주소 공간

3. 운영 체제와 주소 공간

운영 체제는 프로세스에 주소 공간을 할당하고 관리하며, 사용자 공간과 커널 공간을 분리하여 시스템 안정성을 유지한다.

커널 공간은 운영 체제인 커널이 존재하는 가상 메모리 영역이다. 리눅스에서는 모든 커널 스레드가 존재하는 주소 공간이다. 가상 메모리 방식에 따라 가상 주소의 특정 범위를 차지하거나, 다중 가상 메모리의 하나의 가상 공간을 커널 공간으로 사용한다. 전자의 경우, 사용자 프로세스가 해당 범위의 주소에 접근하면 예외가 발생한다. 커널은 사용자 공간에 접근할 수 있지만, 물리 메모리가 매핑되지 않은 경우가 있을 수 있다.^[1]

3. 1. 프로세스와 주소 공간

3. 2. 사용자 공간과 커널 공간

4. 주소 변환 (Address Translation)

가상 메모리 시스템에서는 가상 주소와 물리 주소 간의 변환이 필요하며, 이는 메모리 관리 장치(MMU)를 통해 이루어진다.^[1]

일반적으로 OS에 의해 할당된 물리적 주소는 CPU 전체의 주소 공간이므로, 프로세서의 논리 주소와는 액세스 단위로 변환되어야 한다. 이 변환은 논리회로를 통해 빠르게 처리된다.^[1] 한 프로세스가 물리적 메모리에 순차적으로 적재되지 않을 수도 있다.^[1]

주소 공간은 여러 계층으로 매핑 및 변환되는 특징을 가진다.^[1] 예를 들어, 파일 시스템의 논리 디스크는 선형 섹터 번호를 사용하며, 이는 절대 LBA 섹터 주소로 변환된다.^[1] 병렬 ATA로 연결된 디스크 드라이브는 논리 실린더-헤드-섹터 주소로 변환된 후, 디스크 컨트롤러에 의해 다시 LBA로 변환되고, 최종적으로 물리적 실린더, 헤드, 섹터 번호로 변환된다.^[1]

도메인 이름 시스템은 이름을 네트워크 주소(주로 IP 주소)로 매핑하며, 이는 주소 결정 프로토콜을 통해 링크 계층 네트워크 주소로 매핑될 수 있다.^[1] 네트워크 주소 변환은 서로 다른 IP 공간의 경계에서 발생한다.^[1]

4. 1. 가상 주소와 물리 주소

4. 2. 주소 변환 메커니즘

5. 주소 공간의 크기

CPU의 주소 버스 크기에 따라 주소 공간의 크기가 결정된다. 주소 버스가 32비트인 시스템에서는 $2^\{32\}$개의 서로 다른 주소를 식별할 수 있으므로 0부터 $2^\{32\}-1$까지의 주소 범위를 제공할 수 있다.

8비트 마이크로프로세서의 주소 공간은 대부분 16비트를 갖는다. 액세스 단위는 8비트이다. 그러나 8비트 MCU의 많은 경우는 한 개의 CPU 내에서도 8 또는 16비트의 주소 공간을 가진다. 이러한 주소 공간은 C 프로그램에서 구별할 수 있는 수단을 제공하며, 개발자가 지정할 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 IPv4 Address Space Registry https://www.iana.org[...] Internet Assigned Numbers Authority (IANA) 2011-09-01
_[2] 웹인용 IPv4 Address Space Registry https://web.archive.[...] Internet Assigned Numbers Authority (IANA) 2009-03-15