다락방

21. 락 프로그래머들은 소스코드의 임계영역을 락으로 둘러서 그 임계영역이 마치 하나의 원자단위 명령어인것 처럼 실행되도록 한다. 21.1 락 : 기본개념 락은 둘 중 하나의 상태를 갖는다. 첫 번째는 사용가능(available) 상태 (unblocked 또는 free) 이다. 즉, 어떤 쓰레드도 락을 소유하고 있지 않다. 두 번째는 사용 중(acquired) 상태이다. 즉, 임계영역에서 정확히 하나의 쓰레드가 락을 획득한 상태이다. lock과 unlock 루틴의 의미는 간단하다. lock() 루틴 호출을 통해 락 획득을 시도한다. 만약 어떤 쓰레드도 락을 갖고 있지 않으면 그 쓰레드는 락을 획득하여 임계영역 내로 진입한다. 이렇게 락을 획득한 쓰레드를 락 소유자(owner)라고 부른다. 만약 다른 쓰레..

20. 병행성 : 개요 하나의 쓰레드의 상태는 프로세스의 상태와 매우 유사하다. 쓰레드는 프로그램 카운터와 연산을 위한 레지스터들을 가지고 있다. 만약 두 개의 쓰레드가 하나의 프로세서에서 실행 중이라면 실행하고자 하는 쓰레드는 반드시 문맥교환을 통해 실행중인 쓰레드와 교체 되어야 한다. 프로세스의 쓰레드들의 상태를 저장하기 위해서는 하나 또는 그 이상의 쓰레드 제어블럭(TCB : thread control block)이 필요하다. 프로세스와의 가장 큰 차이는 프로세스의 경우와 달리 쓰레드간의 문맥 교환에서는 주소공간을 그대로 사용한다는 것이다.(사용하고 있던 페이지 테이블을 그대로 사용하면 된다.) 쓰레드와 프로세스의 또 다른 차이는 스택에 있다. 고전적 프로세스 주소 공간과 같은 모델(단일 쓰레드 프..

운영체제 19. 완전한 가상 메모리 시스템 19.1 VAX/VMS 가상 메모리 VMS는 컴퓨터의 구조적 결함을 소프트웨어로 보완한 훌륭한 사례다. 운영체제가 이상적인 개념과 환상을 제공하기 위해 하드웨어에 의존하지만, 하드웨어가 모든것을 해내지 못할 경우도 있다. 하드웨어 결함에도 불구하고 시스템이 효과적으로 작동하기 위해서 VMS 운영체제가 무엇을 하였는지 볼 것이다. 메모리 관리 하드웨어 VAX-11은 프로세스마다 512바이트 페이지 단위로 나누어진 32비트 가상주소 공간을 제공한다. 가상주소는 23비트 VPN과 9비트 오프셋으로 구성되어있다 VPN의 상위 두 비트는 페이지가 속한 세그멘트를 나타내기 위해서 사용되었다. 이 시스템은 하이브리드 구조를 갖고 있다. 주소공간의 하위 절반은 ‘프로세스 공간..

18. 물리 메모리 크기의 극복 : 정책 빈 메모리 공간이 거의 없으면 운영체제는 메모리 압박(memory pressure)을 해소하기 위해 다른 페이지들을 강제적으로 페이징 아웃(Paging out)하여 활발히 사용중인 페이지들을 위한 공간을 확보한다. 내보낼(evict) 페이지 선택은 운영체제의 교체정책(replacement policy) 안에 집약되어 있다. 18.1 캐시관리 캐시 히트와 미스의 횟수를 안다면 프로그램의 평균 메모리 접근 시간(AMAT : average memory access time)를 계산할 수 있다. AMAT = TM + (PMISS - TD) TM : 메모리 접근 비용 TD : 디스크 접근 비용 PMISS : 캐시에서 데이터를 못 찾을 확률 메모리의 데이터를 접근하는 비용은..

16. 페이징 : 더 작은 테이블 16.1 간단한 해법 : 더 큰 페이지 페이지 테이블의 크기를 간단하게 줄일 수 있는 방법이 있다. 페이지 크기를 증가 시키면 된다. 32비트 주소 공간에서 16KB 페이지를 가정해보자. 18비트의 VPN과 14비트의 오프셋을 갖게 된다. 각 PTE(4바이트)의 크기가 모두 동일하다면, 페이지 테이블에 2^18 개의 항목이 있으며, 페이지 테이블의 총 크기는 1MB가 된다. 기존 페이지 테이블 대비 크기가 1/4로 감소된다. 페이지 크기의 증가는 부작용을 수반한다. 가장 큰 문제는 페이지 내부의 낭비공간이 증가한다는 것이다. 이를 내부 단편화라 한다. 응용 프로그램이 여러 페이지를 할당 받았지만, 할당받은 페이지의 일부분만 사용하는터에, 결국 컴퓨터 시스템의 메모리가 금..

