메모리의 주소 공간: 물리/논리주소 가상메모리 & 주소 변환

물리 주소와 논리 주소로 나눈이유는 다음과 같습니다.

새롭게 실행되는 프로그램은 새롭게 메모리에 적재

실행이 끝난 프로그램은 메모리에서 삭제

같은 프로그램을 실행하더라도 실행할 때마다 적재되는 주소는 달라짐

 

물리주소

실제 메모리 칩에 존재하는 주소로, CPU가 메모리에 직접 접근할 때 사용하는 주소

 

논리 주소

CPU가 생성하는 주소로, 프로그램이 실행될 때 참조하는 주소

 

*가상 주소?

논리 주소로, 운영 체제와 MMU에 의해 물리 주소로 변환되기 전의 주소

 

가상메모리? 가상 주소?

• 가상 메모리와 가상(논리) 주소 공간은 다른 개념
• 혼용해서 사용되고 있긴 함
• 가상 주소 공간은 각 프로세스 당 주어지는 논리적인 공간
• 가상 주소 공간의 크기는 물리 메모리의 크기와는 독립적이며, 레지스터 크기에 종속적이다.
• 프로세스의 주소 공간은 페이지 단위로 관리
• 가상 주소 공간의 주소를 논리 주소라고 하는데, 모든 논리 주소가 반드시 물리적인 메모리의 물리 주소로 할당받는 것은 아님

 

가상 주소 공간의 페이지가 물리 주소 공간에 할당되지 않는 케이스

1. 필요한 순간에 물리 주소를 할당받는 경우

• 대부분의 프로그램들은 Process List Cycle 중에 동시에 전체의 Data나 Instruction이 필요한 것이 아니기 때문
• 필요한 순간에 물리 주소를 할당받는 것이 가능

 

 

2. 의도적으로 접근 금지 페이지로 남겨둔 경우

• 커널이 의도적으로 널 포인트에 대한 접근을 검출하기 위해서 접근 금지 페이지로 남겨둔 것

 

 

3. 사용되지 않은(unused) 논리 주소인 경우

• 쓰지 않고 남은 가상의 주소 공간
• 가상 주소 공간은 실제로 컴퓨터가 장착하고 있는 물리 메모리보다 큰 크기를 가질 수 있다.
• 부분적으로 프로세스의 페이지를 로드하는 개념은 가상메모리 기법으로 연결
• 가상 메모리 기법이란 프로세스의 일부만 메모리에 적재되더라도 수행을 허용하는 것
• 현재 필요하지 않은 프로세스의 페이지는 하드 디스크의 스왑영역에 머물러 있다가 해당 페이지가 필요할 때 스왑 in 된다.
• 이 기법 때문에 메모리보다 큰 프로세스를 실행하는 것이 가능
• 프로세스들이 적은 물리 메모리를 차지하기 때문에 더 많은 프로세스를 메모리에 로드하는 것이 가능

 

물리 주소와 논리 주소의 변환

• MMU라는 하드웨어에 의해 변환
• MMU는 논리 주소와 베이스 레지스터 값을 더하여 논리 주소를 물리 주소로 변환(베이스 레지스터는 프로그램의 기준 주소를 역할. 즉, 베이스 레지스터는 프로그램의 시작 주소가 담김)

 

베이스 레지스터 : 프로그램의 가장 작은 물리 주소(프로그램의 첫 물리 주소)를 저장하는 셈
논리 주소 : 프로그램의 시작점으로부터 떨어진 거리