Memory and Address Space

• Memory Virtualization

  • OS가 물리적인 메모리를 가상화한다. 각 프로세스마다 가상의 메모리공간을 제공한다.
  • 가상화의 이점
    • 프로그래밍하기 쉽다
    • 시간과 공간 측면에서 효율적이다.
    • 다른 프로세스로부터 비정상적인 액세스를 막을 수 있다.

• 초기의 OS

  • 메모리에 하나의 프로세스만 로드

    • 효율적이지 못하고, 활용도 측면에서 안좋다.

  • 시대가 변하고 Multiprogramming and Time sharing로 바뀜

    

    • 장점 : 메모리에서 프로세스 간 전환 → 활용도, 효율성 향상
    • 단점 : 중요한 보호 문제 발생 : 다른 프로세스의 잘못된 메모리 접근

• Address Space (가상화된)

  • os는 물리적인 메모리의 가상화된 공간을 생성

    • 주소공간엔 **실행중인 프로세스의 모든 내용(프로그램 코드, 스택, 힙)**이 담겨져있음

    

    • Code : instruction의 위치
    • Heap : 메모리를 동적으로 할당함 → malloc, 객체지향언어의 새로운 기능
    • Stack : return 주소 or 값을 저장한다. 로컬변수를 저장한다.

  • 실행중인 프로그램의 모든 주소는 가상의 공간이다.

    • OS가 가상주소를 실제주소로 변환한다.
    • 예시

    

    

    왜 0x400000부터 시작일까? 0x000000~400000전까지 kernel space가 차지하고 있다.

    

  • Memory API

    • malloc()

      • heap부분에 있는 메모리 공간에 할당된다.

        • size_t size : 메모리 공간의 사이즈(bytes형식으로)
        • size_t : 부호없는(unsigned) 정수형
        • 리턴 값 : 성공시 → 할당된 공간에 대한 void유형 포인터 / 실패시 → null포인터

        

    • Sizeof()

      • 경우에 따라 결과가 2가지로 나타난다.

        • x라는 포인터 변수 → 포인터 변수는 가리키는 값과는 상관없이 4byte
          • x가 실행시간을 의미

        

        • x라는 배열 변수 → int형 4byte * 10개요소 = 40 byte
          • x가 컴파일 시간을 의미

        

    • free()

      • malloc으로 인해 할당된 공간을 확보한다. malloc으로 인해 배정받은 주소를 비운다)
      • 예시

      

  

        pi는 남아있다. → **동적할당된 공간 (그림에서 allocated 라고 쓰여져있는 공간)만 확보함**
  

  • 주의 할점!!!!!!!!!!!!!

    • 주소공간을 할당하지 않아서 생기는 문제
      • 포인터변수는 주소를 가리키는 것이므로, 주소공간을 할당하지 않고 strcpy() 문자열 복사하는 함수와 같은 함수들을 사용하면 오류가 발생한다. (가리키는 주소공간이 없으니까!)

    

    

    • 잘못된 할당 문제(len길이)

    

    • 초기화를 해주지 않음 (할당만하고 변수 값이 몇이다 초기화해주지 않은 문제)
      • garbage data가 존재하에 초기화 무조건 해줘야 함

    

    • 메모리 Leak (free를 해주지 않아 메모리가 부족해짐)

    

    • 사용이 완료되기전에 free해서 발생하는 문제 (dangling(매달림) pointer 문제)

    

    • calloc()

      • 메모리를 할당하고, 0으로 설정하고 반환한다. (malloc은 할당된 공간을 garbage data로 채워짐)
        • size_t num : 할당한 공간 수(블럭수)
        • size_t size : 각 블럭의 크기(byte형식)
        • 리턴값 : 성공시 → 할당된 공간에 대한 void유형 포인터 / 실패시 → null포인터

      

    • Double free

      • free()를 반복적으로 하면 정의되지 않는 오류가 발생한다.

    • realloc()

      • realloc에 의해 반한되는 포인터는 ptr과 같을 수도 있고, 새 포인터가 될 수도 있다.
        • void *ptr : malloc 이나 calloc 이나 realloc에 의해 할당된 메모리 블럭에 대한 포인터
        • size_t size : 메모리 블럭의 새로운 크기(byte형식)
        • 리턴값 : 성공시 → 할당된 공간에 대한 void유형 포인터 / 실패시 → null포인터

    • System calls for allocation

      • malloc 라이브러리 호출은 “brk” 시스템콜을 사용할 수 있다.

        • brk는 프로그램의 break(주소공간에서 힙의 끝 위치)를 확대하기 위해 호출된다.
          • sbrk도 brk와 유사한 호출이다.
        • 프로그래머가 절대로 직접 brk 혹은 sbrk를 호출해서는 안된다!

        

    • System calls for memory mapping

      • “mmap” 시스템콜은 익명의 메모리 공간을 생성할 수 있다.
        • 멀티프로세스의 데이터를 공유할 때 유용하다.

      

• 효율성과 통제를 위한 메모리 가상화

• Address translation 주소 변환

• A single relocated process 혼자 재배치된 프로세스

• Base and Bounds Register

• 메모리 가상화에 있어 OS의 이슈