17. Memory Management 3

• Multilevel Paging and Performance

        * Address space가 더 커지면 다단계 페이지 테이블 필요

        * 각 단계의 페이지 테이블이 메모리에 존재하므로 logical address의 physical address 변환에 더 많은 메모리 접근 필요

        * TLB를 통해 메모리 접근 시간을 줄일 수 있음

        * 4단계 페이지 테이블을 사용하는 경우

                * 메모리 접근 시간이 100ns, TLB 접근 시간이 20ns이고 TLB hit ratio가 98%인 경우

    effective memory access time = 0.98*120 + 0.02*520 = 128 nanoseconds

    결과적으로 주소변환을 위해 28ns만 소요

 

• valid(v) / Invalid(i) Bit in a Page Table

• Memory Protection

        * Page table의 각 entry마다 아래의 bit를 둔다

 

        * Protection bit

                * page에 대한 접근 권한(read/write/read-only)

 

        * Valid-invalid bit

                * "valid"는 해당 주소의 frame에 그 프로세스를 구성하는 유효한 내용이 있음을 뜻한(접근 허용)

                * "invalid"는 해당 주소의 frame에 유효한 내용이 없음*을 뜻함(접근 불허)

 

        * 유효한 내용이 없음

                1) 프로세스가 그 주소 부분을 사용하지 않는 경우

                2) 해당 페이지가 메모리에 올라와 있지 않고 swap area에 있는 경우

 

• Inverted Page Table

        * page table이 매우 큰 이유

                * 모든 process 별로 그 logical address에 대응하는 모든 page에 대해 page table entry가 존재

                * 대응하는 page가 메모리에 있든 아니든 간에 page table에는 entry로 존재

        * Inverted page table

                * Page frame 하나당 page table에 하나의 entry를 둔 것(system-wide)

                * 각 page table entry는 각각의 물리적 메모리의 page frame이 담고 있는 내용 표시(process-id, process의 logical address)

        * 단점

                * 테이블 전체를 탐색해야 함

        * 조치

                * associative register 사용(expensive)

 

• Inverted Page Table Architecture

• Shared Page

        * Shared code

                * Re-entrant Code(= Pure code)

                * read-only로 하여 프로세스 간에 하나의 code만 메모리에 올림

                  (eg. text editors, compilers, window systems)

                * Shared code는 모든 프로세스의 logical address space에서 동일한 위치에 있어야 함

        * Private code and data

                * 각 프로세스들은 독자적으로 메모리에 올림

                * Private data는 logical address space의 아무 곳에 와도 무방

 

• Segmentation

        * 프로그램은 의미 단위인 여러개의 segment로 구성

        * 작게는 프로그램을 구성하는 함수 하나하나를 세그먼트로 구성

        * 크게는 프로그램 전체를 하나의 세그먼트로 정의 가능

        * 일반적으로는 code, data, stack 부분이 하나씩의 세그먼트로 정의됨

 

        * Segment는 다음과 같은 logic unit들임

 

                        main()

                        function,

                        global variables,

                        stack

                        symbol table, arrays

 

• Segmentation Architecture

        * Logical address는 다음의 두 가지로 구성 < Segment-number, offset>

        * Segment table

                * each table entry has:

                * base - starting physical address of the segment

                * limit-length of the segment

        * segment-table base register (STBR)

                * 물리적 메모리에서의 segment table의 위치

        * Segment-table length register(STLR)

                * 프로그램이 사용하는 segment의 수 : segment number is is legal if s < STLR

 

• Segmentation Hardware

 

• Segmentation Architecture(Cont.)

        * Protection

                * 각 세그먼트 별로 protection bit가 있음

                * Each entry:

                * Valid bit = 0 -> illegal segement

                * Read/Write/Execution 권한 bit

 

        * sharing

                * shared segment

                * same seegment number

                *** segment는 의미 단위이기 때문에 공유(sharing)와 보안(protection)에 있어 paging보다 훨씬 효과적이다.

 

        * Allocation

                * first fit/ best fit

                * external fragmentation 발생

                *** segment의 길이가 동일하지 않으므로 가변분할 방식에서와 동일한 문제점들이 발생