운영체제 15. 페이징 : 더 빠른 변환(TLB) 변환 - 색인 버퍼(TLB : translation - lookaside buffer) MMU의 일부다. 자주 참조되는 가상 주소 - 실 주소 변환 정보를 저장하는 하드웨어 캐시다. 주소 - 변환 캐시(address translation cache)가 조금 더 적합한 명칭이다. 가상 메모리 참조 시, 하드웨어는 먼저 TLB에 원하는 변환 정보가 있는지를 확인한다. 만약 있다면 페이지 테이블(모든 변환 정보를 가지고 있다.) 를 통하지 않고 변환을 수행한다. 실질적으로 TLB는 페이징 성능을 엄청나게 향상시킨다. 15.1 TLB의 기본 알고리즘 하드웨어 부분의 알고리즘은 다음과 같이 동작한다. 먼저, 가상 주소에서 가상 페이지 번호(VPN : Virtual..

14. 페이징 개요 공간을 동일 크기의 조각으로 분할하는 것을 페이징(Paging)이라 부른다. 프로세스의 주소 공간을 몇 개의 가변 크기의 논리 세그멘트로 나누는 것이 아니라 고정 크기의 단위로 나눈다. 이 각각의 고정 크기 단위를 페이지(Page)라고 부른다. 상응하여 물리 메모리도 페이지 프레임(Page Frame) 이라고 불리는 고정 크기의 슬롯의 배열이라고 생각한다. 이 프레임 각각은 하나의 가상 메모리 페이지를 저장할 수 있다. 14.1 간단한 예제 및 개요 물리 메모리는 고정 크기의 슬롯들로 구성된다. 가상 주소 공간의 페이지들은 물리 메모리 전체에 분산 배치되어 있다. 페이징의 장점은 유연성이다. 페이징을 사용하면 프로세스의 주소공간 사용 방식과는 상관없이 효율적으로 주소공간 개념을 지원 ..

운영체제 13. 빈공간 관리 빈공간 관리는 관리하고 있는 공간이 고정 크기의 단위로 나누어져 있는 경우 쉽다. 그런 경우 고정 크기 단위의 리스트를 유지하면 된다. 클라이언트가 그 중 하나를 요청하면 첫 번째 항목을 반환하면 된다. 빈공간 관리가 더 어렵고 흥미로운 경우는 관리하는 공간이 가변 크기 빈 공간들의 집합으로 구성되어 있는 경우다. 이 경우 malloc()과 free()에서 처럼 사용자 수준 메모리 할당 라이브러리에서 그리고 세그멘테이션으로 물리 메모리를 관리하는 운영체제에서 발생한다. 어느 경우에도 외부 단편화가 존재한다. 13.1 가정 malloc()과 free()에서 제공하는 것과 같은 기본 인터페이스를 가정한다. 이 라이브러리가 관리하는 공간은 역사적으로 힙으로 불리며, 힙의 빈공간을 ..

운영체제 12. 세그멘테이션 스택과 힙 사이의 공간은 사용되지 않더라도 주소 공간을 물리메모리에 재배치 할 때 물리 메모리를 차지한다. 베이스 바운드 레지스터 방식은 메모리 낭비가 심하다. 또한, 주소 공간이 물리 메모리보다 큰 경우 실행이 매우 어렵다. 이런 측면에서 베이스와 바운드 방식은 유연성이 없다. 12.1 세그멘테이션 : 베이스/바운드의 일반화 세그멘테이션 아이디어는 MMU에 하나의 베이스와 바운드 값이 존재하는 것이 아니라 세그멘트마다 베이스와 바운드 값이 존재한다. 세그멘트는 특정 길이를 가지는 연속적인 주소 공간이다. 우리가 기준으로 삼은 주소 공간에는 코드, 스택, 힙의 세 종류의 세그멘트가 있다. 세그멘테이션을 사용하면 운영체제는 각 세그멘트를 물리 메모리의 각기 다른 위치에 배치할 ..

운영체제 11. 주소변환의 원리 메모리 가상화는 가상화를 제공하는 동시에 효율성과 제어 모두를 추구한다. 효율성을 높이려면 하드웨어 지원을 활용할 수 밖에 없다. 제어는 응용 프로그램이 자기 자신의 메모리 이외에는 다른 메모리에 접근하지 못한다는 것을 운영체제가 보장하는 것을 의미한다. 유연성 측면에서 프로그래머가 원하는대로 주소공간을 사용하고 프로그래밍 하기 쉬운 시스템을 만들기를 원한다. 주소변환(Address translation)을 통해 하드웨어는 명령어 반입, 탑재, 저장 등의 가상주소를 정보가 실제 존재하는 물리주소로 변환한다. 프로그램의 모든 메모리 참조를 실제 메모리 위치로 재지정하기 위하여 하드웨어가 주소를 변환한다. 운영체제는 메모리의 빈 공간과 사용중인 공간을 항상 알고 있어야 하고,..