Memory Management 1

메모리 주소

• Logical address
  • 가상 주소
  • 프로그램이 시작되면 가지게 되는 주소
  • CPU가 바라보는 주소
    • 시작 주소는 바뀌어도 instruction code안의 주소는 바뀌지 않는다.
• Physical address
  • 실제 메모리의 주소
  • 아래에는 운영 체제 커널, 상위에는 여러 프로그램이 존재
• 주소 바인딩(주소 결정)
  • 어떤 프로그램이 어떤 주소로 갈지 정해지는 것
• Symbolic Address
  • 프로그래머 입장에서 숫자가 아닌 심볼(네임)로 사용하는 것

주소 바인딩의 시점

• Compile time binding
  • absolute code(주소 변경 시 컴파일을 새로 해야함)
• Load time binding : 실행 시작될 때
  • 위와 마찬가지로 처음에 주소 결정
• Execution time binding : 실행 중에도 가능
  • 하드웨어적 지원 필요

• Compile time binding
  • 이미 컴파일 시점에 주소가 결정되어 있음(앞의 녹색 부분)
• Load time binding
  • 500번대가 비어있으므로 논리적인 주소 0번지를 물리적인 주소 500번대로 올린다
• Execution time binding
  • 주소가 실행 도중에 바뀔 수 있음(300번지 -> 700번지)

MMU(주소 변환을 위한 하드웨어 디바이스)

주소 변환을 위한 하드웨어

• 사용자 프로그램은logical address만 다룸

• relocation register(base register) : 시작 위치
• limit register : 논리적 주소 범위(최대 크기)

• limit register를 넘어가면 trap에 걸리게 된다.

참고 용어

Dynamic Loading

• 해당 루틴이 불릴 때마다 loading되는 것(필요할 때 마다)
• 일반적으로 사용되지 않는 루틴을 올리는 것은 비효율적
• 페이징 시스템(운영체제가 지원)과 구분해서 생각할 것(dynamic loading은 프로그래머가 라이브러리를 통해 구현)

Overlays

• 첫번째 문장은 dynamic loading과 동일
• 운영체제의 지원이 없음
• 라이브러리 없이 수작업으로 프로그래머가 구현

Swapping

• 프로세스를 메모리에서 하드디스크로 쫓아내는 것
  • 최근에는 일부만을 쫓겨나는 것도 swap out되었다라고 표현
• binding과 연관지어 생각(효율적 사용을 위해서는 runtime binding이 지원되어야 함)

• swap out : 메모리에서 쫓겨나서 backing store로 가는 것 cf. 중기 스케줄러
• swap in : backing store에서 메모리로 올라오는 것

Dynamic Linking ⭐⭐⭐

• Linking : 링크를 통해 실행 파일을 만듬. 여러 군데 존재하던 컴파일 파일을 묶어서 하나의 실행 파일을 만드는 것.
• Static linking : 라이브러리가 프로그램의 실행 파일 코드 안에 포함되는 경우
  • 동일한 라이브러리 코드가 계속 메모리에 올라감(별도의 프로그램에 속한거기 때문)
• Dynamic linking : 라이브러리 코드가 컴파일(실행 파일) 안에 포함되지 않고, 실행 파일에는 라이브러리가 별도로 존재하고 그 라이브러리를 위치를 찾을 수 있는 포인터인 **stub**만이 존재
  • shared 라이브러리
  • 라이브러리 코드가 이미 존재한다면 다시 메모리에 올리지 않음

Allocation of Physical Memory

물리적인 메모리를 어떻게 관리할 것인가

• 메모리의 두 영역
  • 낮은 주소 영역 : OS 상주 영역
  • 높은 주소 영역 : 사용자 프로세스 영역
    • 사용자 프로세스 영역의 할당 방법
      • Contiguous allocation(연속 할당)
      • Noncontuguous allocation(비연속 할당)

Contiguous allocation

 

고정분할 방식

프로그램이 들어갈 사용자 영역을 미리 분할해 놓는 것

• 낭비 조각 발생
  • 외부 조각 : 올리려는 프로그램보다 메모리 크기가 작은 경우
  • 내부 조각 : 프로그램의 크기가 분할된 메모리 크가보다 작은 경우. 할당은 되지만 사용 X

가변 분할 방식

사용자 프로그램이 들어갈 영역을 미리 나누어 놓지 않는 것

• 가변 분할 방식을 사용하더라도 프로그램 크기가 동일하지 않기 때문에 **외부 조각**이 생길 수 있음
• hole : 가용 메모리 공간(비어있는 메모리 공간)

Dynamic Stroage-Allocation Problem

• 어느 hole(Size n)에 프로그램을 넣어야 하는가
• First-fit
  • Size n 이상의 것 충 최초로 찾아지는 hole
  • overhead가 상대적으로 적음
• Best-fit
  • hole을 다 살펴본 후 가장 잘 맞는 hole에 할당
  • 미래를 위해 좋음
• Worst-fit
  • 가장 큰 hole에 할당
  • 차후 더 큰 사이즈의 프로그램이 발생할 경우에는 좋지 않은 결정

Compaction

• hole을 한 곳으로 몰아 큰 block을 만드는 것
• 비용이 많이 든다.
• runtime binding이 지원되어야 한다.

• 최소한의 이동을 통해서 큰 hole을 만들 수 있다면?

Noncontiguous allocation

Paging

프로그램을 구성하는 주소 공간을 같은 크기의 페이지로 분할

페이지 단위로 물리적인 메모리에 올리거나 baking store에 내리거나 하는 것

cf. page frame(물리적 공간)

• hole, dynamic allocation과 같은 문제가 발생하지 않음
• 주소 변환이 복잡해짐
• page table : 주소 변환을 관리하는 배열
• internal fragmentation : 프로그램의 크기가 페이지 크기의 배수가 될 것이라는 보장이 없기 때문

Segementation

프로그램의 주소 공간을 의미 있는 단위로 분할하는 것

코드 / 데이터 / 스택를 구역으로 나눠서 진행

크기가 균일하지 않음

• hole과 같은 문제는 동일하게 발생(크기가 각각 다르기 때문)

Paged Sementation

 

https://core.ewha.ac.kr/publicview/C0101020140425151219100144?vmode=f 

반효경 [운영체제] 18. Memory Management 1