안나무의 공부블로그

운영체제

1. 캐시 직접 매핑 캐시는 메모리에 비해 용량이 매우 작은 편이다. 그래서 언제나 메모리의 일부만을 가지고 있을 수밖에 없다. 직접 매핑은 메모리의 페이지를 캐시 페이지 개수로 나누고 나뉜 각 영역을 블록이라고 한다. 블록 내에서의 순서에 따라 각 페이지는 캐시에 들어갈 수 있는 위치가 정해진다. 예를 들어 각 블록의 첫 번째 페이지는 캐시의 첫 번째 페이지에만 저장될 수 있는 것이다. 각 블록에는 번호가 매겨지는데, 이를 태그(tag)라고 한다. 캐시 페이지 테이블의 인덱스가 블록 내에서 메모리 페이지의 위치를 나타내기 때문에 캐시 페이지 테이블은 태그와 데이터만 가지고 있다. 직접 매핑은 캐시 히트와 캐시 미스를 빠르게 판단할 수 있다. 메모리의 각 페이지는 오직 한 군데에만 저장될 수 있기 때문이..

2021. 9. 23.

운영체제

1. 메모리 접근 권한 메모리의 특정 번지에 접근할 수 있는 권한이다. 읽기, 쓰기, 실행, 추가 4가지 권한이 존재한다. 다만, 추가는 쓰기가 반드시 동반되어야 하기 때문에 동일한 것으로 취급한다. 그래서 이를 조합하면 총 8가지 정도의 메모리 제어 방식이 나온다. 프로세스는 영역별로 접근 권한이 다르다. 다음은 각 영역별 권한에 대한 내용이다. 코드 영역 자기 자신을 수정하는 프로그램은 존재하지 않는다. 따라서 읽기 및 실행 권한을 가진다. 데이터 영역 데이터는 읽기, 쓰기가 모두 가능한 데이터와 읽기만 가능한 데이터로 나눌 수 있다. 일반적으로 모두 가능하고 상수로 선언한 변수는 읽기만 가능하다. 메모리 접근 권한 검사는 가상 주소 → 물리 주소 변환이 일어날 때마다 시행된다. 권한이 없는 접근을 ..

2021. 9. 23.

운영체제

1. 세그먼테이션 기법의 구현 세그먼테이션은 가변 분할 방식을 기반으로 한다. 따라서 테이블에 각 프로세스가 차지하는 메모리의 크기를 명시해줘야 한다. 크기가 모두 제각각이기 때문이다. 테이블에는 세그먼트의 크기를 나타내는 limit와 물리 메모리상의 시작 주소를 나타내는 address가 있고 테이블 인덱스는 세그먼트 번호를 의미한다. 세그먼테이션도 물리 메모리가 부족할 때 스왑 영역을 사용한다. 페이징 기법과 동일하게 I(invalid)로 표기한다. 2. 세그먼테이션 기법의 주소 변환 세그먼테이션 기법에서는 가상 주소를 VA=로 표현한다. S는 세그먼트 번호, D는 세그먼트 시작 지점에서 해당 주소까지의 거리이다. 각 프로세스마다 할당된 limit를 벗어난 메모리에 프로세스가 임의로 접근하려고 하면 메..

2021. 9. 23.

운영체제

1. 페이징 기법의 구현 페이징 기법은 고정 분할 방식을 이용한 가상 메모리 관리 기법이다. 균일하게 나뉜 각 영역을 페이지라고 부르며 번호를 매겨 관리한다. 물리 메모리도 같은 크기의 영역으로 균일하게 나눠 관리하는데, 이 영역은 프레임이라고 한다. 마찬가지로 번호를 매겨 관리한다. 페이지 테이블은 하나의 열로 구성된다. 각 행이 페이지의 번호를 나타내기 때문에 추가적인 열이 필요하지 않다. 각 열에는 해당 페이지가 위치한 프레임의 번호가 들어 있다. 페이지가 스왑 영역에 있는 경우는 invalid로 나타낸다. 2. 페이징 기법의 주소 변환 페이징 기법의 주소 변환 과정은 다음과 같다. 가상 주소가 어느 페이지의 어느 위치에 있는지 찾는다. 페이지 테이블을 이용해 어느 프레임의 어느 위치에 있는지 찾는..

2021. 9. 22.

운영체제

1. 가상 메모리 시스템 현대 메모리 관리의 가장 큰 특징은 물리 메모리의 크기와 프로세스가 올라갈 메모리의 위치를 신경 쓰지 않고 프로그래밍하도록 지원한다는 것이다. 이게 가능한 이유는 가상 메모리 시스템이 있기 때문이다. 가상 메모리의 크기와 주소 이론적으로 가상 메모리는 무한대의 크기이다. 물리 메모리의 크기 + 스왑 영역이 곧 가상 메모리가 가용할 수 있는 크기가 되기 때문이다. 가상 메모리 시스템에서 메모리 관리자는 가상 메모리의 크기를 바탕으로 프로세스가 사용하는 가상 주소를 실제 메모리의 물리 주소로 변환하는데, 이를 동적 주소 변환(DAT)이라고 한다. 프로세스는 자신이 배치되는 실제 메모리의 주소나 배치 상황 등에 대해 알 필요가 없다. 가상 메모리의 메모리 분할 방식 가상 메모리 시스템..

