Memory Structure

우리가 흔히 메모리 주소라고 말하는 단어는 메모리 상에서 저장된 데이터의 서로 다른 위치를 구분하기 위해 사용 되는 숫자이다. 크게 논리적 주소와 물리적 주소로 나뉜다.

• 논리적 주소 : CPU 가 생성하는 주소로, 프로세스 마다 독립적으로 가지는 주소이다. (0부터 시작)

• 물리적 주소 : 실제로 프로세스가 실행되기 위해 메모리에 저장되는 위치

그런데 "굳이 왜 2개의 주소를 사용하는거지?" 라는 의문이 생긴다.

만약 논리적 주소 만을 사용한다고 생각해보자. 사용자가 메모리에 접근해야 할때마다 CPU 가 사용하는 운영체제의 영역을 확인해야하는 불편함이 생기고, 사용자가 임의로 접근하여 조작할수 있다는 위험성이 존재한다.

반대로 물리적 주소 만을 사용한다고 생각해보면, CPU 는 각각의 프로세스가 어디에 저장되어 있는지 일일히 주소를 기억하고 있어야 하기 때문에 메모리 접근시간이 매우 길어질수 있다. (위에서 말했듯이 논리적 주소는 간편하게 0부터 시작한다.)

메모리는 운영체제가 사용하는 운영체제 영역과 사용자 영역으로 나뉜다. 따라서, 사용자 프로세스는 사용자 영역에 저장된다.

따라서, 사용자가 메모리에 접근할때, 논리적 주소를 물리적 주소로 바꿔주는 작업이 필요한데,이것이 바로 주소 바인딩이다.

Address Binding

쉽게 말해 논리적 주소를 언제 물리적 주소로 바꿀것인가? 이다. 이 주소 바인딩은 어느 시점에 바인딩 (물리적 주소가 결정) 되느냐에 따라 나뉘며 크게 3가지로 분류된다.

Compile Time Binding

컴파일 할때 물리적 주소가 결정되는 것을 말한다. 컴파일 단계에서 주소를 결정하기 때문에 프로세스가 메모리의 어느 위치에 들어가게 될지 알고 있어야한다. 이후 컴파일러가 고정된 주소 (Absoulte address) 를 생성 하며, 만약 주소가 변경된다면 다시 컴파일을 실행해야한다. 특징으로는 논리적 주소와 물리적 주소가 동일하다.

Load Time Binding

만약 프로세스가 메모리 어디에 위치할지 알수 없다면, 메모리상에 프로세스를 올려 실행시에 물리적 주소가 결정되는 방식을 사용한다. 조금더 자세히 말하면, 프로그램을 메모리에 저장하는 프로그램인 Loader 가 실행되어 메모리에 저장하는 시점에서 주소를 결정한다. 그러나 프로세스에 메모리를 참조하는 명령어가 많다면 이것들의 주소를 다 바꿔야 하기 때문에 로딩시간이 길어진다는 단점이 있다.

Execution Time Binding (Run Time)

단어 그대로 프로세스가 실행될때 메모리 주소를 바꾸는 방식이다. 런 타임에 기법을 사용하여 논리적 주소를 물리적 주소로 바꾸며, 실행 도중 주소가 변경될수도 있다. CPU 가 주소를 참조 할 때마다 데이터가 메모리 어디에 위치해있는지 주소 매핑 테이블을 사용하여 바인딩을 점검한다.

• MMU 기법 : CPU에 의해 생성되는 주소에 대해 Base Register 값을 더해서 물리적 주소를 생성하는 기법

• Limit Register : 논리적 주소의 범위로, 잘못된 메모리를 참조하지 않도록 막아주며, Base Register로 접근 할수 있는 물리적 주소의 최솟값을 나타낸다.