9.9.6 묵시적 가용 리스트블록 구조힙에 저장되는 각 블록은 헤더(header), 페이로드(payload), 그리고 필요에 따라 패딩(padding)으로 구성된다.헤더에는 블록 전체 크기와 할당 여부 비트를 함께 저장한다.블록 크기는 항상 8의 배수이므로, 하위 3비트 중 하나를 할당 여부 표시용으로 사용한다.예를 들어, 크기가 0x18인 블록이 할당되어 있다면, 헤더 값은 0x19가 된다.묵시적 자유 리스트 개념묵시적 가용 리스트 방식은 명시적인 포인터 없이 블록들을 순차적으로 탐색하면서 가용 블록을 찾는 구조다.블록의 크기 정보를 이용해 다음 블록의 위치를 계산한다.힙 전체를 한 블록씩 순회하면서 가용 블록을 찾는다.가용 블록은 헤더에 기록된 할당 여부를 통해 판별한다.장점과 단점장점:구조가 간단하..

9.9 동적 메모리 할당 (Dynamic Memory Allocation)C 프로그래머는 mmap 및 munmap 같은 저수준 함수보다는, 실행 시간에 추가적인 가상 메모리가 필요할 때 동적 메모리 할당자(dynamic memory allocator)를 사용하는 것을 더 선호한다.동적 메모리 할당자는 프로세스의 가상 메모리 내 힙(heap)이라고 불리는 영역을 관리한다. 이 힙은 초기화되지 않은 데이터 영역 바로 다음에서 시작해서, 더 높은 주소 방향으로 확장되는 demand-zero memory이다. 커널은 각 프로세스마다 brk라는 포인터를 유지하여 힙의 꼭대기를 추적한다.할당자는 힙을 다양한 크기의 블록으로 구성된 컬렉션으로 유지하며, 각각은 할당됨(allocated) 또는 비어있음(free) 상태..

지난 포스팅에 이어서 서술형 문제에 대한 답을 작성해 보고 이에 대해 수정이 필요한 내용을 담아 정리했다.가상 메모리 기반의 메모리 보호(Memory Protection)주소 공간의 격리 (Address Space Isolation)각 프로세스는 고유한 가상 주소 공간을 가진다.이 때문에 한 프로세스가 다른 프로세스의 메모리를 직접 접근하는 것이 불가능하다.동일한 주소(예: 0x400000)가 여러 프로세스에 존재하더라도, 실제 물리 주소는 완전히 다를 수 있다.접근 권한 제어 (Access Permissions)각 페이지 테이블 항목에는 권한 비트(read/write/execute)가 포함되어 있다.예를 들어, 코드 영역은 실행만 가능하고, 데이터 영역은 쓰기가 가능하며, 읽기 전용 데이터는 쓰기를 허..

지금까지 9장의 내용을 학습했지만 이에 대한 개념이 아직 헷갈리고 책의 장황한 설명들로 인하여 이해가 어려웠던 내용에 대해 직접 서술형 문제를 답하는 연습을 수행하고 이를 기록하여 9장의 내용을 더 잘 이해하고자 했다. GPT가 내주는 서술형 문제를 직접 작성해 보고 추가로 설명이 되면 좋은 내용들을 추가했다.가상 메모리가 가지는 주요 목적캐싱 도구로서의 역할가상 메모리는 주 기억 장치(DRAM)를 보조 기억장치(디스크)의 캐시로 활용한다. 프로그램이 참조하는 페이지가 주 기억장치에 있으면 이를 페이지 히트(page hit)라고 하며, 디스크 접근 없이 빠르게 데이터를 가져올 수 있다. 반대로, 참조한 페이지가 주기억장치에 없으면 페이지 폴트(page fault)가 발생하고 , 운영체제는 디스크에서 해당..

9.8 메모리 매핑 (Memory Mapping)리눅스는 가상 메모리 영역의 초기 내용을 디스크 상의 객체에 연결(mapping)함으로써 초기화한다. 이를 메모리 매핑(memory mapping)이라고 한다. 가상 메모리 영역은 다음 두 종류의 객체 중 하나에 매핑될 수 있다:일반 파일예: 실행 파일, 객체 파일 등.파일의 일부분을 페이지 단위로 나누어 가상 페이지에 대응시킨다.요구 페이징(demand paging)을 사용하므로, 해당 페이지에 실제 접근하기 전까지는 메모리에 로드되지 않는다.영역 크기가 파일보다 크면, 나머지 공간은 0으로 패딩 된다.익명 파일(anonymous file)커널이 생성한, 내용이 모두 0으로 채워진 임시 객체.이 영역의 페이지에 처음 접근할 때, 커널이 물리 메모리에서 희..

