2) Dynamic linking (=Shared library =DLL(dynamic linking library))

- 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

 

 

※ 이화여대 반효경 교수님의 운영체제 강의 정리