[CS 운영체제] 메모리 관리 I

메모리란?

주소를 통해서 접근하는 장치

 

Logical Address

• 메모리에 올라가기 전 프로세스마다 가지고 있는 독자적인 가상 메모리 주소 공간
• 각 프로세스마다 0번지부터 시작
• CPU가 보는 주소

 

physical address

• 메모리가 실제 올라가는 물리적 주소

 

주소 바인딩

• 주소를 결정하는 것

Compile time binding 

• 컴파일시 물리적 주소에 바인딩을 진행
• 현대 운영체제에서는 알맞지않음
• 범용컴퓨터(하나의 프로그램만 돌아가는)에서는 사용가능
• 컴파일러는 절대코드를 생성

 

Load time binding

• Loader의 책임하에 물리적 메모리 주소 부여
• 컴파일러가 재배치가능코드를 생성한 경우 가능

 

Execution time binding (=Run time)

• 수행이 시작된 이후에도 프로세스의 메모리 상 위치를 옮길수있다.
• CPU가 주소를 참조할때마다 binding을 점검
• 하드웨어적 지원이 필요 (e.g.base and limit register, MMU)

 

CPU가 왜 논리적인 주소를 보는가?

기계어를 CPU가 실행할때 논리적인 주소를 보기때문

CPU는 그때 그때 주소변환을 해서 접근해야함

런타임 바인딩은 실행중에 주소가 변경할수있다

그래서 CPU가 주소를 참조할때마다 binding을 점검!!

 

MMU(Memory-Management Unit)

Dynamic Relocation

• 프로그램이 통째로 메모리에 올라가는 상황일때 간단한 주소변환 방식
• Base relocation register 값을 더해서 주소를 찾음
• 다른 메모리 주소 공간을 접근하려는 것을 막기 위해서 limit register를 둔다

• CPU가 주소를 주면 limit register 값보다 작은지 판단
• 만약 크다면 CPU 제어권을 박탈
• 작으면 relocation register값을 더해서 물리주소를 찾음

 

Dynamic Loading

• 해당 루틴이 불리면 메모리에 load
• memory utilization이 좋아짐 (예외처리 등 안쓰는 코드를 올리지 않음)
• 운영체제의 특별한 지원없이 프로그램 자체에서 구현 가능

 

Overlays

• 실제 필요한 정보만 메모리에 올림
• Dynamic Loading과 비슷하지만 초반에 메모리보다 프로세스가 큰 시절에 사용
• 사용자가 직접 메모리를 관리

 

Swapping

• 프로세스를 일시적으로 메모리에서 Backing store로 쫓아냄 (통째로)
• Compile time/Load time binding에는 제한적임
• 메모리가 변하면 안되어서 원래 있던 곳만 사용해야함
• Backing store(swap area)
  • 디스크
• Swap In/ Swap Out
  • 일반적으로 스케줄러가 선택
  • priority-based CPU scheduling algorithm
    • priority가 낮은 프로세스를 swapped out
    • priority가 높으면 메모리에 올림
  • swap time은 대부분 transfer time임 (프로세스를 통째로 올리고 빼기때문에 디스크에서 읽어오눈 시간보다 길다)

 

Dynamic Linking (static library)

• Linking을 실행 시간까지 미루는 기법

Static Linking

• 라이브러리가 프로그램의 실행 파일안에 포함
• 실행 파일의 크기가 커짐
• 동일한 라이브러리를 각각의 프로세스가 메모리에 올려서 메모리 낭비

Dynamic linking (shared library) .so, .dll

• 라이브러리가 실행시 연결
• 라이브러리 호출 부분에 라이브러리 루틴의 위치를 찾기 위한 stub이라는 작은 코드를 둠
• 라이브러리가 메모리에 있으면 루티의 주소로 가고, 없으면 디스크에서 읽어옴
• 운영체제의 도움 필요

 

물리적 메모리 관리

OS 상주 영역

• interrupt vector와 함께 낮은 주소 영역 사용
• 사용자 프로세스 영역
• 높은 주소 영역 사용
  • 할당 방법
    • Contiguous allocation(연속 할당) 
      • 각각의 프로세스가 메모리의 연속적인 공간에 적재
      • Fixed partition allocation
      • Variable partition allocation
        • 고정 분할
          • 미리 메모리를 나누어 놓고 배정
          • 분할된 메모리보다 프로세스가 작다면 내부 조각이 생김 (메모리 낭비)
          • 분할이 작아서 사용하지 못하는 외부조각이 생김(메모리 낭비)
        • 가변 분할
          • 프로그램이 종료된 후 남는 자리가 생기면 외부 조각이 생김(낭비)
          • Hole
            • 가용 메모리 공간
              • Dynamic Storage-Allocation Problem
                • 가변 분할 방식에서 size n인 요청을 만족하는 가장 적절한 hole을 찾는 문제
                • first-fit
                  • 가장 먼저 찾아지는 hole에 할당
                • best-fit
                  • 가능한 hole 중 가장 작은 공간에 할당
                  • hole의 리스트가 정렬되어있지 않으면 모든 hole을 봐야함
                  • 많은 수의 작은 hole 발생
                • worst-fit
                  • 가장 큰 hole에 할당
                  • 모든 hole을 탐색
                  • 상대적으로 큰 hole들 생성
      • Noncontiguous allocation(불연속 할당)
        • 하나의 프로세스가 메모리의 여러 영역에 분산되어 올라갈 수 있음
        • Paging
        • Segmentation
        • Paged Segmentation

compaction

• 런타임 바인딩에서만 가능
• 이용 중인 영역을 몰아서 hole들을 모아 메모리 공간을 확보