9.7 Intel Core i7/Linux 메모리 시스템 사례 연구지금까지 설명한 가상 메모리 개념들을 실제 시스템에 적용한 사례로, Intel Core i7에서 Linux가 사용하는 메모리 시스템을 다룬다.Core i7 아키텍처 개요하스웰(Haswell) 마이크로아키텍처는 64비트 가상 및 물리 주소 공간을 지원한다.현재 Core i7 구현은 다음을 지원한다:48비트 가상 주소 공간 (256TB)52비트 물리 주소 공간 (4PB)**32비트 호환 모드 (4GB 주소 공간)**도 존재한다.Core i7 메모리 구성4개의 코어, 공유 L3 캐시, DDR3 메모리 컨트롤러 포함각 코어는 다음을 포함함:L1 i-TLB (128 entries), L1 d-TLB (64 entries), L2 TLB (512 e..

9.6 주소 변환 (Address Translation)주소 변환은 가상 메모리 시스템에서 가상 주소 공간(VAS)의 각 주소를 물리 주소 공간(PAS)의 주소로 변환하는 과정을 뜻한다. 이 절의 목표는 하드웨어(MMU)의 동작 방식을 이해하고, 직접 주소 변환 과정을 계산해 볼 수 있을 정도로 개념을 익히는 것이다.주소 변환의 수학적 정의주소 변환은 다음과 같은 함수로 정의된다:MAP: VAS → PAS ∪ ∅MAP(A) = A′ : 가상 주소 A에 해당하는 데이터가 메모리에 있을 경우, 물리 주소 A′에 위치함.MAP(A) = ∅ : 해당 데이터가 현재 물리 메모리에 존재하지 않음 (즉, 페이지 폴트 발생 가능).변환 구성 요소가상 주소(VA)는 두 부분으로 나뉜다:VPN: 가상 페이지 번호 (상위 ..

9.4 가상 메모리를 메모리 관리 도구로 활용하기앞선 절에서는 가상 메모리가 DRAM을 디스크 기반 가상 주소 공간의 캐시로 활용하는 방식을 살펴봤다. 이번 절에서는 가상 메모리가 어떻게 메모리 관리를 단순화하고 개선하는지를 설명한다.독립적인 주소 공간현대 운영체제는 각 프로세스마다 독립적인 페이지 테이블을 제공한다.즉, 각 프로세스는 자신만의 가상 주소 공간을 갖는다.예를 들어, 프로세스 i는 VP1을 PP2에, VP2를 PP7에 매핑할 수 있고, 프로세스 j는 VP1을 PP7에, VP2를 PP10에 매핑할 수 있다.같은 물리 페이지를 서로 다른 가상 페이지가 공유하는 것도 가능하다. 이는 코드 공유 등에 유용하다​.장점링킹 단순화각 프로세스가 고정된 형식의 메모리 이미지(코드, 데이터, 스택 위치)를..

9.3 가상 메모리를 캐시로 사용하는 방법 (VM as a Tool for Caching)가상 메모리는 개념적으로 디스크에 저장된 N개의 연속적인 바이트 셀 배열로 구성되어 있다. 각각의 바이트는 고유한 가상 주소를 가지며, 이 주소는 배열의 인덱스 역할을 한다. 디스크에 있는 이 데이터는 메인 메모리에 캐시 된다. 이 구조는 메모리 계층의 다른 캐시들과 유사하게 작동한다.가상 메모리 시스템은 디스크와 메모리 간의 전송 단위로 고정 크기 블록을 사용한다. 이를 가상 페이지(Virtual Page, VP)라고 부르며, 보통 P = 2^p 바이트 크기를 갖는다. 물리 메모리 역시 같은 크기의 물리 페이지(Physical Page, PP)로 나뉜다.어떤 시점에서, 가상 페이지는 다음 세 가지 집합 중 하나에 ..

Chapter 9: Virtual Memory (가상 메모리)가상 메모리는 현대 시스템에서 매우 중요한 메모리 추상화 개념이다. 이 추상화는 각 프로세스에게 독립적이고 균일한 메모리 주소 공간을 제공하며, 다음 세 가지 주요 기능을 제공한다:캐싱 도구로서의 VM메모리에 전부 올려놓기에는 프로그램이 너무 크거나, 메모리가 부족할 수 있다. 가상 메모리는 주기억장치를 디스크 기반의 큰 주소 공간에 대한 캐시로 사용함으로써 효율적인 메모리 사용을 가능하게 한다.메모리 관리 도구로서의 VM사용자 수준의 메모리 할당자 (예: malloc) 구현에 도움을 준다. 가상 메모리를 사용하면 프로그램은 큰 연속적인 주소 공간을 가지고 있는 것처럼 보이므로, 다양한 할당 전략이 가능하다.메모리 보호 도구로서의 VM하나의 프..