[Arm프로세서] MMU를 구성하는 주요 기능

MMU의 주된 역할은 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 일입니다. 그렇다면 MMU는 어떻게 구성돼 있고 어떤 과정으로 가상 주소를 물리 주소로 변환할까요? 다음 그림을 보면서 MMU의 실행 흐름에 대해 알아봅시다.

 
출처: Learn the architecture - AArch64 memory management https://developer.arm.com/documentation/101811/latest/

그림 19.6 MMU를 통해 주소가 변환되는 흐름

프로세스가 가상 주소에 접근하면 먼저 MMU에게 주소가 전달됩니다. MMU는 먼저 TLB(Translation Lookaside Buffer)에 해당 주소에 대한 변환 정보가 있는지 확인합니다. 여기서 TLB는 최근에 사용된 주소 변환 정보를 담고 있는 일종의 캐시입니다. 

만약 가상 주소에 대한 변환 정보가 TLB에 있으면 바로 물리 주소로 변환합니다. 만약 MMU가 TLB 내에 최근에 변환된 테이블 정보를 읽지 못하면 ‘Table Walk Unit’을 통해 메모리로부터 적절한 테이블 엔트리를 읽습니다.

[중요] 캐시에 접근하기 전에 물리 주소로 변환하는 이유

Arm 코어 옆에 캐시가 있는데, 캐시에 접근하려면 먼저 MMU를 통해 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 과정이 완료돼야 합니다. 메인 메모리 주소에 접근하기 전에 캐시에 접근해 메모리 주소가 있는 지 체크하기 때문입니다. 이 같은 과정을 캐시 룩업이라고 합니다.