가상메모리9 가상 메모리 시리즈 요약 - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 게시글 1 요약: Virtual Memory(가상 메모리)는 무엇이고 왜 사용되는가?가상 메모리가 도입되기 전에는 물리 메모리의 한계로 인해 여러 문제가 발생했다.메모리 부족 문제물리 메모리가 한정된 상황에서 프로그램이 큰 메모리를 필요로 하면 충돌이 발생할 수 있다.가상 메모리는 디스크를 이용해 가상 메모리 공간을 확장하여 물리 메모리 부족 문제를 해결한다.메모리 단편화 문제프로그램 실행과 종료가 반복되면서 메모리 공간에 '구멍'이 생겨 연속된 공간을 확보하기 어려운 상황이 발생한다.가상 메모리는 메모리 맵핑을 통해 물리 메모리의 어느 위치에든 데이터를 저장할 수 있어 단편화를 해결한다.보안 문제여.. 2024. 10. 31. MMU(Memory Management Unit)와 캐시 메모리 - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 지금까지 가상메모리 시리즈를 다루면서 MMU에 대해 언급하지 않았다.이제 가상메모리에 대한 기본적인 개념을 다 익혔으니, 해당 동작을 물리적으로 구현하는 장치인 MMU에 대해 알아보자.MMU(메모리 관리 유닛)MMU(Memory Management Unit)는 CPU와 물리 메모리 사이에서 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 하드웨어 장치이다. 가상 메모리 시스템에서 메모리 접근을 관리하고, 프로그램들이 각자 독립적인 가상 주소 공간을 사용할 수 있도록 한다.즉, 지금까지 다룬 가상메모리와 관련된 동작 일체를 책임지는 각각의 코어 내부에 위치한 하드웨어 이다.1. MMU의 주요 기능주소 변환 (Vto.. 2024. 10. 30. Multi-level Page Tables(다단계 페이지 테이블) - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 Multi-level Page Tables1. 페이지 테이블의 크기 문제32비트 시스템에서 4KB 페이지를 사용할 때, 페이지 테이블 항목이 약 100만 개 필요하다. 각 페이지 테이블 항목이 4바이트이므로 프로그램당 페이지 테이블에 4MB의 메모리가 필요하게 된다.4KB 페이지면 12bit offset 이 요구됨. 따라서 2^20 만큼의 항목이 필요함.보통 32비트 시스템의 경우, PTE 도 4바이트로 사용하는 경우가 많은데20비트는 물리페이지의 시작주소나머지 12비트는 Permission bits ( Valid/Present , Read/Write, Dirty, Accessed ..등)의 Perm.. 2024. 10. 29. TLB(Translation Lookaside Buffer)와 TLB 미스 - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 TLB를 이용한 가상 메모리 성능 최적화1. 가상 메모리 비용: 성능 저하 문제가상 메모리 시스템에서는 각 메모리 접근마다 페이지 테이블을 조회하고 주소 변환 작업을 수행해야 한다.페이지 테이블이 컴퓨터 구조 내부에 어디에 적재되냐를 따지기 이전에, 직관적으로 생각해보면 이러한 과정은 기본적으로 두 번의 메모리 접근이 필요하므로, 단순히 가상 메모리를 사용할 경우 메모리 접근 횟수가 두 배로 증가하며 이는 성능 저하의 원인이 된다.2. 가상 메모리를 빠르게: TLB의 필요성TLB(Translation Lookaside Buffer)는 이러한 성능 저하를 막기 위해 사용되는 페이지 테이블 캐시이다. 가.. 2024. 10. 28. Virtual Memory(가상 메모리)의 컨텍스트와 메모리 관리 - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 가상메모리의 컨텍스트와 메모리 관리1. 컨텍스트(Context)의 개념컨텍스트는 프로그램의 실행 상태와 관련된 정보로, 프로그램이 사용하는 가상 메모리 공간을 물리 메모리에 어떻게 매핑할지 결정하는 전체적인 환경을 의미한다. 