<aside> 💡 “운영체제 : 아주 쉬운 세가지 이야기”를 읽으면서 핵심 내용을 정리하였습니다. 이화여대 반효경 교수님의 운영체제 강의를 듣고 복습 차원에서 책 한권을 완독해보고자 합니다. 잘못된 정보가 있다면 댓글 남겨주시면 감사하겠습니다!

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페이징의 한계

페이징을 잘못 구현하면 큰 성능 저하가 올 수 있는데 이유는 아래와 같다

• 가상 주소 변환을 위해 주소 변환에 필요한 정보를 담고 있는 페이지 테이블을 접근(메모리 읽기 작업 느림)해야 되기 때문에 성능저하 발생

TLB 란?

페이징의 한계를 해결하기 위해 하드웨어의 도움을 받는다. 변환 색인 버퍼(translation-lookaside buffer, TLB)는 MMU의 일부로서 자주 참조되는 가상 주소의 변환 정보를 저장하는 하드웨어 캐시이다. 주소 변환 캐시(address-translation cache)라고도 부른다. 가상 메모리 참조시, 하드웨어는 먼저 TLB를 확인하게 된다.

TLB 기본 알고리즘

//하드웨어가 관리하는 TLB
VPN = (VirtualAddress & VPN_MASK) >> SHIFT
(Success, TlbEntry) = TLB_Lookup(VPN)
if (Success == True)// TLB HIT
	if (CanAccess(TlbEntry.ProtectBits) == True)
		Offset = VirtualAddress & OFFSET_MASK
		PhysAddr = (TlbEntry.PFN << SHIFT) | Offset
		AccessMemory(PhysAddr)
	else
		RaiseException(PROTECTION_FAULT)
else// TLB MISS
	PTEAddr = PTBR + (VPN * sizeof(PTE))
	PTE = AccessMemory(PTEAddr)
	if (PTE.Valid == False)
		RaiseException(SEGMENTATION_FAULT)
	else if (CanAccess(PTE.ProtectBits) == False)
		RaiseException(PROTECTION_FAULT)
	else
		TLB_Insert(VPN, PTE.PFN, PTE.ProtectBits)
		RetryInstruction()

1. 가상 주소로 부터 가상 페이지 번호를 추출한다.
2. 해당 가상 페이지 번호가 TLB에 들어있는지 확인한다.
3. 만약 TLB에 들어있다면 TLB에 들어있는 정보 기반으로 물리 주소 계산해서 접근
4. 만약 TLB에 들어있지 않다면 페이지 테이블에 접근하여 주소변환에 필요한 정보를 TLB에 갱신하고 해당 명령어를 재실행

예제

최초 a[0]에 접근하기 위해 TLB에서 VPN을 확인하면 정보가 없기 때문에 TLB miss가 일어나고 TLB정보 갱신이 일어난다. a[1], a[2]의 경우에는 공간 지역성으로 인해 TLB hit가 일어나게 된다. 만약 페이지의 크기가 더 크다면 TLB의 효과가 더 증가 할 것이다.

공간 지역성(spatial locality)

• 특정 데이터 x를 접근한 후 x에 인접한 메모리 주소를 접근할 확률이 높다는 사실에 근거함

시간 지역성(temporal locality)

• 한번 접근한 데이터는 다시 접근할 확률이 높다는 사실에 근거함