Memory Management2

Paging

- Paging

• Process의 virtual memory를 동일한 사이즈의 page 단위로 나눔
• Virtual memory의 내용이 page 단위로 noncontiguous하게 저장됨
• 일부는 backing storage에, 일부는 physical memory에 저장

- Basic Method

• physical memory를 동일한 크기의 frame으로 나눔
• logical memory를 동일 크기의 page로 나눔(frame과 같은 크기)
• 모든 가용 frame들을 관리
• page table을 사용하여 logical address를 physical address로 변환
• External fragmentation 발생 안함
• Internal fragmentation 발생 가능

 

 

 

Paging Example

 

 

 

Address Translation Architecture

 

 

 

Implementation of page Table

- Page table은 main memory에 상주

- Page-table base register(PTBR)가 page table을 가리킴

- Page-table length register(PTLR)가 테이블 크기를 보관

- 모든 메모리 접근 연산에는 2번의 memory access 필요

- page table 접근 1번, 실제 data/instruction 접근 1번

- 속도 향상을 위해 associative register 혹은 translation look-aside buffer(TLB)라 불리는 고속의 lookup hardware cache 사용

 

 

 

Paging Hardware with TLB

 

 

 

Associative Register

- Associative registers(TLB) : parallel search가 가능

• TLB에는 page table 중 일부만 존재

- Address translation

• page table 중 일부가 associative register에 보관되어 있음
• 만약 해당 page #가 associative register에 있는 경우 곧바로 frame #을 얻음
• 그렇지 않은 경우 main memory에 있는 page table로부터 frame #을 얻음
• TLB는 context switch 때 flush(remove old entries)

 

 

 

Effective Access Time

 

 

 

Two-Level Page Table

- 현대의 컴퓨터는 address space가 매우 큰 프로그램 지원

32 bit address 사용 시 : 2^32B(4GB)의 주소 공간

• page size가 4K시 1M개의 page table entry 필요
• 각 page entry가 4B시 프로세스 당 4M의 page table 필요
• 그러나, 대부분의 프로그램은 4G의 주소 공간 중 지극히 일부분만 사용하므로 page table 공간이 심하게 낭비됨

=> page table 자체를 pag로 구성

=> 사용되지 않는 주소 공간에 대한 outer page table의 엔트리 값은 NULL(대응하는 inner page table이 없음)

※ 2^10 = K, 2^20 = M, 2^30 = G

 

 

 

Address-Translation Scheme

- 2단계 페이징에서의 Address-translation scheme

 

 

 

Two-Level Paging Example

- logical address(on 32-bit machine with 4K page size)의 구성

• 20 bit의 page number
• 12 bit의 page offset

- page table 자체가 page로 구성되기 때문에 page number는 다음과 같이 나뉜다(각 page table entry가 4B)

• 10-bit의 page number
• 10-bit의 page offset

- 따라서, logical address는 다음과 같다

- P1은 outer page table의 index이고

- P2는 outer page table의 page에서의 변위(displacement)