Just a feeling!

2008/04/02 수요일. Memory Management(Ⅰ - Address binding)


 운영체제란? 무엇인가? 라는 물음에 흔히 "윈도(Windows)"라고 대답을 하곤 했었다.

컥! 하지만 조금 공부를 해보니 얼토 당토 않은 말이라는 것을 느꼈다.

 운영체제(Operating System)은 하드웨어와 사용자 프로그램 사이에서 자원의 활용을 극대화 하고 시스템을 비롯한 프로그램 사용을 용이하게 해주는 것 이다. 뭐... 쉽게 말해서 컴퓨터를 사람(개발자 혹은 사용자)이 편리하게 사용하게 해주는 시스템이다.

 언제나 무언가를 배우려고 하면 등장하는 뻔한 개념적 설명이다. 하지만 이러한 개념적 설명을 간과해서는 안된다. 왜냐하면, 우리가 운영체제를 비롯한 다양한 학문(하다못해 벡터의 내적과 같은 연산)을 배우는 과정에서 "우리가 이것을 왜? 배우는 거야?"라는 의문으로 시간을 낭비할 틈이 없기 때문이다. 더욱 중요한것은 그러한 개념을 알고 있어야. 지금 배우고 있는 이 지식을 차후에 재대로 활용을 할 수 있는 것이다.

 음... 그리고 조금더 공부를 해보니 운영체제란? ㅋㅋㅋ 역시 다시 "윈도(Windows)나 리눅스(Linux)"라고 대답한다.

 공룡은 이런 말을 했다. "운영 체제에 대한 완전한 정의는 없다. 운영 체제가 무엇인지보다는 운영체제가 무엇을 하는지에 의해 운영 체제를 정의하는 것이 더 쉽다." 라고,,,


어찌되었든!
지금부터 Operating System중 Memory Management부분을 정리해 보도록하자.

 왜냐면... 이부분이 가장 간지러운 부분이였거든!



■ Memory Management(Ⅰ - Address Binding)
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 C언어의 초심자 시절. 입문서에는 다음과 같은 설명이 있었다.

 source file을 컴파일 해서 기계어로 되어 있는 object file을 만든다. 이러한 여러 object file들과 start-up code를 Link시켜 execution file을 만든다. 그렇게 만들어진 execution(실행) file을 실행하면 실행된다. 
 
 그리고 자료형과 함수 배열등을 배우는 동안 memory의 얼마를 차지하며 무슨 영역에 자리 잡는다는 등의 설명이 불쑥 튀어 나온다. 또한 일반적으로 많이 사용하는 지역변수 영역(stack)과 동적 할당 영역(heap)에 대해 언급하는 것이 주를 이룬다.

 하지만, 저러한 설명들은 뜬구름을 잡는 설명에 불과했다(적어도 나에겐). 뭔가가 간지럽지 않는가? ㅋㅋ 지금부터 그 간지러운 부분을 잡아 보도록하자.

 
 프로세스(간단히 말해서 실행중인 프로그램)가 생성되어 실행되기 위해서는 실행 프로그램 파일을 메모리(RAM)에 적재해야 한다. 왜냐?! 프로세스의 실행은 결국 CPU가 하는데 이 CPU는 Bus라는 녀석으로 Main-Memory와 연결되어 의사소통을 하기 때문이다. 이렇게 메모리에 적재 된 실행 프로그램 파일은 CPU에 의해 처리(?- 처리라고 해봐야 CPU와 Memory사이에선 읽기/쓰기만 할 뿐이다) 되며 비로소 프로세스라는 명칭으로 불릴 수 있는 것이다.
 하지만, 이러한 실행 프로그램 파일을 무턱대고 메모리에 적재하는 것이 아니라 C입문서에서 봐왔던 것처럼 [코드 영역][데이터 영역][스텍영역]으로 분류 되어 적재된다.

  ▷ 코드 영역:  기계어 코드로된 프로그램 실행코드가 적재 되는 영역이며 CPU는 이 영역의 명령을 읽어들여 차례로 프로그램을 수행하게 된다.  
  ▷ 데이터 영역: 전역변수아 같이 프로세스가 종료될 때까지 게속 사용되는 변수들을 위한 영역
  ▷ 스택 영역: 함수 호출 과정과 같이 임시로 존재하는 변수들을 저장하는 영역



 전형적인 명령어 실행은 먼저 메모리로 부터 한 명령어를 가져오는 데서부터 시작된다. 명령어를 읽어오는 과정에서는 명령어 주소 레지스터(IP: Instruction Pointer, 또는 PC: Program Counter)에 있는 코드 영역의 주소를 메모리에 전달하고 읽기 작업을 실행한다. 그 다음 명령어를 해독하고, 메모리에서 피연산자(operand)를 가져와 피연산자에 대해 명령어를 실행한 후에 계산 결과를 메모리에 다시 저장한다. 전역 변수에 대응되는 데이터 영역의 주소나 스택 주소 레지스터(SP: Stack Pointer)에 기록된 스택 영역의 주소를 메모리에 전달하고 읽기나 쓰기 작업을 실행한다.

 이처럼 CPU가 Memory를 읽거나 쓰는 작업을 하기 위해선 메모리에 로드 된 실행프로그램파일의 명령코드나 데이터의 저장 주소를 알아야 한다. 즉, [Figure.02]와 같이 소스프로그램이 메모리에 적재될때까지의 과정중에 저장되어야 할 코드의 주소들은 여러가지 다른 표현 방식을 거치게 되고, 코드 영역이나 데이터 영역이 적재될 주소가 결정되면, 코드 영역의 내용 중에 함수의 주소나 변수의 주소가 있는 부분을 결정된 주소에 맞게 수정해야 하며 이러한 작업을 주소 바인딩(address binding)이라고 한다.