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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..

운영체제 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 개념..

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,..

운영체제 10. 막간 : 메모리 관리 API 10.1 메모리 공간의 종류 C 프로그램이 실행되면, 두 가지 유형의 메모리 공간이 할당된다. 첫번째는 스택(Stack) 메모리라고 불리며 할당과 반환은 프로그래머를 위해 컴파일러에 의해 암묵적으로 이루어진다. 이러한 이유 때문에 때로는 자동 C automatic() 메모리라고 불린다. 함수를 선언하면 C프로그램에서 스택에 메모리를 할당한다. 함수에서 리턴하면 컴파일러는 프로그래머 대신에 메모리를 반환한다. 함수 리턴 이후에도 유지되어야 하는 정보는 스택에 저장하지 않는 것이 좋다. 오랫동안 값이 유지되어야 하는 변수를 위해 힙(heap) 메모리라고 불리는 두 번째 유형의 메모리가 필요하다. 모든 할당과 반환이 프로그래머에 의해 명시적으로 처리된다. void ..

현재 Priority-donate-multiple을 구현하고 있는중이다. 아키텍처를 먼저 짜고 그뒤에 그 아키텍쳐에 맞춰서 구현을 진행하고 있다. 구현은 어찌저찌 잘해보고 있는데, 한끝발이 안맞아서 계속 fail이 뜨고있다. 조금만 탁 트이면 편하게 될 것같은데, 쉽지 않다. pass tests/threads/alarm-single pass tests/threads/alarm-multiple pass tests/threads/alarm-simultaneous pass tests/threads/alarm-priority pass tests/threads/alarm-zero pass tests/threads/alarm-negative pass tests/threads/priority-change pass t..

퀴즈 1. 응용 프로그램을 구현할 때 multiprocess와 multithread 중 하나를 선택하는 기준은 어떤 것이 있는지 몇 가지 제시하세요. 선택 기준 안정성 vs 자원 사용 : 시스템의 안정성이 매우 중요한 경우, 멀티 프로세스가 선호된다. 리소스가 제한적인 환경에서는 멀티쓰레드가 더 효율적일 수 있다. 구현의 복잡성 : 쓰레드는 공유 메모리로 인해 동기화 문제가 복잡해질 수 있으므로, 개발자의 동시성 제어에 대한 이해도가 중요하다. 응답 시간 : 멀티쓰레드는 컨텍스트 스위칭이 빠르기 때문에, 더 빠른 응답 시간을 요구하는 경우 유리할 수 있다. 플랫폼 및 언어 지원 : 사용 중인 프로그래밍 언어나 플랫폼이 멀티쓰레드 또는 멀티 프로세스 중 어느 쪽을 더 잘 지원하는지도 중요한 요소가 될 수 ..

운영체제 멀티 프로세서 스케줄링(Multi Processor Scheduling) 8.1 배경 : 멀티프로세서 구조 단일 CPU 시스템에는 하드웨어 캐시 계층이 존재한다. 캐시는 지역성(locality)에 기반한다. 지역성에는 시간지역성(temporal locality)과 공간지역성(spartial locality)의 두 종류가 있다. 시간적 지역성의 기본아이디어는 데이터가 한번 접근되면 가까운 미래에 다시 접근되기 쉽다는 것이다. 멀티프로세서 시스템에서 캐시를 사용하는 것은 훨씬 더 복잡하다. 캐시일관성(cache coherence) 문제가 생길 수 있다. 기본적인 해결책은 하드웨어에 의해 제공된다. 하드웨어는 메모리 주소를 계속 감시하고 항상 ‘올바른’ 순서로 처리되도록 시스템을 관리한다. 특히, 여..

운영체제 6. 스케줄링 : 멀티 레벨 피드백 큐(MLFQ : Multi-Level Feedback Queue) 멀티 레벨 피드백 큐 스케줄러는 Compatible Time-Sharing System(CTSS)에 사용된다. MLFQ가 해결하려고 하는 기본적인 문제는 두 가지이다. 첫째, 짧은 작업을 먼저 실행시켜 반환시간을 최적화 하고자 한다. 둘째, 응답 시간을 최적화한다. 6.1 MLFQ : 기본 규칙 MLFQ는 여러 개의 큐로 구성되며, 각각 다른 우선 순위(Priority level)가 배정된다. 실행준비가 된 프로세스는 이 중 하나의 큐에 존재한다. MLFQ는 실행할 프로세스를 결정하기 위하여 우선순위를 사용한다. 높은 우선 순위를 가진 작업이 선택된다. 큐에 둘 이상의 작업이 존재 할 수 있다...