[운영체제] Paging system - 직접 사상(Direct Mapping)

그림으로 배우는 구조와 원리 운영체제 - 구현희

운영체제에 대해 공부한 내용에 대해 정리해보았습니다.

KOREATECH 김덕수 교수님의 자료와 한밭대학교 임경태 교수님의 강의를 참고하였습니다.

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이전 포스팅에서 Block mapping에 대해 알아보았습니다.

이번 포스팅에서는 Paging system에서의 직접 사상(Direct mapping)에 대해  알아보겠습니다.

Direct mapping은 Block mapping 방법의 확장, 응용이라고 생각하시면 될 것 같습니다.

 

Block mapping에서 BMT(Block Map Table)를 사용했듯, Direct mapping에서는 PMT(Page Map Table)을 사용합니다.

 

direct mapping에 관련된 키워드부터 정리해보겠습니다.

virtual address : v = (p, d)

p : page number

d : 오프셋(offset) 

residence bit : 1이면 해당 page가 메모리에 적재되어있는 상태, 0이면 적재되어있지 않은 상태로 page fault가 발생

page fault  : page를 읽어오는 것을 실패했을 때 발생

 

direct mapping에서는 PMT가 커널 안에 저장되어있다고 가정합니다. (= PMT에 접근할 때 메모리에 접근하게 됩니다)

 

Page Map Table

 

PMT는 위 그림처럼 나타나는 Table입니다.

page number, residence bit, secondary storage address, page frame number로 구성됩니다.

direct mapping은 위 그림처럼 진행됩니다.

1. PMT가 저장되어있는 주소 b에 접근합니다.

 

2. 해당 PMT에서 b+p*entrySize를 계산해 entry의 주소를 찾습니다. (여기서 entrySize는 PMT 한 줄의 사이즈입니다.)

 

3. 찾아진 entry의 residence bit를 확인합니다. 이때 residence bit = 1이면 page frame number(=p')에 접근합니다.

   만약 residence bit = 0 이면 page fault가 일어나고 swap device에서 해당 page를 메모리에 적재합니다.

   (page fault는 Context switching을 발생시켜 심각한 overhead가 발생합니다.) 

 

4. p'*pageSize+d를 이용하여 실제주소 r을 형성한 후 접근합니다. (여기서 pageSize는 한 page의 크기입니다.)

 

마지막으로 Direct mapping의 단점과 해결방안에 대해 알아보겠습니다.

 

단점

Direct mapping에서는 PMT가 커널에 존재하기 때문에 PMT에 접근하기 위해서는 메모리에 접근해야 합니다.

이 과정에서 메모리에 한 번 접근하게 되고, 실제 주소 r을 읽을 때 메모리에 한 번 더 접근하게 됩니다.

따라서 메모리 접근 횟수가 2배가 되어 성능이 저하됩니다.

더해서 PMT를 위한 메모리 공간이 따로 필요합니다.

 

해결방안

위 문제에 대한 해결방안은 다음 포스팅에 다룰 연관 사상(Associative mapping)과 PMT를 위한 하드웨어를 사용하는 방법이 있습니다.