가상 메모리의 개요

1. 가상 메모리 시스템

• 물리 메모리의 크기와 상관 없이 프로세스에 커다란 메모리 공간을 제공하는 것
• 가상 메모리의 크기 : 물리메모리 + 스왑 영역
• 동적 주소 변환 : MMU를 통해 가상 주소를 실제 물리 주소로 변환

2. 매핑 테이블의 필요성과 역할

• 가변 분할, 고정 분할 각각 아래의 매핑 테이블을 사용
  • 페이징 매핑 테이블(= 페이지 테이블)
  • 세그먼테이션 매핑 테이블(= 세그먼테이션 테이블)

3. 지역성

• 지역성 : 기억장치에 접근하는 패턴이 전체가 아닌 특정 영역에 집중되는 성질

  (= 국부성 또는 집약성)

  • 공간의 지역성 : 공간적으로 가까운
  • 시간의 지역성 : 시간적으로 가까운
  • 순차적 지역성 : 순차적으로 가까운

• 캐시에서 지역성을 많이 사용한다.

  • 캐시 적중률(Cahce Hit radio) 높이기 위해 지역성을 고려한다.

• 페이지 교체 알고리즘 또한 지역성을 기반으로 한다.

  • 지역성을 고려해 메모리가 꽉차면 사용 확률이 적은 페이지를 스왑에 보낸다.

페이징 기법

1. 페이징 기법의 구현

• 가상 주소의 ‘페이지’ → 물리 주소의 ‘프레임’

2. 페이징 기법의 주소 변환

• 주소 변환 과정
• 정형화된 주소 변환
  • VA = <P, D> *VA : 가상주소, P : 페이지, D : 페이지의 처음 위치 ~ 해당 주소까지 거리
  • VA = <1, 8> → 가상주소 18번은 페이지1의 8번 주소
  • 페이지 테이블 엔트리 : [페이지 번호 + 프레임 번호]

3. 페이지 테이블 관리

• 메모리 공유
  • 프로세스 마다 페이지 테이블이 하나씩 존재한다.
  • 페이지 테이블은 메모리 관리자가 자주 사용하므로, 빨리 접근 가능해야 한다.
  • 페이지 테이블 기준 레지스터(PTBR) : 각 페이지 테이블 시작 주소를 담은 레지스터
• 쓰기 시점 복사
  • 쓰기 시점 복사 : 데이터에 변화가 있을 때까지 복사를 미루는 방식
• 변환 색인 버퍼
  • 변환 색인 버퍼(TLB) : 캐시된 페이지 테이블 - 가상 → 물리 변환 속도 높임
• 역 페이지 테이블(invert page table)
  • 물리 메모리의 프레임 번호를 기준으로 테이블을 구성하는 것
  • 모든 프로세스에 하나의 테이블 제공 : 프레임 번호 + PID + 페이지
• 다단계 페이지 테이블
  • 집합 테이블 : [집합 + 주소] → 각가의 [페이지 + 프레임]

세그먼테이션 기법

1. 세그먼테이션 기법의 구현

• limit : 세그먼트의 크기
• address : 세그먼트 시작 주소 - I (invalid) 면 현재 스왑에 있다는 뜻이다.
• 장점 : 메모리를 프로세스 단위로 관리 → 테이블이 작고 단순
• 단점 : 물리 메모리의 외부 단편화로 관리가 어렵다.

2. 세그먼테이션 기법의 주소 변환

• VA = <S,D> * S : 세그먼트 번호, D : 세그먼트 시작 지점 ~ 해당 주소까지 거리
  • 세그먼트 : 프로세스 크기에 따라 분할한 공간
  • VA = <0,32> : 프로세스 A는 세그먼트 0 테이블에서 세그먼테이션 0의 limit는 280, address 120 address 120로부터 거리 32를 더해 물리 주소 152번을 구함
• 세그먼테이션 오류 :
  • 트랩 : 세그먼테이션의 limit를 넘어가는 용량 사용 오류 → 강제 종료한다.
  • 트랩 발생 시, OS는 사용자에게 세그먼테이션 오류를 보낸다.

캐시 매핑 기법

1. 캐시 직접 매핑

• 블록 : 메모리의 페이지수 / 캐시의 페이지 수
• 태그를 통해서 캐시 히트나 캐시 미스를 빠르게 확인

2. 캐시 연관 매핑

• 장점 : 캐시 메모리 자유롭게 사용 가능
• 단점 : 캐시 히트나 캐시 미스 확인 위해 캐시 모든 주소 검색 필요

3. 캐시 집합 - 연관 매핑