[6주차] Virtual Memory: Paging system

Virtual Memory: Paging system

Paging System

null

✔ 프로그램을 같은 크기의 블록으로 분할(Pages)

✔ Terminologies

• Page: 프로그램의 분할된 block
• Page frame: 메모리의 분할 영역(Page와 같은 크기로 분할)

특징

✔ 논리적 분할이 아님(크기에 따른 분할)

• Page 공유(sharing) 및 보호(protection) 과정이 비교적 복잡

✔ Simple and Efficient

• Segmentation 대비

✔ No external fragmentation

• Internal fragmentation 발생 가능

Address Mapping

✔ Virtual address: v = (p, d)

• p: page number
• d: displacement(offset)

✔ Address mapping

• PMT(Page Map Table)

✔ Address mapping mechanism

• Direct mapping(직접 사상)
• ASsociative mapping(연관 사상)
  • TLB(Translation Look-aside Buffer)
• Hybrid direct/associative mapping

Page Map Table(PMT)

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✔ secondary storage address: swap device 상에 저장된 위치

Direct Mapping

✔ Block mapping과 유사
✔ 가정

• PMT를 커널 안에 저장
• PMT entry size = entrySize
• Page size = pageSize

null

null

✔ Residence bit = 0인 경우 page fault 발생 -> 해당 page 메모리에 적재

Page Fault

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✔ swap device -> 메모리 적재는 일종의 disk I/O과정

✔ I/O: running -> asleep/block -> ready

• Context switching 발생

문제점과 해결방안

✔ 문제점

• 메모리 접근 횟수가 2배 (성능 저하)
• PMT를 위한 메모리 공간 필요

✔ 해결방안

• Associative mapping(TLB)
• PMT를 위한 전용 기억장치(공간) 사용
  • Dedicated register of cache memory
• Hierarchical paging
• Hashed page table
• Inverted page table

Associatice Mapping

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✔ TLB(Translation Look-aside Buffer)에 PMT 적재

• Associative high-speed memory

✔ PMT를 병렬 탐색

✔ Low overhead, high speed

✔ Expensive hardware

• 큰 PMT 다루기 어려움

Hybrid Direct/Associative Mapping

✔ 두 기법을 혼합하여 사용

• HW 비용은 줄이고, Associative Mapping의 장점 활용

✔ 작은 크기의 TLB 사용

• PMT: 메모리(커널 공간)에 저장
• TLB: PMT에 일부 entry들을 적재
  • 최근에 사용된 page들에 대한 저장

✔ Locality(지역성) 활용

작동 원리

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null

Memory Management

✔ Page와 같은 크기로 미리 분할하여 관리/사용

• Page frame
• FPM 기법과 유사

Frame table

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✔ Page frame당 하나의 entry

✔ 구성

• Allocated/available field
• PID field
• Link field: for free list(사용 가능한 fp들을 연결)
• AV: Free list header(free list의 시작 지점)

✔ 일종의 linked-list

Page Sharing

✔ 여러 프로세스가 특정 page를 공유 가능

• Non-continuous allocation

✔ 공유 가능 page

1. Procedure pages
   • Pure code (reenter code)
2. Data page
   • Read-only data
   • Read-write data (병행성(concurrency) 제어 기법 관리 하에서만 가능)

예시

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✔ Editor 프로그램을 3명이 사용하는 경우

✔ editor program(code)는 하나의 page만 올려두고 공유

✔ 작성하는 data만 다른 곳에 저장

Data Page Sharing

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✔ 다른 프로세스가 각자 PMT에서 공유하고자 할 data에 대해 같은 page frame number 활용

Procedure Page Sharing(Problem)

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✔ 메모리 상의 같은 공간을 다른 page number가 가리키고 있다

solution

null

✔ 프로세스들이 shared page에 대한 정보를 PMT의 같은 entry에 저장하도록 한다 (같은 이름)

Page Protection

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✔ 여러 프로세스가 page를 공유 할 때

• Protection bit 사용
• 프로세스의 접근 권한을 bit로 표현

Summary

✔ 프로그램을 고정된 크기의 block으로 분할(page) / 메모리를 block size로 미리 분할(page frame)

• 외부 단편화 문제 없음
• 메모리 통합 / 압축 불필요
• 프로그램의 논리적 구조 고려 x (page sharing/protection 복잡)

✔ 필요한 page만 page frame에 적재하여 사용

• 메모리의 효율적 활용

✔ Page mapping overhead

• 메모리 공간 및 추가적인 메모리 접근 필요
• 전용 HW 활용으로 해결 가능(비용 고려)