OS 공부하는 Jerry :: Memory

Memory

PC에 저장되어있는 프로그램을 실행시키면 Process는 운영체제의 Memory 위에서 실행됩니다. 하나의 Process 가 하나의 Memory에서 실행된다면 단순하게 끝날 문제이지만 시분할 시스템 에서는 다양한 Process가 Memory에 동시에 올라와서 실행됩니다. 이때 모든 메모리 관리는 MMS(Memory Management System) 이 담당하게됩니다. 이때 Process는 Memory를 독차지하려고하고 MMS 는 관리를 효율적으로 하려고 하기 때문에 서로 충돌이 일어납니다. 이처럼 현대의 메모리 관리는 과거보다 훨씬 복잡해졌습니다.

Source Code and Compiler

목적코드 변환

코드가 작성되면 일반적으로 Compiler가 해당 코드를 Compile 하여서 기계어인 Object Code(목적 코드) 변환한다. 사람이 읽을 수 있는 소스코드에서 기계어로 컴파일함으로서 비로소 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램이 됩니다.

링커

여기서 끝나는 것이 아니라 우리가 C언어 코드를 작성할 때 아래와 같이 작성하는 부분은 운영체제가 제공하는 라이브러리나 C언어 라이브러리를 가져오는 과정이 포함되어있습니다.

#include <stdio.h>
#include <math.h>

printf() 와 같은 함수를 쓰게되면 <stdio.h> 라이브러리에서 가져와서 목적코드로 변환이됩니다. 이러한 과정은 Linker가 수행합니다.

동적라이브러리

라이브러리를 가져오는 과정까지 마치게되면 Dynamic libary를 추가하게 됩니다. Dynamic libary는 라이브러리에 새로운 기능이 생길 때 일일히 업데이트하지않아도 동적으로 추가되는 기능을 가지고있는 라이브러리입니다.

동적라이브러리까지 추가하게되면 모든 과정이 끝나고 프로그램이 실행되게됩니다.

Memory Management

메모리관리는 정확히 MMU(Memory Management Unit 이라는 하드웨어가 담당하게됩니다. 이 장치는 크게 3가지 일을 수행하게됩니다.

• Fetch
• Placement
• Replacement

Fetch

Fetch 는 Process와Data를 Memory로 가져오는 작업입니다.

Placement

Placement는 가져온 Process와 Data를 Memory 의 어느곳에 배치할지 결정하는 작업입니다. 이때 메모리의 크기에 맞게 Process를 자르기도 하는데,
같은 크기로 자르는 것을 Paging, 동적으로 자르는 것을 Segementation 이라고 합니다.

Replacement

Replacement는 메모리가 꽉 찾을 때 어떤 데이터를 내보낼지 결정하는 작업입니다. 이는 Replacement Algorithm에 따라 결정됩니다.

Memory Address

컴퓨터를 사용하다보면 32bit 프로그램과 64bit 프로그램들을 접하게됩니다.
요즘은 거의 64bit 프로그램이 대부분이지만 옛날에는 프로그램을 사이트에서 다운받을 때도 두가지 선택권이 있었습니다.

그렇다면 32bit 64bit에는 무슨 차이가 있을까요? 이는 CPU의 한번에 처리가능한 데이터의 최대 크기를 의미합니다. 즉 32bit CPU 는 한번에 32bit를 처리할 수 있고 그 컴퓨터의 Register도 32bit이고 데이터가 이동하는 BUS도 32bit가 됩니다. 당연하게도 ALU도 32bit가 됩니다.

CPU가 32bit라면 MAR(Memory Address Register도 32bit이기 때문에 표현할 수 있는 메모리 주소 범위가 0~2³²-1 = 2³²B 로 약4GB 이며 최대 메모리가 4GB가 됩니다.

이에 비해서 64bit는 2⁶⁴ 로 약 16,777,216TB로 거의 무한대에 가까운 메모리를 가질 수 있습니다.

구분	32bit CPU	64bit CPU
주소 범위	0~232 -1 번지	0~264 -1 번지
총 크기	232(약 4GB)	264(약 16,777,216TB)

당연하게도 CPU bit 에 따라서 그에 맞는 운영체제가 설치되어야합니다.

🆚 Physical vs Logical

메모리에는 운영체제를 구동하기위한 메모리가 미리 탑제되어있습니다.

그리고 메모리 저장방식에는 Physical Address 와 Logical Address 를 활용하는 방법으로 나뉩니다.

절대 메모리 주소는 앞서 탑제되어있는 운영체제 영역을 포함해서 사용자 영역에 있는 데이터의 위치를 표현하는 방식입니다.

⬅️➡️ Swap

4GB Memory를 사용하고 있을 때 8GB Program을 돌리려고 한다면 프로그램 하나가 메모리 위에 전부 못 올라가는 현상이 벌어집니다. 이러한 상황을 Memory Overlay 라고 합니다.
한정된 메모리 안에서 큰 프로그램을 실행시키기 위해서 프로그램의 일부 모듈만 나눠서 메모리에 올리는 전략을 사용합니다. 예를들어서 포토샵을 실행시키면 포토샵의 모든 기능을 전부 메모리에 올리는 것이 아니라 기본적인 기능만 Common Module 로 묶어서 메모리에 올리고 나머지 기능은 사용할 때 메모리로 불러오는 전략을 사용합니다.

이때, 사용하지 않고있는 모듈들을 단순하게 하드디크에 보관하기에는 다시 로딩하는데 시간이 오래걸릴 수 있기때문에 하드 디스크에 특별한 영역에 저장해둔다.