메모리 매핑 (Memory Mapping)

lsjoon·2024년 2월 20일

CS & PROGRAMMING

목록 보기

11/15

CSAPP : Chap. 9 발췌

Demand-zero page

0으로 초기화 됐지만, 사용되지 않은 페이지

메모리 매핑 (MMAP)

프로그램과 데이터를 단순하고 효과적으로 메모리에 로드하기 위해 고안된 방법
= 가상 메모리와 파일 시스템의 통합

특징

리눅스에서 가상 메모리 영역의 내용을 디스크의 객체에 연결해서 초기화하는 과정
가상 메모리의 영역에 매핑되는 객체는 일반 파일 또는 무기명 파일 중 하나
어떤 종류의 객체든 관계없이, 매핑이 발생하면(가상페이지가 초기화되면) 커널이 관리하는 특별한 스왑 영역에서 스왑 인 & 아웃(Swap In & out) 과정을 거쳐야 함

객체의 종류

1. 리눅스 파일 시스템 내의 일반 파일

실행가능 목적파일과 같은 일반 디스크의 연속적인 섹션으로 이루어진 파일

파일 섹션은 페이지 크기의 조각들로 나누어지며, 가상 페이지의 초기 내용을 포함
요구 페이징에 의해 CPU가 처음 페이지에 접근하기 전까지, 가상 페이지 중 어떤 것도 물리 메모리에 스왑되어 들어오지 않음

2. 무기명 파일 (= Demand-zero page )

커널이 만든, 모두 이진수 0을 포함하는 파일

물리 메모리에서 희생될 페이지가 dirty하다고 판단하여 0으로 초기화된 상태, 하지만 아직 사용되지 않음

공유 객체

프로세스는 자신만의 가상 주소공간을 가지며, 다른 프로세스들에 의해 잘못된 읽기-쓰기 작업이 발생하는 것을 막음
그러나, 많은 프로세스는 동일한 읽기-코드 영역이 존재함
= 모든 C 프로그램들이 필요로 하는 표준 C 라이브러리 등 ( stdio.h 의 printf 같은 것들 )
각각의 프로세스를 위해 한정된 물리 메모리 상에 공통 부분을 중복해서 할당하는 것은 비효율적
메모리 매핑을 통해 하나의 객체를 다수의 프로세서들에 의해 공유될 수 있도록 함

객체는 공유 가상 메모리 영역으로 공유 객체 혹은 사적 객체로 매핑 가능

공유 객체를 공유 주소공간으로 매핑

- 이 영역에 쓰는 모든 내용은 자신의 공유 메모리 내로 객체를 매핑해둔 다른 프로세스도 볼 수 있음
- 변경 내용이 디스크 상의 원래 객체에도 반영

사적 객체를 공유 주소공간으로 매핑

- 이 영역에 가한 수정 사항들은 다른 프로세스들은 볼 수 없음
- 변경 내용이 디스크 상의 원래 객체에 반영되지 않음

COW (Copy On Write)

사적 객체들은 copy-on-write 라는 영리한 기법을 사용해서 가상메모리에 매핑
( copy-on-write를 통해 생성되는 사본은 무기명 파일을 기반으로 생성됨
= zero-fill-on-demand-page / demand-zero page )

사적 객체는 공유 객체와 동일한 방법으로 만들어지며, 물리 메모리에 단 한 개의 사적 객체만이 할당
사적 객체를 매핑하는 프로세스들에 대해 PTE(Page Table Entry)는 읽기-허용 권한만 나타냄
만약, '프로세스 1'이 사적 객체의 'C 페이지'에 대해 쓰기를 시도할 경우 보호 오류를 유발
오류 핸들러는 'C 페이지'의 값만 복사한 사본인 'Copy of C 페이지'를 물리 메모리에 할당 후 페이지 테이블을 갱신
최종적으로 '프로세스 1' 의 매핑은 'Copy of C 페이지' 이며, PTE의 권한은 읽기-허용, 쓰기-허용 상태가 됨