6 Memory Management

Contiguous Allocation

• process의 context가 연속된 메모리를 할당받음
• 본인에게 할당된 메모리 주소 외 공간을 접근하려고 했을 때 막아야 함 → limit register 값 체크

Uniprogramming

• process 1개인 상태로 모든 memory를 해당 process가 사용하면 됨
• program size > memory- size인 경우 overlay structure를 사용함(코드를 나눠서 부분만 mem에 올림)
• mem 쓸 때는 CPU가 놀고 그 반대이기도 하니 효율성 떨어짐 → multiprogramming 사용
• MS-DOS

FPM

• mem을 고정된 크기로 나눔
• 하나의 process가 하나의 partition을 받도록 함
• 간단하고 overhead 적음
• 자원 관리 능력 떨어짐
• internal, external fragmentation
  • internal: 필요한 메모리 공간보다 할당 받은 공간이 작을 때 발생
  • external: 전체적으로 메모리 공간은 충분하지만 연속적이지 않아 할당받지 못할 때 발생

VPM

• mem을 필요한 만큼 나눠줌 → internal framentation 존재 안함
• 어느 자리에 들어갈 지 정하는 placement strategies 필요
  • first-fit: 처음부터 찾기 시작해서 자리 발생하면 바로 들어감, 간단하고 부하 적음
  • best-fit: 모든 곳을 탐색하여 가장 적게 남는 자리 들어감, search time 오래 걸림, 작은 size partition이 많이 남을 수 있음 → external fragmentation
  • wortst-fit: 모든 곳을 탐색하여 가장 많이 남는 자리 들어감, search time 오래 걸림, 작은 size partition이 남는 문제는 해결
  • next-fit: 이전에 탐색했던 다음 자리부터 탐색해 들어갈 수 있는 자리 있음 바로 들어감, memory partition을 고르게 사용 가능, 부하 적음
• coalescing holes: 연속하는 곳에 빈 자리 있으면 큰 덩이로 합침
• storage compaction: 한 쪽으로 다 몰아 저장, 실행 시간 오래 걸림, 거의 안 함

Discontiguous Allocation

• physical memory가 연속적이지 않아도 됨

Paging

• page table이 존재하여 해당 page가 물리적 mem에는 어디 존재하는지 저장하고 있음
• 물리적 mem을 고정된 크기로 나눠 frame으로 만듦
• 프로그램의 mem을 고정된 크기로 나눠 page로 만듦
• address mapping, dedicated CPU register, TLB 등으로 구현됨,

Segmentation

• 가변 크기로 할당함
• base, limit 체크해야 함

Virtual memory

• 모든 logical mem이 mem에 올라오지 않아도 프로그램을 실행할 수 있도록 하는 개념
• program을 나눔
• 실행에 필요한 부분만 메모리에 올림
• 장점
  • 프로그래머가 메모리 사이즈 생각할 필요 없이 코딩 가능
  • multiprogramming 가능
  • 일부만 메모리에 적재되어 있으므로 swap 시간이 적게 듦
• 단점
  • address mapping overhead
  • page fault handling overhead
  • realtime, embedded에서는 사용에 유의해야 함

Paging(Demand paging)

• program을 동일한 사이즈로 나눔
• 단순하고 효율적임
• 대부분의 OS에서 사용됨(segmentation과 혼합된 형태로)
• sharing, protection의 측면에서는 복잡해짐
  • sharing 할 때 base address가 다르므로 어느 걸 기준으로 계산해야 할지 애매함
    • copy-on-write: 다른 process에 의해 수정되는 page를 복사 해서 따로 쓰게 함
• Page Map Table에 저장됨(v=(page number, displacement)
  • PCB 내에 존재
  • physical address 구한다 → page fault면 context switching 아니라면 그냥 사용

Segmentation

• 서로 다른 크기의 logical block으로 나눔

Hybrid paging / segmentation

Address Mapping

• direct mapping
  • 단점:
    • PCB보기 위해 mem 접근(접근 속도 100ns) + 실제 필요한 mem 접근 → 총 2번 접근으로 느림
    • PMT size가 거대함

    → TLB 사용, dedicated register, cache mem이용

• associative mapping(TLB)
  • parallel search 가능
  • overhead 적고 빠름(접근 속도 20ns)
  • HW가 비싸짐
• Hybrid mapping
  • full PMT를 mem에 저장
  • PMT의 일부를 TLB에 저장하여 사용(자주 사용하는 부분)

Page table structure

• hierarchical paging
  • page table을 page한 table을 사용 → PMT 사이즈 문제 해결 가능
• hashed page table
• inverted page table
  • 모든 process 들이 하나의 page table을 사용함
  • page table 의 사이즈 줄어듦
  • 단점: table search 시간 증가 → hash table, TLB 이용으로 해결

이 글은 공부한 내용을 정리한 글로 오류가 있을 수 있습니다. 오류를 발견하신다면 댓글로 알려주신다면 감사하겠습니다.