메모리 프로텍션과 쉐도우 페이지 테이블을 이용한 멀티프로세서 메모리 맵 입출력 트레이싱 기법

Abstract

메모리 맵 입출력(Memory-Mapped I/O) Tracing은 입출력 장치와 관련된 문제들을 디버깅하고 분석하는데 효과적인 수단이다. 이는 메모리 맵 입출력 트레이싱을 통해 CPU와 입출력 장치 간의 통신을 관찰하고 추적함으로써 가능하다. 기존의 메모리 맵 입출력 트레이싱 기법은 페이징을 이용하여 구현되었다. 그러나 이 기법은 멀티프로세서 시스템에서 메모리 맵 입출력 이벤트를 누락할 수 있는 단점을 가지고 있다. 이는 현재의 페이징 기법의 구조로 인해 발생하는 문제로서 시스템 내의 다수의 CPU에 의한 동시적 접근 적절하게 처리하지 못함에서 기인한다. 본 논문은 쉐도우 페이지 테이블의 개념을 이용한 새로운 멀티프로세서 메모리 맵 입출력 트레이싱 기법을 제안한다. 쉐도우 페이지 테이블의 활용은 멀티프로세서에 의한 공유자원의 동시 접근을 효과적으로 제어하고, 입출력 이벤트를 누락 없이 기록하는데 목적을 둔다. 입출력 이벤트를 처리하는 CPU와 그 외 CPU가 서로 다른 페이지 테이블을 참조하게 함으로써 경쟁 상태를 해소하고 이벤트 기록 누락 문제를 해결할 수 있음을 보인다. 제안한 기법의 유효성을 증명하기 위해 본 논문에서는 ARM 프로세서에서 구동되는 리눅스상에서 멀티프로세서 메모리 맵 입출력 트레이싱 기법을 구현하고, 실험을 통해 그 결과를 검증한다.

키워드: Memory-Mapped I/O Trace, Memory Protection, Page Fault, Shadow Page Table