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Address Binding
논리적 주소와 물리적 주소
- 논리적주소(Logical address)
- 프로그램 실행 중에 CPU에 의해 생성된 가상 주소
- 프로세스에서 독립적으로 가지는 상대적인 주소 (프로세스마다 0부터 시작)
- 프로세스는 OS에서 물리적 주소로 변한되는 논리적 주소를 사용해 메모리에 접근한다.
- 물리적 주소(Physical address)
- 데이터가 저장되는 메모리의 실제 주소
- 가상 주소와 달리 실제 메모리의 위치
- 물리적 주소는 MMU(Memory Management Unit)에 의해 논리적 주소에서 변환된다.
- 논리적 주소와 물리적 주소의 공통점
- 메모리에서 특정 위치를 식별하는 데 사용된다.
- 이진, 16진수, 10진수 등 다양한 형식으로 표현될 수 있다.
- 유한한 범위를 가지며 이는 사용되는 비트 수에 따라 결정된다.
Address Binding
- Address Binding은 어떤 프로그램이 어떤 물리적 주소에 적재되는지를 결정하는 과정이다.
- 프로그램은 CPU에서 실해오디기 위해 메모리에 로드되는데 CPU는 프로그램을 프로세스로 변환하고 논리적 주소를 생성하여 메인 메모리와 통신한다.
- 논리적 주소를 사용하면 프로세스가 물리적 메모리 위치를 몰라도 메모리에 접근할 수 있는 추상화 계층을 제공하게 된다.
- 논리적 주소는 페이지 테이블을 통해 물리적 주소에 매핑된다.
- MMU가 페이지 테이블을 사용
MMU (Memory Management Unit)
- MMU는 CPU가 메모리에 접근하는 것을 관리하는 컴퓨터 하드웨어 부품
- 가상 메모리를 실제 메모리 주소로 변환
- 실제 메모리 주소로의 변환을 위해 MMU는 TLB라는 고속 보조기억장치를 참조한다.
- TLB에 원하는 데이터가 없으면 페이지 테이블에서 정보를 얻어온다.
TLB (Translation Lookaside Buffer)
- 가상 메모리 주소를 물리 주소로 변환하는 속도를 높이기 위해 사용되는 캐시
- 최근에 발생한 가상 메모리 주소와 물리 주소 변환 테이블을 저장
- CPU와 CPU 캐시, CPU 캐시와 메인 메모리 사이 등 여러 레벨 캐시들 사이에서 주소 변환에 사용할 수 있다.
- CPU는 1차적으로 TLB에 접근하여 원하는 페이지가 있는지 탐색하고 MMU의 페이지 테이블을 참조한다.
Address Binding 과정
- 소스 코드에는 심볼릭 주소가 존재
- 변수, 함수, 클래스 등의 식별자
- 어셈블러(또는 컴파일러)는 심볼릭 주소를 relative numerical address에 매핑하고 object 파일을 출력하여 링커에 전달
- 링커는 객체 파일과 기타 코드, 라이브러리 등을 가져와 실행 파일을 생성
- 로더에 출력을 전달되고 로더는 메모리를 로드
Address Binding 종류
주소를 binding하는 시점에 따라 분류된다.
- Compile Time
- 프로세스의 물리적 주소가 컴파일할 때 결정된다.
- 소스 코드의 심볼릭 주소가 바로 물리적 주소로 변환된다.
- 컴파일러가 절대 주소(고정된 주소)를 생성하기에 만약 위치가 변경되면 재컴파일 해야 한다.
- 프로세스 내부에서 사용하는 논리적 주소와 물리적 주소가 동일
- 컴파일 후에는 주소가 다 정해져 버리기 때문에 다른 프로세스가 차지한 메모리 때문에 실행되지 않을 수 있다. → PC에서 돌아가는 프로세스가 하나인 경우에만 유용(임베디드 시스템)
- Load Time
- 컴파일러가 바인딩을 수행하지 않고 심볼릭 주소를 논리적 주소로 변환한다.
- Loader가 프로세스를 메모리에 load하는 시점에 물리적 주소를 결정
- 프로세스 내부의 논리적 주소와 물리적 주소가 다르다.
- 프로세스 내의 메모리를 참조하는 명령어들을 전부 바꿔야 하기에 로딩 시간이 커질 수 있다.
- Execution Time (run time)
- 프로세스가 실행될 때 메모리 주소를 변환하는 방법
- CPU가 주소를 참조할 때마다 address mapping table을 이용하여 binding
- 이 때 MMU를 사용하여 변환
https://rebro.kr/178
https://www.geeksforgeeks.org/logical-and-physical-address-in-operating-system/
https://ko.wikipedia.org/wiki/메모리_관리_장치
https://ko.wikipedia.org/wiki/변환_색인_버퍼
https://www.baeldung.com/cs/address-binding-in-operating-systems