1. 가상메모리

• 현대에는 가상메모리의 개념으로 물리 메모리 크기와 관계없이 프로세스를 실행시킬 수 있다.

  • 가상 메모리의 주소: 물리 메모리 공간이 아닌 가상의 주소 공간

  • 가상 메모리의 크기 ≤ 물리메모리의 최대 크기이지만,

    • 가상메모리가 사용할 수 있는 크기 = 물리 메모리 + 스왑영역
  • 동적 변환 Dynamin Address Translation, DAT: 메모리 관리자는 가상 메모리에서 프로세스가 사용하는 주소를 실제 메모리 주소로 변환

  • 가상 메모리의 분할은 세그먼테이션-페이징 혼용기법을 주로 사용

    • mapping table로 프로세스와 그 프로세스가 있는 위치(물리메모리 or swap) 확인
  

2. 페이징

• frame: 가상메모리와의 페이지와의 구분 위해 물리메모리의 영역은 프레임이라고 호칭(페이지와 프레임의 크기 동일)

page (mapping) table

• 페이지와 프레임의 연관 관계 표현

  • 스왑 영역에 있으면 프레임에서 invalid 로 표현

  • 페이지 테이블 통해 프로세스가 물리메모리에서 정보 읽어올 수 있음

    • 페이지 테이블에는 프레임 정보만 표현(페이지는 0부터 순서대로 저장되어 있기에)
  • 물리메모리의 운영체제 영역에 있음
  • 각각의 열을 부르는 호칭은 Page Table Entry, PTE
  • 각 PTE가 메모리를 차지하고, 모든 프로세스가 각각의 테이블과 가상메모리 가짐→ 물리메모리의 크기가 작으면 스왑영역으로 프로세스와 페이지 테이블의 일부도 함께 옮겨짐

  • 메모리 관리자는 페이지 테이블 기준 레지스터 Page Table Base Resister, PTBR 에 각 PTE의 시작 주소를 보관 (페이지테이블에서의 위치를 빨리 파악 위해)

    
  • 주소 변환: VA=<P,D> → PA=<F,D>
  
  

• 매핑하는 방법

  • 직접 매핑 direct mapping: 페이지 테이블 전체가 물리메모리에 존재 → 별도 과정 없이 바로 전환 가능

  • 연관 매핑 associative: 페이지 테이블 전체가 스왑 영역에 존재하고, 전체 중 무작위 일부(변환 색인 버퍼Translation Look-aside Buffer, TLB or associate register 만 물리 메모리에 가지고 있음) → 원하는 페이지 번호가 TLB에 있으면 TBL hit → 물리 주소로 변환
    → 없으면 TLB miss → 스왑영역의 테이블에서 직접매핑으로 물리 주소로 변환

    

  • 집합-연관 매핑 set-associative: 페이지 테이블을 5개씩 자름 → 이 페이지 테이블에서 나타내는 프레임이 물리메모리에 있는지 or 스왑영역에 있는지 알려주는 집합 테이블 set table 생성
    → 검색할 필요 없어 시간 단축

    

  • 역매핑invert mapping

    • 직접, 연관, 집합연관에서 페이지 번호 기준으로 테이블 구성했던 것과 달리, 프레임 번호 기준으로 사용

      • 장점: 모든 프로세스를 한 테이블에 담을 수 있어서 테이블 용량 작다(프레임 번호, PID, 페이지번호)
      • 단점: 특정 프로세스의 특정 페이지가 메모리에 있는지 확인하려면 그 정보를 테이블에서 찾고, 모든 페이지를 검색해야함 → 느림

3. 세그먼테이션

• segmentation (mapping) table: 페이지, 세그먼트의 크기(limit), 물리 메모리의 시작주소(address)로 구성

  • 장점: 메모리를 프로세스 단위로 관리 → 테이블 관리 편리
  • 단점: 물리메모리의 외부 단편화 → 물리 메모리 관리 복잡
• 주소 변환: VA=<S,D> → 변환한 물리주소 크기 < 각 limit → 해당 물리 주소에 접근 변환한 물리주소 크기 > 각 limit → 메모리 오류(trap: limit을 벗어나는 주소에 접근 등의 인터럽트)

4. 세그먼테이션-페이징 혼용

• paging: 메모리 관리 쉽다/ 테이블 크기 크다
• sementation: 메모리 관리 어렵다/ 테이블 크기 작다

• sementation-paging table

  • 각 프로세스의 메모리 접근 권한을 테이블에 추가
  • 관련있는 영역을 하나의 세그먼트로 묶어서 세그먼테이션 테이블로 관리
  • 각 세그먼트를 구성하는 페이지를 페이지테이블로 관리

• 주소 변환: VA=<S, P, D>

  

출처

• 조성호, 쉽게 배우는 운영체제(한빛아카데미, 2022)