동시성(Concurrency)이란? 컴퓨터공학에서 동시성이란 여러 작업이 순서에 상관없이 동시에 진행되는 것을 뜻한다. 하지만 여기서 동시에 진행된다는 것은 실제로 여러 작업이 동시에 동작하고 있다는 뜻은 아니다. 여러 작업이 동시에 실행되고 있는 것처럼 보이는 것이다. CPU는 빠른 문맥 교환(context switch)을 통해 여러 작업이 동시에 실행되는 것처럼 보이게 할 수 있다. 실제로는 A라는 작업을 하다가 B작업을 하는 것이지만, 마치 A와 B가 같이 실행되는 것처럼 보이는 것이다. 이것을 동시성이라고 한다. 요리사가 어떤 요리를 한다고 하자. 이 때 재료도 썰고 냄비의 내용물이 타지 않게 저어주기도 한다고 하자. 요리사는 몸이 두 개가 아니기 때문에 실제로 동시에 재료를 썰면서 냄비의 내용물..
Memory Mapped I/O란? Memory Mapped I/O는 마이크로프로세서(CPU)가 입출력 장치를 접근할 때, 입출력과 메모리의 주소 공간을 분리하지 않고 하나의 메모리 공간에 취급하여 배치하는 방식이다. -위키피디아- 즉, Memory Mapped I/O는 disk block을 메모리의 페이지에 매핑시켜준다. 따라서 CPU는 파일을 메모리에서 접근 가능하게 된다. 이를 통해 CPU는 read() 혹은 write()등의 System call을 사용하지 않고 메모리에 data를 읽고 쓰는 것처럼 사용 가능하다. Memory Mapped I/O의 특징은 다음과 같다. 1. 메모리의 일부 공간을 I/O 포트에 할당한다. 2. 많은 프로세스가 하나의 파일을 메모리에서 공유하는 것이 가능해진다. 3...
페이지 교체 알고리즘 (Page Replacement Algorithm) 이전 포스팅으로 요구 페이징(Demand Paging)에 대해 알아보았다. 필요한 페이지가 메모리에 없을 때 page-falut가 발생하고 Backing Store에서 해당 페이지를 찾아 빈 프레임에 로딩해야 하는데, 이때 빈 프레임이 없을 경우 희생 당할 프레임(victim frame)을 고르는 알고리즘이 페이지 교체 알고리즘이다. 페이지 교체 알고리즘은 page-fault 발생 비율을 줄이는 것을 목표로 한다. +요구 페이징에 대한 내용은 다음을 참고하자. [운영체제] 가상메모리(Virtual Memory)와 요구 페이징(Demand Paging), Valid-Invalid Bit, 페이지 부재(Page Faul 가상 메모리(V..
가상 메모리(Virtual Memory) 메인 메모리의 크기는 한정되어 있다. 따라서 물리적인 메모리 크기보다 크기가 큰 프로세스는 실행시킬 수 없게 된다. 예를 들어 메인 메모리의 크기가 100MB 일 때 300MB 크기의 프로세스는 실행시킬 수 없다. 크기가 큰 프로세스를 실행시키기 위해서는 메인 메모리를 크게 키우는 방법이 있겠지만, 이것은 매우 비효율적이다. 따라서 나온 방법이 바로 가상 메모리(Virtual Memory)이다. 가상 메모리는 메모리 관리 기법의 하나로, 기계에 실제로 이용 가능한 자원을 추상화하여 사용자들에게 매우 큰 메모리인 것처럼 보이게 만드는 것을 말한다. 즉, 프로그램에 실제 메모리 주소가 아닌 가상의 메모리 주소를 주는 방식이다. 가상적으로 주어진 주소를 가상 주소(vi..
Copy On Write (COW) 란? 1 2 3 4 5 6 std::string x("Hello"); std::string y = x; // x and y use the same buffer y += " World!"; // now y uses a different buffer // x still uses the same old buffer cs 위와 같은 코드가 있다고 하자. ( C++ 98에서의 동작이다. C++ 11 이상에서는 동작하지 않음 ) x라는 buffer에 "Hello" 라는 string을 넣고, y라는 복사본을 만든다고 하자. 이때 x와 y는 같은 buffer를 가리키게 된다. 하지만 이때 복사본인 y를 변경하면 아래와 같이 된다. 더이상 y는 같은 buffer를 가리키지 않고, 새로..