2021. 9. 22.

운영체제

1. 컴파일 과정 소스코드가 있다. 컴파일러는 소스코드를 기계어로 번역한다. 이 과정에서 오류가 있는지 점검하고 최적화를 통해서 필요 없는 변수와 코드를 삭제한다. 이렇게 목적코드가 만들어진다. 목적 코드에 라이브러리 코드를 삽입하여 최종 실행 파일을 만든다. 2. 변수와 메모리 할당 컴파일 과정에서 가장 중요한 것은 메모리를 확보하고 정리하는 부분이다. char str = 'a'; int vol = 7; float pri = 2.3; 기계어는 메모리 주소를 사용한다. 컴파일러는 0번지에 a를 넣고 이곳을 문자형이 들어가는 공간으로 기억한다. 1번지부터 4번지까지 확보한 후 정수 7을 넣고, 5번지부터 12번지까지 확보한 후 실수 2.3을 넣는다. 컴파일러는 프로그래머가 지정한 자료형에 해당하는 크기의 ..

2021. 9. 22.

운영체제

1. 메모리 분할 방식 메모리에 여러 프로세스를 배치하는 방법은 크게 가변 분할 방식과 고정 분할 방식으로 나뉜다. 가변 분할 방식 프로세스의 크기에 맞게 메모리가 분할된다. 따라서 분할된 메모리의 영역의 크기가 각각 다르다. 한 프로세스가 연속된 공간에 배치되기 때문에 연속 메모리 할당이라고도 한다. 하나의 프로세스를 연속적인 공간에 배치할 수 있다는 장점이 있지만, 메모리 관리가 복잡하다는 단점이 있다. 고정 분할 방식 프로세스의 크기에 상관없이 메모리를 같은 크기로 나눈다. 한 프로세스가 불연속적인 공간에 분산되어 배치될 수 있기 때문에 비연속 메모리 할당이라고도 한다. 메모리 관리가 수월하다는 장점이 있지만, 메모리 낭비가 발생할 수 있다는 단점이 있다. 현대 운영체제는 기본적으로 고정 분할 방식..

2021. 9. 22.

운영체제

1. 메모리 오버레이 이전에 비해 범용적으로 사용하는 메모리의 용량이 늘었지만, 여전히 메모리보다 큰 프로그램을 돌리는 상황이 발생하곤 한다. 한 번에 처리할 수 없기 때문에 프로그램을 적당한 크기로 나눠서 가져와야 하는데 이 기법을 메모리 오버레이(memory overlay)라고 한다. 하나의 메모리에 여러 프로그램을 겹겹이 쌓아놓고 실행한다고 해서 붙여진 이름이다. 프로그램을 몇 개의 모듈로 나눈 뒤 필요할 때마다 해당 모듈을 메모리에 가져와 사용한다. 중요한 모듈은 메모리에 상주시키고 부수적인 모듈들은 필요할 때만 호출하는 것이다. 메모리 오버레이에서 어떤 모듈을 가져오거나 내보낼지는 프로그램 카운터가 결정한다. 프로그램 카운터는 앞으로 실행할 명령어의 위치를 가리키는 레지스터로, 해당 모듈이 메모..

2021. 9. 22.

운영체제

1. CPU와 메모리 CPU의 비트는 한 번에 다룰 수 있는 데이터의 최대 크기를 의미한다. CPU 내부 부품은 모두 이 비트를 기준으로 제작된다. 레지스터 크기, 산술 논리 연산장치의 처리 범위, 각종 버스의 크기(대역폭)도 모두 이 비트를 따른다. CPU의 비트는 메모리 주소 공간(address space)의 크기와도 연관이 있다. 예를 들어 32비트의 경우 메모리 주소 레지스터(MAR)의 크기도 32비트이므로 메모리 주소의 총 개수가 2^32개가 된다. 총 크기는 (2^32)B = 4GB이므로 32비트의 CPU는 메모리를 최대 4GB까지 사용할 수 있다. 2. 절대 주소와 상대 주소 메모리 영역의 구분 메모리는 2개의 영역으로 구분된다. 운영체제 영역과 사용자 영역이다. 운영체제는 시스템을 관리하는..

2021. 9. 22.

운영체제

1. 메모리 관리의 복잡성 메모리는 보통 0번지부터 시작하는 메모리 주소로 관리되며 각 영역은 1B의 크기를 차지한다. CPU는 메모리 주소 레지스터를 사용해 메모리의 내용을 읽고 쓴다. 메모리 주소 레지스터에 메모리 주소를 넣으면 된다. 이런 메모리의 관리가 예전부터 어려웠던 것은 아니다. 일괄 처리 시스템의 경우 메모리의 관리에 크게 신경쓰지 않아도 되었다. 어차피 한 번에 하나의 프로그램만 메모리에 올라오기 때문이다. 하지만 폰노이만 구조의 컴퓨터는 그렇지 않다. 여러 개의 프로그램이 메모리에 상주한다. 메모리의 크기는 한정적이기 때문에 어떤 프로그램을 메모리에 올릴 것인지, 내릴 것인지 고려해야 한다. 이런 메모리 관리는 메모리 관리 시스템(Memory Management System)이 담당한다..

2021. 9. 22.