Real Memory(Real Storage)
실제 메모리(주 기억장치)라고도 한다.
메모리는 CPU와 상호작용을 통해 CPU는 메인메모리에 주소로 접근하면 CPU는 메모리에서 해당 주소에 위치한데이터를 가져온다.
주소의 개수
128M의 Ram이 있을 경우
M(메가바이트) = 2의 20승
128 = 2의 7승
2^20 * 2^7 = 2^27만큼의 주소 개수가 사용된다.
재배치 문제
a와 b는 개별 프로그램의 메모리구조이며 각 메모리마다 0~16380의 메모리 영역을 차지한다..
a를 실행하면 0번이 실행되고 24번으로 점프한 후 나머지가 실행되고 끝난다.
b는 28번으로 점프해서CMP(비교)를 실행하고 프로그램이 끝난다.
이렇게 작성된 프로그램을 한개의 메모리에 적재를 시킨다. a가 낮은 주소 영역(흑색), b가 높은 주소 영역(흰색)이다.
한 메모리에 적재가 되었지만 프로그램을 수정해주지 않게 된다면 프로그램 a에선 문제가 없지만 프로그램 b에선 점프가 일어날 때 엉뚱한 프로그램인 a로 점프를 하게된다.
해당 프로그렘의 주소영역이 아닌 다른 프로그램의 주소 영역을 침범하게 되며 에러가 발생한다. 이게 재배치 문제.
재배치 문제 solution 1. 고정분할 Absolute Loading.
각 프로그램은 고정된 장소로 적재되게 된다.
파티션 별로 크기와 공간을 나누고 해당된 공간에 해당된 프로그램을 적재한다고 할 경우 문제가 생긴다.
파티션1은 10k의 공간을 차지하고, 파티션 2는 100k, 파티션 3은 1m의 공간을 차지한다고 할 경우 파티션2에 들어가야하는 프로그램은 당연히 파티션 1에 들어가지 못한다.
왜냐하면 공간이 부족하기 때문.
1. 파티션3이 비어있어도 파티션 2에 들어가야하는 프로그램은 파티션3에 들어갈 수 없다. 공간의 활용도가 매우 떨어진다.
2. 파티션2에 프로그램이 들어갔는데 90k만 차지하고 있더라도 남는 10k 공간에 다른 프로그램이 들어가지 못한다. 남는 10k의 메모리가 사용될 수 없다.
재배치 문제 solution 2. 고정분할 Relocatable Loading.
파티션을 크기별로 나눈다. 이후 프로세스는 공간이 충분하다면 어디든 들어갈 수 있다. 이러면 재배치 문제가 생기게 되는데 재배치 문제가 발생할 때 마다 주소값을 고쳐주어야 한다.
재배치와 보호
재배치(Relocation): 프로그램 코드와 데이터를 위한 적재 주소를 할당하고 코드 및 데이터를 할당된 주소에 적합하게 조정해주는것.
정적 재배치
- 프로그램을 적재할 때 참조하는 주소를 직접 수정해주는 것.
- IBM360의 Loader: 재배치가 이루어질 때 메모리의 주소들을 바꿔주는 프로그램
동적 재배치 및 보호를 위한 해결
base와 limit값을 사용한다.
실제 물리적 주소의 한계값은 base값에 address를 더한 것인데, 재배치가 이루어 질때 address >= limit이면 error를 발생한다.
주소의 종류
Logical address
- 프로세스마다 독립적으로 갖는 공간.
- 논리적인 주소 체계로, 0번지를 시작으로 상대적인 주소 값을 갖는다.
- CPU에서 인식하는 주소 체계이다.
- virtual / relative / relocatable address 라고도 한다.
Physical address
- 실제 물리적인 메모리 위치를 식별하는 주소
- absolute address라고도 한다.
Symbolic address
- 변수나 함수와 같이 코드에서 사용하는 상징적인 이름을 주소로 사용하는 방법 -> 프로그래머가 이해하기 쉽다
Address Binding
만약 프로그램에다가
int a = 2이런 코드를 쓰면 a라는 번지에 2를 쓰는(write)것.
근데 실제로 CPU가 명령을 수행하면
store #4920, 2 //(4902는 임의의 주소)이렇게 되는데, 이 #4920이란 메모리 번지를 언제 결정하느냐가 크게 3가지가 있다.
1. compile time binding,
2. load time binding
3. execution time(Run-time)
이 메모리 번지를 언제 어떻게 결정 하느냐가 어드레스 바인딩, 주소할당이라고 한다. -> 한 주소 공간에서 다른 주소공간으로 매핑하는 과정
Compile time binding
- 컴파일 시간(Compile time)에 물리 주소를 결정하는 것으로, 실행 파일에 물리주소를 포함시킨다.
- 논리주소와 물리주소가 같다.
프로그램에 절대주소(Physical address)가 포함되어 있으므로 프로세스를 로드하는것이 빠르지만, 생성된 주소공간이 다른 프로그램에 의해 점유되어 있을 경우 충돌이 발생할 수 있기 때문에, 프로그램을 다시 컴파일 해야하는 상황이 생긴다.
이러한 이유로 다중 프로그래밍이 가능한데 현대 OS환경에선 실효성이 떨어져 사용하지 않는 방법이다.
Load time binding
- 로드 시간에 논리주소를 물리주소로 바인딩하는것.
- Loader에 의해 재배치 가능한 주소가 절대 주소로 변환된다.
- 컴파일러가 주소를 결정할 수 없는 경우 symbolic address를 Logical address로 변경한 후 Loader에 의해 Physical address로 변경한다.
Execution time(Runtime) binding
- 실행 시간에 논리주소를 물리주소로 바인딩 하는 것.
- 현대 OS는 대부분 이 방식을 사용.
- MMU(Memory Management Unit)장치에 의해 논리주소를 물리주소로 변경한다.
Swapping
너무 많은 프로세스가 있을경우 메모리가 충분하지 않게 됨 -> Trashing이 발생함.
프로세스가 실행되려면 반드시 메모리에 올라가야 한다.
Trashing이 발생하면 사용하지 않는 x번 프로세스를 잠시 보조기억장치에 옮겨둔다. -> Swap-out(roll-out)
시간이 지나고 x번 프로세스에 이벤트가 도착했다면 다시 메모리에 올려줘야 한다. -> Swap-in(roll-in)
이런 Swap-in, Swap-out을 반복하는 일을 Swapping이라고 한다.