세그멘테이션(Segmentation)이란? 페이징은 프로세스를 물리적으로 일정한 크기로 나눠서 메모리에 할당하는 것을 의미한다. 반면, 세그멘테이션은 프로세스를 논리적 내용을 기반으로 나눠서 메모리에 배치하는 것을 의미한다. 세그멘테이션은 프로세스를 세그먼트(segment)의 집합으로 표현한다. 이때 세그먼트는 논리 단위로 아래와 같은 것들이 해당된다. main program procedure function method object stack local variable global variable etc... 프로세스를 code영역, data영역, stack영역 등으로 나누는 것 또한 세그멘테이션이라고 할 수 있다. 세그멘테이션도 페이징과 비슷하게 세그먼트 테이블을 가지고 있다. 페이징과 비슷하게 논리..
Hierarchical Page Table 하나의 페이지 테이블 안에 여러개의 페이지 테이블을 넣은 페이지 테이블을 의미한다. 이 중 대표적으로 2-level page table에 대해 알아보자. 32-bit machine, 4K page size를 가정했을 때, 논리 주소는 아래와 같이 구성된다. page number : 20bit p1-page number : 10bit p2-page offset : 10bit page offset : 12bit 즉 p1은 outer page table(바깥 테이블)의 index이고, p2는 해당 바깥 테이블에서의 위치를 나타낸다. 이해가 쉽지 않다면 다음 그림을 살펴보자. p1을 통해 outer-page table의 인덱스를 찾고, 해당 인덱스가 가리키는 page ..
페이징(Paging)이란? 페이징이란 논리주소의 메모리를 고정된 크기의 페이지(Page)로 나누어 관리하는 기법이다. 페이징은 아래와 같은 특징들을 갖고 있다. 물리주소 공간(Physical address)은 연속적이지 않을 수 있다(noncontiguous) 페이지는 모두 같은 크기를 가진다. 물리주소 공간을 페이지와 같은 사이즈로 나눈 것들을 프레임(Frame)이라고 한다. 페이지 사이즈(=프레임 사이즈)는 하드웨어에 의해 정해진다. 페이지의 크기는 일반적으로 2의 제곱수를 사용한다. 일반적으로 4KB(2^12) ~ 1GB(2^20) 페이지 테이블(page table)을 이용해 논리주소에서 프레임을 가리키는 물리주소로 매핑한다. 외부 단편화는 발생하지 않으나, 내부 단편화는 발생한다. 단편화에 대해서..
내부 단편화 (Internal Fragmentation) 내부 단편화란 주기억장치 내 사용자 영역이 실행 프로그램보다 커서 프로그램의 사용 공간을 할당 후 사용되지 않고 남게 되는 현상을 말한다. 예를 들어 아래와 같은 그림을 살펴보자. 위와 같이 100MB의 메모리에 80MB 크기의 프로세스를 올리게 되면, 20MB의 내부 단편화가 발생하게 된다. 즉, 적은 크기의 잔여 메모리가 발생해 해당 메모리를 사용할 수 없게 된다. 외부 단편화 (External Fragmentation) 외부 단편화란 남아있는 총 메모리 공간이 요청한 메모리 공간보다 크지만, 남아있는 공간이 연속적(contiguous)이지 않아 발생하는 현상이다. 예를 들어 아래와 같은 그림을 살펴보자. 위와 같이 남아있는 메모리 공간은 50..
동기화 문제 (Synchronization Problem) 동시에 공유 자원에 접근하는 것은 데이터의 일관성을 해칠 수 있다. 프로세스들의 실행 순서를 정하여 공유 자원의 일관성을 보장하는 것을 동기화(Synchronization)라고 한다. 경쟁 상태 (Race Condition) 여러 프로세스들이 공유 자원에 동시에 접근하려고 하는 상황을 경쟁 상태라고 한다. 어떤 프로세스가 마지막으로 데이터에 접근했는지에 따라 데이터의 상태가 달라지게 된다. 즉, 데이터의 일관성을 보장할 수 없어진다. 이런 경쟁 상태의 문제를 해결하기 위해 프로세스들은 동기화(Synchronized)되어야 한다. 임계 영역 (Critical Section) 임계 영역은 공유 자원이 접근되는 부분을 뜻한다. 만약 어떤 프로세스가 임..