다단계 페이지 테이블(Multi-level Page Tables)

1. 고정 크기 분산 메모리 할당, 페이징 기법의 개요

(1) 페이징 기법의 개념

개념개념도
메모리를 고정 크기의 프레임으로 나누어 페이지 번호와 프레임 번호를 맵핑하여 분산 할당하는 메모리 관리 기법

(2) 페이징 기법의 메커니즘


p: page number, f: frame No. (physical address), d: page offset
logical address의 주소 이용 page number 확보
page table에서 해당 page에 있는 frame number 확보
frame number + page offset으로 물리 메모리 주소 확인
  • 32bit 환경(offset(12bit), page number(20bit))에서 212(4KB) 페이지 엔트리가 220개로 구성, 페이지 테이블 항목은 4 byte이므로 프로세스 별 4MB (=4 byte x 220) 페이지 테이블 필요
  • 다수 프로세스의 페이지 테이블 사용에 따른 메모리 자원 관리의 비효율성 해결 위해 페이지 번호를 나누어 필요한 부분만 메모리에 적재하는 다단계 페이지 테이블 필요
  •  프로세스 증가로 인한 페이지 테이블 엔트리 추가 시 4KB 페이지 테이블을 추가하여 맵핑

 

2. 다단계 페이지 테이블 (Multi-level Page Tables)

(1) 다단계 페이지 테이블 기반 주소 변환 구성도

  • 페이지 테이블은 는 1차 페이지 테이블(디렉토리)과 2차 페이지 테이블로 구성
  • 메모리 주소는 페이지 테이블 시작 주소(Base Address)와 32bit 논리 주소로 구성
  • 논리 주소는 20bit 페이지 주소와 12bit Offset으로 구성되며, 페이지 주소는 1, 2차 페이지 테이블과 맵핑되는 각 10bit의 1차 페이지 테이블 주소와 2차 페이지 테이블 주소로 구성

(2) 다단계 페이지 테이블 기반 주소 변환 상세 절차

#상세 절차
페이지 테이블 시작 주소(Base Address)와 논리 주소 내 1차 페이지 테이블(디렉토리) 주소 기반 1차 페이지 테이블(디렉토리)에 존재하는 2차 페이지 테이블 시작 주소 확인
① 단계에서 확인된 2차 페이지 테이블 시작 주소와 논리 주소 내 2차 페이지 테이블 주소 기반 메인 메모리의 기준 주소 확인
메인 메모리 기준 주소와 12bit 변위(Offset)를 통해 접근해야할 메모리 주소 확인
  • 다단계 페이지 테이블은 페이징의 메모리 관리 비효율성을 해결할 수 있으나, 단계가 많아질수록 복잡도가 증가하며, 프로세스 증가에 따른 페이지 테이블 크기 증가 문제점의 근본적 해결은 불가
  • 프로세스가 아닌 메모리 프레임 기준으로 맵핑하는 역페이지 테이블(Inverted Page Table)로 크기 증가 문제를 해결

 

[참고]

  • 홍릉과학출판사, Operating System Concepts 8th Edition
  • 한빛아카데미, 컴퓨터 구조와 원리 2.0

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