불연속 할당 방식의 세 가지 기법 중 세그멘테이션 기법과 페이지드 세그멘테이션 기법에 대해 알아보자.
물리 메모리 관리 방법에 대해서 알고 싶다면? → [OS] 6. 메모리 관리: ① 개요
1. 세그멘테이션 (Segmentation)
프로세스의 주소 공간을 의미 단위의 segment로 나누어 물리적 메모리에 적재하는 기법
세그멘트 (Segment)
프로세스의 주소 공간을 기능 단위 or 의미 단위로 나눈 것이다.
ex) 주소 공간 전체, 코드/데이터/스택 등의 기능 단위, 프로그램을 구성하는 함수 하나하나 등
특정 크기 단위로 나눈 것이 아닌 logical unit으로 나눈 것이므로 크기가 균일하지 않아 관리 오버헤드가 발생한다.
Address Translation
Logical Address의 구조
<segment 번호, offset>
| 구성 요소 | 의미 |
|---|---|
| segment 번호 $s$ | 프로세스 주소 공간 내에서 몇 번째 segment에 속하는지 |
| offset $d$ | 그 segment 내에서 얼마만큼 떨어져 있는지 (변위) |
세그멘트 테이블 (Segment Table)
각 entry의 구성 요소
구성 요소 의미 base physical memory에서 그 segment의 시작 위치 limit 그 segment의 길이
(→ 페이징 기법과 다르게, segment의 길이가 균일하지 않으므로 길이 정보도 필요함)protection bit 해당 segment의 접근 권한 정보 (ex. R, W, X) valid bit 각 segment의 주소 변환 정보가 유효한지 여부
= 해당 segment가 현재 physical memory에 적재되어 있는지 여부관련 register
register 종류 저장하는 값 segment table base register (STBR) 현재 CPU에서 실행 중인 프로세스의 segment table의 memory 상 시작 주소 segment table length register (STLR) 프로세스의 주소 공간이 총 몇 개의 segment로 구성되는지 (= segment의 개수)
<Logical Address → Physical Address> 변환 전 확인하는 사항
각 단계에서 그렇지 않다면, exception을 발생시켜 해당 memory 위치에 대한 접근을 봉쇄한다.
- logical address의 segment 번호가 STLR에 저장된 값보다 작은 값인지
- logical address의 offset 값이 해당 segment의 길이(= segment table entry의 limit)보다 작은 값인지
공유 세그멘트 (Shared Segment)
해당 segment를 공유하는 모든 프로세스의 주소 공간에서 동일한 logical address에 위치해야 한다.
Pros and Cons
장점: segment는 의미 단위로 나뉘어져 있기 때문에, 의미 단위로 수행되는 공유 / 보안 측면에서 페이징 기법에 비해 효과적이다.
페이징 기법에서는 공유 데이터 영역과 사유 데이터 영역이 동일 페이지에 공존하는 경우가 발생할 수 있다.
단점: segment의 길이가 균일하지 않다.
- external fragmentation이 발생할 수 있다.
segment를 어느 가용 공간에 할당할 것인지 결정하는 문제가 발생한다.
→ first fit, best fit 등
2. 페이지드 세그멘테이션 (Paged Segmentation)
프로그램을 의미 단위의 segment로 나누고, 이 segment는 동일한 크기의 page들의 집합으로 구성한다.
- physical memory에 적재하는 단위는 page 단위가 된다.
- 하나의 segment 크기를 page 크기의 배수가 되도록 설정한다.
- 장점
- external fragmentation 문제점을 해결한다. (→ segmentation 기법 보완)
- segment 단위로 프로세스 간 공유 / 프로세스 내 접근 권한 보호가 이루어지도록 한다. (→ paging 기법 보완)
Address Translation
각 segment가 여러 page로 구성되므로, 다음과 같은 2단계의 테이블을 이용한다.
table 종류 위치 segment table outer page table inner
Logical Address의 구조
<segment 번호, segment 내 page 번호, page 내 offset>
ref: https://www.gatevidyalay.com/segmentation-and-paging-segmented-paging/
<Logical Address → Physical Address> 변환 과정
- segment 번호를 통해 segment table의 항목에 접근하여 segment 길이와 해당 segment의 page table 시작 주소를 얻는다.
해당 segment의 길이와 logical address에서 segment 번호를 제외한 offset을 비교하여, offset 값이 더 크다면 trap을 발생시킨다.
→ physical memory 기준에서의 크기 기준!
- 해당 segment의 page table 시작주소에 segment 내 page 번호를 더해 page table entry에 접근하고, physical memory의 frame 번호를 얻는다.
- frame 번호에 page 내 offset을 더해 physical address를 얻는다.
References
- “운영체제와 정보기술의 원리(반효경 저)”, 7장 메모리 관리