[Arm프로세서] 가상 주소와 물리 주소의 개념

리눅스를 비롯한 대부분의 운영체제에서는 가상 메모리를 메모리 관리 기법으로 활용합니다. 이번에는 가상 메모리와 물리 주소에 대해 알아보고 가상 메모리 기법이 적용된 이유를 알아봅시다.

대부분의 운영체제는 다양한 메모리(DRAM) 상에서 실행될 수 있는데, 다음 그림은 가상 메모리 기법을 적용하기 전의 시스템 구조도입니다.
 

그림 19.2 물리 메모리와 메모리 시스템의 관계

물리 메모리가 '물리 메모리 A' ~ '물리 메모리 D'까지 있습니다. 만약 소프트웨어 개발자가 물리 메모리 타입에 따라 주소 오프셋을 변경하는 설정을 하거나 추가로 물리 메모리와 관련된 설정을 하면 소프트웨어의 복잡도가 많이 늘어날 수 있습니다. 물리 메모리에 대한 예외 상황을 점검해야 하니 골치가 아플 것입니다.

하드웨어 측면에서는 다양한 메모리 공급사가 있으며, 대표적인 업체로 삼성전자, 하이닉스, 도시바를 예로 들 수 있습니다. 또한 SoC 업체(브로드컴, 인텔, 퀄컴)별로 서로 다른 물리 메모리 맵을 구성하며, 리눅스 커널와 같은 운영체제 커널이 실행하는 물리 메모리의 주소가 다릅니다. 다음 그림에서 Soc A는 0x8000_0000 물리 주소에 '리눅스 커널' 이미지를 실행하고, SoC B는 0x4000_0000 물리 주소에서 '리눅스 커널' 이미지를 실행합니다.   

 

그림 19.3 SoC 벤더별 메모리 맵

그런데 만약 프로세스 입장에서 물리 메모리별로 서로 다른 주소에 접근한다면 시스템 복잡도가 높아질 것입니다. 물리 메모리별로 무엇인가 따로 설정을 해야 하기 때문입니다. 그런데 가상 메모리 기법을 적용하면 시스템의 전체 구조를 다음과 같이 그릴 수 있습니다. 

 

그림 19.4 가상 메모리 기법을 적용한 메모리 시스템의 전체 구조

시스템 소프트웨어 개발자 입장에서는 가상 메모리 범위 내의 가상 주소 처리에만 신경 쓰면 됩니다. 시스템에 어떤 물리 메모리를 탑재했는지 걱정할 필요가 없습니다.