Memory Management(메모리 관리) 1 - 주소 바인딩, Swapping, Linking

논리 주소(logical address)

• 프로세스마다 독립적으로 가지는 주소 공간
• 각 프로세스마다 0번지부터 시작한다.
• CPU가 보는 주소는 logical address이다.

 

물리 주소

• 메모리에 실제 올라가는 위치

 

주소 바인딩: 주소를 결정하는 것

Symbolic Address -> Logical Address -> Physical Address
Logical Address에서 Physical Address으로의 변화 시점(next page)이 언제인가?

주소 바인딩 과정, 출처 - 운영체제(반효경)

Compile time binding

• 물리적 메모리 주소(physical address)가 컴파일 시 알려짐
• 시작 위치 변경시 재컴파일해야 한다.
• 컴파일러는 절대 코드(absolute code)생성
• 현재는 거의 사용되지 않음

Load time binding

• Loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여
• 컴파일러가 재배치가능코드(relocatable code)를 생성한 경우 가능

Execution time binding (=Run time binding)

• 수행이 시작된 이후에도 프로세스의 메모리 상 위치를 옮길 수 있음
• CPU가 주소를 참조할 때마다 binding을 점검 (address mapping table)
• CPU는 논리 주소를 보기 때문에 하드웨어적인 지원이 필요 (base and limit registers, MMU)
• 앞선 두 방법은 메모리 관리에 비효율적이기 때문에 런타임 바인딩을 쓴다.

 

MMU(Memory-Management Unit)

logical address를 physical address로 매핑해 주는 하드웨어 Device

MMU scheme

동적 재할당, 출처 - 운영체제(반효경)

• 사용자 프로세스가 CPU에서 수행되며 생성해내는 모든 주소값에 대해 base register(=relocation register)의 값을 더한다.
• limit register를 통해 논리 주소가 범위를 초과했는지 검증한다.

 

user program

• logical addresss만을 다룬다.
• 실제 physical address를 볼 수 없으며 알 필요가 없다.

 

 

Dynamic Loading(동적 로딩)

• 프로세스 전체를 메모리에 미리 다 올리는 것이 아니라 해당 루틴이 호출될 때 메모리에 Load하는 것
• memory utilization을 향상시킬 수 있다.
• 가끔씩 사용되는 많은 양의 코드의 경우 유용하다.
  • EX) 오류 처리 루틴
• 운영체제의 특별한 지원 없이 프로그램 자체에서 구현 가능 (OS는 라이브러리를 통해 지원 가능)
• 페이징 기법과는 다르다! (그런데 페이징을 가리키는 데 쓰기도 한다.)

 

Overlays

• 메모리에 프로세스의 부분 중 실제 필요한 정보만을 Load한다.
• 프로세스의 크기가 메모리보다 클 때 유용하다.
• 운영체제의 지원 없이 사용자에 의해 구현
• 작은 공간의 메모리를 사용하던 초창기 시스템에서 수작업으로 프로그래머가 구현
  • Manual Overaly
  • 프로그래밍이 매우 복잡하다. <- 현대 컴퓨터 시스템에서는 쓰지 않는다.

 

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 스케줄러(swapper)에 의해 swap out시킬 프로세스가 선정된다.
• priority-based CPU scheduling algorithm
  • 우선순위가 낮은 프로세스를 swapped out 시킴
  • 우선순위가 높은 프로세스를 메모리에 올려 놓음
• Compile time 혹은 Load time binding에서는 원래 메모리 위치로 swap in해야 함 <- 비효율적이다.
• Execution time binding에서는 추후 빈 메모리 영역 아무 곳에나 올릴 수 있음
• swap time은 대부분 transfer time (swap되는 양에 비례하는 시간)임

Swapping 과정 도식, 출처 - 운영체제(반효경)

 

Dynamic Linking

• Linking을 실행 시간(execution time)까지 미루는 기법

 

Static linking

• 라이브러리가 프로그램의 실행 파일 코드에 포함된다.
• 실행 파일의 크기가 커진다.
• 동일한 라이브러리를 각각의 프로세스가 메모리에 올리므로 메모리 낭비
  • EX) printf 함수의 라이브러리 코드

 

Dynamic linking

• 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 읽어 옴
• 운영체제의 도움이 필요하다.
• 메모리를 더 효율적으로 사용할 수 있다.

 

 

출처

반효경, "운영체제 2014-1", KOCW, http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=3646706b4347ef09