가상메모리 #3 - Virtual Storage Methods(Segmentation system, Hybrid paging/segmentation system)

Virtual Storage Methods

• Paging system

• Segmentation system

• Hybrid paging/segmentation system

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Segmentation System

• 프로그램을 논리적 block으로 분할 (segment)
  • Block의 크기가 서로 다를 수 있음
  • 예) stack, heap, main procedure, shared lib, Etc.
• 특징
  • 메모리를 미리 분할 하지 않음
    • VPM과 유사
  • Segment sharing/protection이 용이 함
  • Address mapping 및 메모리 관리의 overhead가 큼
  • No internal fragmentation
    • External fragmentation 발생 가능

 

Segmentation System (Example)

• 논리적 분할 이므로 크기가 다를 수 있다.

 

Address mapping

• Virtual address: v = (s , d)
  • s : segment number
  • d : displacement in a segment
• Segment Map Table (SMT)
• Address mapping mechanism
  • Paging system과 유사

 

Segment Map Table

• segment number : 세그먼트 번호
• residence bit : 메모리 적재 유무
• secondary storage address : 세그먼트가 저장된 위치
• segment length : 세그먼트 길이( 크기가 다를 수 있기 때문 )
• protection bits : 프로세스가 가지는 권한
• segment address in memory : 세그먼트의 메모리 위치 

 

Address mapping (direct mapping)

1. 프로세스의 SMT가 저장되어 있는 주소 b에 접근
2. SMT에서 segment s의 entry 찾음
   •  s의 entry 위치 = b + s * entrySize
3. 찾아진 Entry에 대해 다음 단계들을 순차적으로 실행
   1. 존재 비트가 0 인 경우,
      // missing segment fault
      swap deive로부터 해당 segment를 메모리로 적재
      SMT를 갱신
   2. 변위(d)가 segment 길이보다 큰 경우 (d > ls ),
      segment overflow exception 처리 모듈을 호출
   3. 허가되지 않은 연산일 경우 (protection bit field 검사),
      segment protection exception 처리 모듈을 호출
4. 실제 주소 r 계산 (r = as + d)
5. r로 메모리에 접근

 

Memory management

• VPM과 유사
  • Segment 적재 시, 크기에 맞추어 분할 후 적재

• partition : 나누어진 메모리 영역의 번호
• start address : 시작 주소
• size : 크기
• current process ID : 현재 사용중인 프로세스 ID
• segment number : segment 번호 

 

Segment sharing/protection

• 논리적으로 분할되어 있어, 공유 및 보호가 용이함

Segmentation System

• 프로그램을 논리 단위로 분할 (segment) / 메모리를 동적으로 분할
  • 내부 단편화 문제 없음
  • Segment sharing/protection이 용이함
  • Paging system 대비 관리 overhead가 큼
• 필요한 segment만 메모리에 적재하여 사용
  • 메모리의 효율적 활용
• Segment mapping overhead
  • 메모리 공간 및 추가적인 메모리 접근이 필요
  • 전용 HW 활용으로 해결 가능

 

Paging vs Segmentation

Paging system	Segmentation System
• Simple  • Low overhead  • No logical concept for partitioning  • Complex page sharing mechanism	• High management overhead  • Logical concept for partitioning  • Simple and easy sharing mechanism

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Hybrid Paging/Segmentation

• Paging과 Segmentation의 장점 결합
• 프로그램 분할
  1. 논리 단위의 segment로 분할
  2. 각 segment를 고정된 크기의 page들로 분할
• Page단위로 메모리에 적재

 

Address mapping

• Virtual address : v = (s, p, d)
  • s : segment number
  • p : page number
  • d : offset in a page
• SMT와 PMT 모두 사용
  • 각 프로세스 마다 하나의 SMT
  • 각 segment마다 하나의 PMT
• Address mapping
  • Direct, associated 등
• 메모리 관리
  • FPM과 유사

 

SMT in hybrid mechanism

• 각 프로세스 마다 하나의 SMT를 가진다.
• 메모리에 올라가는 것은 page이므로 residence bit는 필요하지 않다.
• PMT address : 각 세그먼트들의 PMT 주소

 

PMT for a segment k in hybrid mechanism

• page가 메모리에 올라가므로 residence bit 가 있다.

 

Address mapping tables

• 각 프로세스마다 SMT 존재
• 각 세그먼트마다 PMT 존재

 

Direct (address) mapping

1. 프로세스의 SMT가 저장되어 있는 주소 b에 접근
2. SMT에서 segment s의 entry 찾음
   •  s의 entry 위치 = b + s * SMTentrySize
3. 찾아진 entry의 PMT가 저장되어 있는 주소 bs에 접근
4. PMT에서 page p의 entry 찾음
   • p의 entry 위치 = bs + p * PMTentrySize
5. 찾아진 Entry에 대해 존재 비트 검사
   1. 존재 비트가 0 인 경우,(page fault)
      swap deive로부터 해당 page를 메모리로 적재 
      PMT를 갱신 3-2 단계 수행
   2. 존재 비트가 1 인 경우,
      해당 entry에서 page frame 번호 p`를 확인
6. 실제 주소 r 계산 (r = p` * pageSize + d)
7. r로 메모리에 접근

 

Hybrid Paging/Segmentation

• 논리적 분할(segment)와 고정 크기 분할(page)을 결합
  • Page sharing/protection이 쉬움
  • 메모리 할당/관리 overhead가 작음
  • No external fragmentation
  • internal fragmentatioin 발생 가능
• 전체 테이블의 수 증가
  • 메모리 소모가 큼
  • Address mapping 과정이 복잡
• Direct mapping의 경우, 메모리 접근이 3배
  • 성능이 저하될 수 있음

 

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강의

www.youtube.com/watch?v=Dprd7V842WY&list=PLBrGAFAIyf5rby7QylRc6JxU5lzQ9c4tN&index=30

www.youtube.com/watch?v=ctfTntZ-RBo&list=PLBrGAFAIyf5rby7QylRc6JxU5lzQ9c4tN&index=31