메모리 주소
- 프로그램을 실행시키면 그 데이터가 메인메모리를 차지하면서 실행됩니다.
- 정확히는 디스크 스케줄링에 의해 어떤 프로세스가 수행될 지 결정되고 그 결정된 프로세스가 메모리 레디큐에 올라가는 것입니다.
- 메모리 각 저장공간에는 주소가 매겨져 있습니다. OS나 프로그램은 메모리에 주소를 통해서 접근할 수 있습니다.
- 주소는 논리적 주소와 물리적 주소 두 가지로 나누어 생각할 수 있습니다.
논리적 주소 Logical address
virtual address 라고도 합니다.- 프로세스마다 독립적으로 가지는 주소 공간을 뜻합니다.
- 각 프로세스마다 0부터 시작합니다.
- CPU가 보는 주소이기도 합니다.
물리적 주소 Physical Address
- 메모리에 실제 올라가는 주소를 뜻합니다.
- 물리적인 메모리는 하나로 0부터 통째로 관리됩니다.
- 0에는 커널이 올라가 있고, 그 상위 주소는 여러 프로그램들이 나누어 사용합니다.
상징적 주소 Symbolic Address
- 프로그래머가 프로그래밍을 할 때, 변수 이름이나 메소드 이름으로 메모리에 접근을 합니다. 이를 Symbolic Address라고 합니다.
- 이 것이 컴파일 되면 숫자로 된 논리적 주소로 바뀝니다. 그리고 이를 실행하기 위해서 물리적 주소로 바뀌게 됩니다.
Data data = 10;
data라는 번지에다 10을 저장하는 코드입니다.- 실제로 CPU가 명령어를 수행하면 다음과 같이 수행합니다.
store #0x00198000, 10 // data가 0x00198000에 위치해있고, 10을 저장한다는 뜻입니다.
- 그럼
data가 저장될 0x00198000은 언제 결정될까요? 👀
- 주소 바인딩 Address binding에 대해 알아봅시다.
주소 바인딩
- 주소 변환이라고도 합니다.
- 어떤 프로그램이 물리적인 메모리 어디로 올라갈 지 결정하는 것을 주소 바인딩이라고 합니다.
출처 : https://rebro.kr/178
- 주소를 결정하는 방법은 3가지가 있습니다.
- Compile time binding : 프로그램 로딩 전
- Load time binding : 프로그램 로딩 시
- Run time binding : 프로그램을 실행하며
출처 : http://www.hexainclude.com/address-binding-schemes/
Compile time binding
- 프로그램을 메모리에 로드하기 전에 수행됩니다.
- 물리적 메모리 주소
physical address가 컴파일시 알 수 있습니다.
- 시작 위치를 변경하면 재컴파일 합니다.
- 컴파일러는 절대코드
absolute code를 생성합니다.
✋ absolute code란?
- 어셈블리어가 정한 위치에 물리적으로 고정되어 있는 코드
- relocatable code의 반댓말
정말 가능한 방법일까?
- 사실 이 방법은 요즘 잘 사용하지 않습니다. 프로그램이 메모리에서 주소를 지정해도, 실제로 이 메모리에 이미 다른 프로세스가 있다면? 안되겠죠.
- 사실상 이 방식이 사용되는 방식은 단 하나, 아무것도 없을 때입니다.
- OS도 없고 프로세스도 딱 하나뿐인 상황, 즉 임베디드 시스템에서 사용합니다.
Load time binding
- Loader의 책임하에 물리적 메모리 주소를 부여합니다.
- 즉 Loading할 때 결정되며, 프로그램 내부 주소와 물리적 주소가 다릅니다. 프로그램 내부의 메모리 시작을 0번지부터 다시 매깁니다.
- compile time : 프로그램 내부 주소 == 물리적 주소
- 컴파일러가 재배치가능코드
relocatable code를 생성한 경우 가능합니다.
로드 타임 바인딩 시 주소 할당 문제
- 실제로 로딩타임에 메모리주소를 결정하는 방법은 잘 사용되지 않습니다.
- 로딩할 때마다 모든 메모리주소가 한 번씩 다 바뀌어야 하기 때문에 계산이 오래걸려 메모리 로딩에 시간이 매우 오래걸립니다.
Excution time binding (=Run time binding)
- 프로그램을 메모리 로드한 후에도 주소 바인딩을 연기합니다.
- 수행이 시작된 이후에도 프로세스 메모리상 위치를 옮길 수 있습니다.
- 프로그램이 실행될 때까지 메모리의 위치를 계속해서 변경하게 됩니다.
- CPU가 주소를 참조할 때마다 binding을 점검합니다.
- 프로그램 실행시 프로세서에 의해 수행됩니다.
- 주소를 매번 변환시켜서 주소를 얻는 변환용 하드웨어 지원이 필요합니다. 바로 MMU(Memory management unit) 입니다.
주소변환을 위한 하드웨어 MMU
- Memory Management Unit
- logical address 를 physical address로 매핑해주는 Hardware device
- MMU scheme
- 사용자 프로세스가 CPU에서 수행되며 생성해내는 모든 주소값에 대해
base register의 값을 더한다.
- user program
- logical address만을 다룹니다.
- 실제 physical address를 볼 수 없으며 알 필요가 없습니다.
아주 간단한 주소 변환의 예시 MMU scheme
- 그림의 흐름
- CPU가 논리적 주소 346을 요청합니다.
- 주소 변환이 필요한데, 가장 간단한 주소 변환은 Relocation register(==base register)와 limit register 로 이루어집니다.
- 시작위치인 relocation register 와 가상 메모리 주소를 더하면 됩니다. 그림에서는
14000 + 346 = 14346으로 계산되어 물리적 주소 14346으로 찾아가게 됩니다.
- 다른 방법으로는 limit register를 이용합니다.
- 만약 가상 메모리 주소가 잘못되어 4000번지를 요청하게 되면, 엉뚱한 물리적 주소를 찾아가게 됩니다.
- 이런 경우에는 악의적인 프로그램이기 때문에 이를 막아야 합니다.
- 그래서 요청이 들어오면 논리 주소가 유효한가 limit register와 요청된 logical address를 비교합니다.
컴파일 타임 주소바인딩과 로드 타임 주소바인딩의 차이점
| Compile time 주소 바인딩 |
Load time 주소 바인딩 |
Run time 주소 바인딩 |
| 컴파일러는 컴파일 시간 주소 바인딩을 담당합니다. |
로더는 로드 시간 주소 바인딩을 담당합니다. |
실행 시간 주소 바인딩은 프로세서에 의해 수행됩니다. |
| 논리 주소(가상 주소)를 생성합니다. |
물리적 주소를 생성합니다. |
동적 절대 주소를 생성합니다. |
| 프로그램을 메모리에 로드하기 전에 수행됩니다. |
프로그램을 메모리에 로드한 후에 완료됩니다. |
프로그램 실행 시 수행됩니다. |
| 정적 주소 바인딩입니다. |
또한 정적 주소 바인딩이지만 일부 운영 체제에서는 동적 주소 바인딩을 지원합니다. |
동적 주소 바인딩입니다. |
| 컴파일러는 이를 수행하기 위해 운영 체제 메모리 관리자와 상호 작용합니다. |
운영 체제 메모리 관리자 자체에서 수행합니다. |
프로그램 실행 시 프로세서에 의해 수행됩니다. |
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