Memory Paging

• Paging 페이징
  • 페이징이란? 가상주소공간을 고정된 크기 만큼의 유닛으로 나누는 것(그 유닛을 page라부름)
  • Page Frame
    • 가상주소에서 페이징이 일어나면, 물리주소에서는 Page Frame 페이지 프레임이라고 하는 page로 분할된다. (page 의 크기 = frame 의 크기 but page번호가 맞을 필요는 없다!)
    • Page Table
      • 페이지 테이블은 가상주소 → 물리주소로 변환할 때 필요한 것으로, PFN이라는 유닛으로 분할되어있다.(가상주소 페이지같이!)
  • page - PFN - page frame이 1:1:1로 연결되어 있다.
  • paging의 장점 → 외부단편화 문제 해결, 내부단편화 문제는 있을 수 있지만 뭐 괜찮아!
    • 유연성(주소 공간 추상화(힙/스택이 어떻게 grow하는지 상관x))
    • 단순성(free space 관리 차원)

• 페이징의 예시!

• page → frame 주소 변환

• VPN : 페이지의 인덱스(번호) ⇒ Nbit, 주소공간 전체 크기/page의 사이즈 = 2^N
• Offset : 페이지의 사이즈를 나타냄 → 위의 예시에서 4bit 이므로 2^4 = 16byte의 크기의 page
  • offset을 보고 사이즈를 알아내어 vpn이 몇 비트로 구성되어있는지 알아낼 수 있다.
  • 문제에서 21 = 0~16(vpn = 00) / 17~32(vpn = 01) → 01 + 0101(5) 즉, 17과의 떨어진거리+1 (offset) = 21이 된다!
• 예시

3bit으로 변경되는 이유는 물리주소가 더 커서 !(가상주소 = 64KB 물리주소 = 128KB)

• Page table

  • 페이지테이블은 어디에 저장될까? → 메모리에 저장됨
  • 계산 예시

  

  • 32bits address space → 주소 전체 공간이 32bit로 표현됨 → 전체 공간크기 = 2^32B

  • page size가 4KB = 4096B = 2^12B = offset

    • 2^32/2^12 = 2^20만큼의 페이지 갯수가 나옴 → page - PFN 일대일 대응이므로, PFN도 2^20개만큼 존재, PFN하나는 4Byte인데 전체 page table entry는 2^20 * 4byte(32bit) = 4MB
      • 2^10B = 1KB, 2^10KB = 1MB

  • Page table entry

    • 페이지 테이블은 가상주소 → 물리주소 매핑하는 데이터구조일뿐(vpn을 통해 배열 인덱싱을 하고, 그 인덱스에 맞는 페이지 테이블을 찾는다.)
    • 예시

    

    • Flag 자세한 뜻

    

    • paging의 단점 → 너무 느리다

      • 주소 변환 과정에서 원하는 entry찾으려면 페이지 테이블 시작위치 필요, 모든 메모리 참조에 대해 페이징을 수행하려면 OS가 한번의 추가 메모리 참조를 수행해야함