[OS / 운영체제] Address Binding, Logical vs Physical Address Space, Dynamic Linking and Shared Library, Swapping

Basic HardWare

하드웨어가 자동적으로 벗어났는지 아닌지를 확인해준다. Memory Management Unit. 아주 빠른 시간에 처리를 한다. 현재 프로세스의 시작점은 base라고 한다. 주소를 달라고 하면 base와 비교를 해서 아래 있으면 NO (Interrupt가 발생)위에 있으면 YES를 얻게 된다. base보다 큰 값이면 다음 Task를 비교한다. base + limit을 해서 주소값을 얻고 이보다 크게 되면 Segmentation fault를 보게 된다. 이 모든 것을 HardWare가 한다는 것을 기억하자. base와 limit이 저장되는 곳은 래지스터이다. 아주 빠른 시간에 처리를 할 수 있다는 것이다. Base/limit 래지스터는 priviledge ~ 이 문장 확인해볼 것!

 

 

Address Binding

Symbolic Address는 무엇일까? 변수 이름, 배열 이름. count라는 이름을 숫자로 변경하게 된다. 하나는 컴파일러가 만들어내는 Object파일의 Rellocate Address이다. 컴파일러가 해주는 것은 Symbolic Address를 Relocatable Address로 바꿔주는 것이다. 주소가 계속 다른 것으로 Mapping 되고 있는 것을 확인할 수 있다. 이것을 Binding 이라고 부르는데 일반적으로 최종적인 주소값을 Binding이라고 부른다. 

 

 

Building and Running Program

Source를 컴파일 하면 Object 파일이 생기고 LInk를 하면 실행파일이 생긴다. 자신의 Source코드만 Object 파일로 바꾸게 된다. 즉, 상대적인 의미로 자기 오브젝트 안에서 통용되는 의미이다. Linking 을 하면 실행파일이 만들어지고 이것은 메모리에 Linking을 해줘야 한다. 

 

 

Address Binding

load time은 Binding time을 말한다. MS-DOS는 Single User로 Single Task를 처리하는 OS였다. 프로그램 하나가 일정한 위치에 올려지는 것을 거의 보장하고 있었다. absolute를 결정한다는 뜻은 loading되는 위치가 일정하다는 전제가 있어야 한다. 요즘은 absolute code를 만들 수 있을까? (요즘 스타일은 아니지만 그래도 이렇게 실행될 수는 있다) relocatable code는 실행하는 도중에 최종 Address가 생길 수 있다. 새로운 프로세스가 올라오고 싶은데 메모리가 부족하면 그 프로세스를 Disk로 보내고 새로운 프로세스의 주소 공간을 할당한다는 것이 Swapping이다. 만약 이전에 메모리에 있던 친구가 Disk로 보내졌는데 다시 필요한 경우 끌어 올려야 한다. 이때 동일한 주소값으로 돌아온다고 보장할 수 있을까? 아니다. 중간에 바뀐다는 것은 Swapping을 했다는 것이다. 그러므로 relocation 이후에도 주소값이 계속적으로 바뀔 수 있다. 

 Execution Time, 

기본적으로 hardware supporting이 있어야 한다. 하드웨어가 하기 때문에 빠르게 작동할 수 있다.

 

 

Logical vs Physical Address Space

CPU가 특정한 위치를 Access하려고 한다. 메모리에 도착했을 때의 Address와 동일하지 않다. 다른 숫자로 전달 될 수 있다.(보통 이렇다) 왜냐하면 중간에 Address를 변환해주는 친구가 있다. 그것이 MMU이다. 변환기인 MMU가 있다면 CPU는 속고 살았던 것이다. 메모리를 변환하는 MMU가 있는데 이전에 CPU가 준 Address가 logical Address이다. 그리고 Physical Address는 MMU이후 갖게 되는 주소이다. 이 Binding이 빠른 이유는 HardWare Binding이기 때문이다. 

 

 

Logical vs Physical Address Space

Logical Address를 다른 말로 Virtual Address라고 부른다. 프로세스 별로 가상메모리 공간이 다 따로 존재한다. P1, P2, P3, P4의 경우, P1의 1000번지는 MMU를 통과했을 때  A이고 P2의 1000번지는 MMU를 통과했을 때 B라는 다른 Address를 가지게 된다. Logical Address Space는 Logical address에 가능한 전체 집합을 의미한다. Physical Memory Space는 1개이다. Logical Address Space는 Process의 개수에 비례하여 달라진다. Run-time address mapping 

 

 

Logical vs Physical Address Space

현재 프로세스의 영역이 맨 오른쪽 사각형이라고 해보자. CPU가 346의 주소를 할당해달라고 하면 맨 오른쪽의 위부터 시작하는 것이 아닌 사각형의 맨 위로부터 346만큼 떨어진 부분에서 할당을 시작한다. MMU의 relocation resgister가 14000를 가지고 있으면 14346이 Physical Address가 된다. 래지스터의 값만 잘 바꿔주면 프로세스가 잘 적응을 한다. HardWare에 의해서 연산이 처리되기 때문에 이것이 가능하다. 

 

 

Dynamic Linking and Shared Library

Source code가 컴파일 되면 Object가 되고 Link 하면 실행파일이 나온다. 이때 사용되는 Iibrary 파일들은 System Library에 존재한다. 나중에 Link할 때 묶어서 실행파일을 만들게 된다. 실제로 다 묶어서 집어 넣게 되는 것을 Static Linking이라고 한다. Statc linking에는 문제점이 있다. Library가 실행 되는 만큼 중복되서 실행파일에 들어가게 된다. 파일 크기만 커지는 것이 아니라 메모리 공간도 많이 잡아먹게 된다. 

Stub이라는 작은 것을 집어넣어서 실행되는 순간에 Library code가 들어가지 않고 호출되기만 할 뿐이다. Hello World 1에는 Library에는 없지만 실행될 때 loading된다. 두 번째 Hello world를 호출할 때 다시 Library를 Load할 필요 없이 사용했던 것을 사용할 수 있다. 메모리 공간과 디스크 공간이 절약되었다. 

Link 돼서 올라온 Library 코드를 다른 것들도 공유해서 사용할 수가 있다. 만약 library가 Update 된 경우 Link를 다시할 필요도 없다는 장점이 있다. 

 

absolute address는 physical address인가? 보통은 아니다. 

CPU는 Physical Address인가

 

 

Swapping

Address가 안정적으로 launching 되어야 한다. Execution time bounding을 이용하면 나갔다가 다른 Address로 들어와도 무방하다. Swap out 이후 Swap in 할 때 주소가 바뀌어도 괜찮다는 것. 원래 Disk의 Task는 File을 저장하는 것이다. 메모리를 저장하기 위한 공간을 Backing Store라고 부른다. (File Read를 위한 공간이 아니다) Windows가 이렇게 한다. 가상 환경에서 sudo gnome-disks . Backing Store는 메모리를 저장하기만 하면 된다. 

Dispatcher

지금 실행해야 하는 프로세스가 메모리에 있으면 바로 실행시키면 되는데 Swap까지의 기능까지 Dispatcher가 수행해준다.