Page Translation
Page translation은 virtual page number를 physical page number로 변환시키는 과정.
- Virtual address = [virtual page number(vpn), page offset]
- Physical address = [physical page number(ppn), page offset]
예를 들어, m-bit virtual address, n bit physical address, k-bit page offset일 때,
- page size: $2^k$
- virtual page: $2^{(m-k)}$개
- physical page: $2^{(n-k)}$개
- vpn = va / pg_sz
- offset = va % pg_sz
- ppn = page_table[vpn]
- pa = ppn * pg_sz + offset = page_table[va/pg_sz]*pg_sz + va%pg_sz
Page Table
Segment table같은 virtual page와 physical frame의 mapping table. 각 process마다 page table이 존재한다.
Page Table Location
Page table은 physical memory에 저장되며, page table base register(PTBR)이 현재 process의 page table의 base를 가리킨다. Page table은 per-process object이므로 각 base address는 PCB에 저장되며, context switch시 PTBR의 값을 변경한다.
Page Protection
Page Table은 mapping 이외에도 protection 등 additional metadata를 가진다.
- Present bit(x86: PTE_P): page가 가리키는 physical memory에 present한가 (mapping이 유효한가)
- Read/Write bits(x86: PTE_W): Read/Write accessibility
- User bit(x86: PTE_U): User mode accessibility
Fill on Demand
Physical frame을 처음부터 할당하지 않고, 필요할 때 할당한다. 예를 들어, 프로그램을 실행할 때 binary를 memory에 모두 올리지 않고, 최초 실행할 때 page fault를 발생시키고 해당 page를 memory에 올린다.
더 최적화할 경우, 조만간 사용할 것으로 예상되는 page를 asynchronous하게 할당할 수 있다.
Paging Issue
Page Table Size Issue
Page size가 크면 page table의 크기는 줄어들지만 (# of pages = VM size / page size), (internal) fragmentation이 증가하고 finer-grained control이 불가하다.
반면 page size가 작으면 page table의 크기가 증가해서 resource overhead가 증가한다. 예를 들어, 32bit address space에서 page size가 4KB, page table entry가 4byte일 때, process별로 (4GB / 4KB) * 4byte = 4MB의 page table을 가진다. 뿐만 아니라 page table도 결국 physical page에 저장되는데 page table size가 page size보다 크면 여러 page를 사용하게 되어 문제가 발생한다.
Translation Issue
각 memory access가 page table 때문에 실제로는 두 번씩 access가 발생한다.