운영체제 8장 - 메모리 관리 : 배경지식

목차

• 8.1 배경 지식
• 8.2 스와핑(Swapping)
• 8.3 연속(Contiguous) 메모리 할당
• 8.5 페이징(Paging)
• 8.6 Page Table 구조
• 8.4 Segmentation
• 8.7 Example - Intel IA-32 (Pentium)

8.1 배경 지식

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• CPU가 직접 접근 가능한 기억장치는 CPU register와 main memory
  • CPU register는 1 CPU Clock만에 접근 가능
  • main memory는 여러 CPU Cycle 필요
    • Cache 메모리를 이용해 processor stall 빈도를 줄임

메모리 보호(Protection)

• 프로세스에게 독립된 주소 공간을 제공
• 메모리 보호를 위해 하드웨어 지원이 필요. 운영체제는 이를 관리함

• Base register, limit register 이용
  • 운영체제가 Base register(시작 주소) + limit register(크기) 까지 할당해줌
  • 자신에게 할당된 주소가 아닌경우 trap을 발생시켜 메모리 보호
• 운영체제는 메모리 영역 접근 제한이 없음
  • 특권 명령어로 base, limit 값 적재

주소 바인딩(Address Binding)

• 주소 바인딩
  • 프로그램의 명령어/데이터 주소(Logical address)를 물리적인 메모리 주소(physical address)로 바인딩 하는 것
  • 한 주소 공간에서 다른 주소 공간으로 매핑하는 것
• 링커와 로더
  • inker : 모듈을 함께 묶어서 실행파일을 생성하는 프로그램
  • loader : 프로그램을 메모리에 적재하는 프로그램

• 사용자 프로그램의 다단계 처리 과정
  • 전처리기 컴파일러 어셈블러 링커

1. 전처리기가 #include, #define과 같은 전처리 과정 수행
2. 소스 코드를 컴파일러/어셈블러가 obj 코드로 변환
3. 링커가 참조해야할 함수와 라이브러리를 모아 하나의 실행파일로 만들어줌
4. 실행 파일을 로더가 메인 메모리에 적재

• 적재 이후 Load Fetch Decode Execution 과정을 거침

주소 바인딩 시점

• 정적 바인딩
  • 초기 운영체제에서 사용하던 바인딩 방법
    1. Compile Time
    • 컴파일 시점에서, 프로그램이 적재 될 메모리 위치를 미리 알 때
    • 절대 코드(absolute code)를 생성
    • 적재 시작 위치가 변경되면, 코드를 다시 컴파일 해야하는 문제점 2. Load time
    • 컴파일 시점에서, 적재될 위치를 실행 전까지 알 수 없을 때
    • 재배치 가능 코드(relocatable code) 생성
    • 주소 바인딩은 적재시 결정
• 동적 바인딩
  • 현대 멀티태스킹 지원 운영체제에서 사용하는 바인딩 방법
    1. Execution time
    • 프로세스가 실행 도중 메모리 위치를 이동할 수 있다면
    • 주소 바인딩을 runtime에 수행함
      • 주소 맵핑을 위한 하드웨어 메모리 관리 장치(MMU) 필요

논리 주소와 물리 주소 공간

• 논리 주소 공간 : 프로그램이 사용하는 주소
• 물리 주소 공간 : 물리적 메모리 장치가 사용하는 주소
• 메모리 관리 장치(MMU)
  • 논리 주소를 물리주소로 맵핑하는 작업을 실행 시간에 수행
  • 프로그램은 논리 주소만 알면 되어, 실제 물리적 주소를 알지 못함
• 컴파일 , 적재 시점 바인딩은 논리주소와 물리주소 공간이 같음
• 실행 시점 바인딩은 논리주소와 물리주소 공간이 다름

동적 적재(Dynamic Loading)

• 실제 호출되기 전에는 각 루틴은 메모리로 적재되지 않음
• 호출 될 때, 메모리에 적재되어 있지 않다면 relocatable linking loader를 호출하여 요구하는 루틴을 메모리에 적재 후 실행
• 장점
  • 향상된 메모리 공간 활용
  • 오류 처리코드와 같이 자주 사용하지 않는 코드의 양이 많은 경우 유용함
• 단점
  • 프로그래머가 동적 적재를 위한 설계를 책임

동적 링크와 공유 라이브러리

• 정적 링크 : linkage editor에 의해 library가 실행 이미지에 링크됨
• 동적 링크 : library의 링크가 실행 시간까지 미루어짐
• Stub
  • 라이브러리를 어떻게 찾는지 알려주는 작은 코드
  • 라이브러리 호출 시, stub코드가 가장 먼저 호출됨
    • 라이브러리 루틴이 메모리에 존재하지 않으면 디스크에서 적재함
    • stub는 실제 library 함수의 주소로 대체되어 다음 호출시에 library함수를 직접 호출하여 실행함
• 공유 라이브러리(shared library)
  • 공유 라이브러리를 사용하는 모든 프로세스는 한 개의 library 코드만 공유하여 사용함
• 동적 적재와 다르게 동적 링크는 운영체제 지원 필요