여기에는 페이지 테이블(페이지 맵) 정보와 같은 메모리 매핑 정보뿐만 아니라, 프로그램의 실행과 관련된 여러 상태 정보(레지스터 값, 스레드 상태 등)도 포함될 수 있다.즉, 컨텍스트는 해당 페이지 테이블을 포함하는 더 넓은 개념으로, 프로그램이 실행될 때 필요한 모든 환경 설정을 포함한다. 여러 프로그램이 동시에 메인 메모리에 로드될 수 있으며, 각 프로그램은 자체 컨텍스트를 .. 2024. 10. 27. 페이지 폴트(Page Fault) - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 페이지 폴트(Page Fault)란?페이지 폴트는 프로그램이 메모리에 없는 데이터를 참조하려 할 때 발생하는 예외이다. 이 경우 운영체제가 디스크에서 해당 페이지를 가져와 메모리에 적재하는 과정을 거쳐야 한다.페이지 폴트 처리 과정페이지가 RAM에 없는지 확인: 페이지 테이블에서 해당 페이지가 디스크에 있다고 표시된 경우 페이지가 RAM에 없음을 알 수 있다.PTE(Page Table Entry) 의 유효비트(R, resident)가 0이면 메모리에 적재되어있지 않은 페이지임을 의미한다.페이지 폴트 예외 발생: CPU는 페이지 폴트 예외(exception)를 발생시키고, 이를 통해 운영체제가 페이지 .. 2024. 10. 26. 페이지 테이블과 주소 변환(Address Translation) - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 페이지 테이블 (Page Table)페이지 테이블이란?페이지 테이블은 가상 주소(virtual address, VA)를 물리 주소(physical address, PA)로 매핑하는 데 사용되는 데이터 구조이다. 가상 메모리 시스템에서 프로그램이 사용하는 가상 주소를 물리 메모리로 변환하여 실제 데이터를 접근할 수 있도록 돕는다. 페이지 테이블은 가상 주소와 물리 주소 간의 매핑을 기록한 항목으로 구성되며, 이를 페이지 테이블 엔트리(Page Table Entry, PTE)라고 부른다.왜 페이지라고 불리는가?가상 주소 공간이 크기 때문에, 각 가상 주소마다 하나의 엔트리를 할당하면 페이지 테이블의 크기.. 2024. 10. 25. Virtual Memory(가상 메모리)의 동작 방식 - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 가상 메모리의 동작 방식가상 메모리는 프로그램이 보는 가상 주소(virtual address, VA)와 실제 컴퓨터에 설치된 물리 메모리(RAM)가 사용하는 물리 주소(physical address, PA) 간의 매핑을 제공하는 방식으로 동작한다. 가상 메모리는 컴퓨터 시스템에서 메모리를 효율적으로 관리하고, 제한된 물리 메모리를 초과하는 데이터도 디스크와의 연동을 통해 처리할 수 있도록 돕는다.가상 주소와 물리 주소:가상 주소(VA)는 프로그램이 사용하는 주소이다. 물리 주소(PA)는 실제로 하드웨어에서 사용하는 주소로, 이는 시스템에 설치된 RAM 용량에 따라 달라진다. 예를 들어, 2GB의 RA.. 2024. 10. 24. Virtual Memory(가상 메모리)는 무엇이고 왜 사용되는가? - 가상 메모리 시리즈 모아 보기-https://microelectronics.tistory.com/99 Physical Memory와 관련된 세 가지 문제현대 컴퓨터 시스템에서는 가상 메모리를 통해 여러 프로그램이 한정된 물리 메모리를 효과적으로 사용할 수 있다.그런데 가상 메모리 도입 이전에는 프로그램 실행 중에 발생할 수 있는 여러 가지 문제가 있었다. 이번 게시글을 통해 가상메모리를 사용하지 않을 경우 발생할 문제와 이를 가상메모리로 어떻게 극복하는지에 대해 알아보자.1. 메모리 부족 문제물리 메모리가 부족한 경우, 프로그램이 실제 메모리를 초과하여 액세스하려 할 때를 생각해보자.예를 들어, 컴퓨터에 1GB의 물리 메모리만 있는 상황에서 4GB를 사용하는 프로그램을 실행하면 메모리 부족으로 프로그.. 2024. 10. 23. 이전 1 다음
