[PintOS, Project3] Virtual Memory - Segmentation System

 

 

Segmentation System

  - 프로그램을 논리적 block으로 분할 (segment)

     ㆍBlock의 크기가 서로 다를 수 있음

 

  - 특징 :

     ㆍ메모리를 미리 분할하지 않음. (VPM과 유사)

     ㆍSegment sharing / protection이 용이함

     ㆍ메모리를 동적으로 분할하기 떄문에, Address mapping 및 메모리 관리의 overhead 가 큼

         -> 대신 메모리를 효율적으로 활용할 수 있다.

     ㆍNo internal fragmentation

         -> External fragmentation 발생 가능

 

 

 

Address Mapping

  - Virtual address : v = (s, d)

     ㆍs : segment number

     ㆍd : displacement in a segment

  - Segment Map Table (SMT)

  - Address mapping mechanism

     ㆍPagin system 과 유사

 

 

 

그림 1. Segment Map Table

 그림 1은 Segment Map Table을 나타낸 것이다. PMT에서 ([PintOS, Project3] 메모리 관리 1. Paging System (tistory.com) 참조) Segment length랑 protection bit가 추가된 것을 알 수 있다.

 

  - Segment length : Segment 의 길이

  - Protection bits (R/W/X/A) : Segment에 대한 접근 권한을 나타낸다.

     ㆍR : Read 가능

     ㆍW : Write 가능

     ㆍX : eXecute 가능

     ㆍA : Append 가능

 

 

Address Mapping

그림 2. Segmentation System에서 Direct Mapping

 

 Direct Mapping의 경우 PMT 등과 크게 다르지 않다.

1. 프로세스의 SMT가 저장되어 있는 주소 b로 접근한다.

2. virtual address의 segment number s를 이용하여 b에서의 s엔트리를 찾는다.

   - s entry의 위치 = b + s * entrySize

3. 찾은 Entry에 대해 할당되어 있는 주소인지 확인한다.

   1) 할당되지 않은 경우 : swap device로부터 해당 segment를 메모리로 적재하여 SMT를 갱신한다.

   2) d가 segment 길이보다 큰 경우 (d > l(s)), segment overflow exception 처리 모듈을 호출

   3) 허가되지 않은 연산일 경우 (protection bit field 검사), segment protection exception 처리 모듈을 호출

4. 실제 주소 r 계산 ( r = a(s) + d )

5. r로 메모리에 접근

 

 

 

 

 

 

Hybrid Paging / Segmentation 

  - Paging (고정 크기 분할) 과 Segmentation (논리적 분할) 을 결합

     ㆍPage sharing / Protection이 쉽다.

     ㆍ메모리 할당 / 관리 overhead가 작다.

     ㆍ외부 단편화가 없다.

 

  - 프로그램 분할

     ㆍ논리 단위의 segment로 분할

     ㆍ각 segment를 고정된 크기의 page들로 분할

     ㆍPage 단위로 메모리에 적재

 

  - 전체 테이블 수의 증가

     ㆍ메모리 소모가 큼

     ㆍAddress mapping 과정이 복잡하다

 

  - Direct mapping의 경우, 메모리 접근이 3배이다.

     ㆍ메모리 접근에 시간이 길다.

 

그림 3. Hybrid Paging / Segmentation System

 

Address Mapping

  - Virtual Address : v = (s, p, d)

     ㆍs : segment number

     ㆍp : page number

     ㆍd : offset in a page (displacement)

 

  - SMT와 PMT 모두 사용

     ㆍ각 프로세스 마다 하나의 SMT

     ㆍ각 segment 마다 하나의 PMT

     ㆍ실제로 main memory에 올라가는 것은 Page이다.

 

  - Address mapping

     ㆍDirect, associated 등

 

  - 메모리 관리

     ㆍFPM 과 유사

 

 

그림 4-1. SMT in hybrid mechanism

 그림 4-1의 SMT에는 residence bit가 있지 않다. 

   -> Segment에 올라가는 것은 실제 메모리 주소가 아니라 PMT address가 있기 때문이다.

 

그림 4-2. PMT for a segment k in hybrid mechanism

 그림 4-2의 PMT에는 residence bit가 있다. 

   -> Page frame에는 실제 메모리 주소가 있어야하기 때문이다.

 

 

그림 4-3. 전체 Address mapping table의 구조

 

 

그림 5. virtual address로 main memory로 접근하는 흐름

Hybrid System에서 main memory로 접근하는 흐름은 다음과 같다.

 

1. SMT base address b와 segment number s로 SMT로 접근한다. ( b + s * SMT entrySize )

2. SMT에서 PMT address b(S)를 찾아, page number p를 활용해 page frame number p`를 알아낸다. ( b(s) + p * PMT entrySize )

3. p`와 d를 통해 실제 주소를 가져온다. ( p` * pageSize + d )