메모리 관리 전략

메모리 관리

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각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 갖고, OS 혹은 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근할 수 없다. 단지, OS만이 운영체제 메모리 영역과 사용자 메모리 영역의 접근에 제약을 받지 않는다.

 

연속 메모리 관리

• 프로그램 천제가 메모리에 연속적으로 할당하는 기법.
  • 고정 분할 기법 : 메모리가 고정된 파티션으로 분할하는 방법.(내부 단편화)
  • 동적 분할 기법 : 파티션들이 동적 생성되면 자신의 크기와 같은 파티션에 적재(외부 단편환)

불연속 메모리 관리

• 프로그램의 일부가 서로 다른 주소 공간에 할당될 수 있는 기법.
• 페이지 : 프로세스를 고정된 크기의 작은 블록으로 나누었을 때 , 해당 블록을 페이지라고 함.
• 프레임 :  페이지의 크기와 같은 주기억 장치 메모리 블록(실제 주소)
• 세그먼트 : 서로 다른 크기의 논리적 단위

 

Swapping : 메모리의 관리를 위해 사용되는 기법. 표준 Swapping 방식으로는 round-robin과 같은 스케줄링의 다중 프로그래밍 환경에서 CPU 할당 시간이 끝난 프로세스의 메모리를 보조 기억장치(e.g 하드디스크)로 내보내고 다른 프로세스의 메모리를 불러 들일 수 있다.

주 기억장치(RAM)으로 불러오는 과정을 swap-in, 보조 기억장치로 내보내는 과정을 swap-out 이라 한다. swap에는 큰 디스크 전송시간이 필요하기 때문에 현재에는 메모리 공간이 부족할 때 Swapping 이 시작된다.

 

단편화(Fragmentation) : 프로세스들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되다보면, 프로세스들이 차지하는 메모리 틈 사이에 사용 하지 못할 만큼의 작은 자유공간들이 늘어나게 되는데, 이것이 단편화이다. 

 

• 외부 단편화
  • 메모리 공간 중 사용하지 못하게 되는 일부분. 물리 메모리(RAM)에서 사이사이 남는 공간들을 모두 합치면 충분한 공간이 되는 부분들이 분산되어 있을 때 발생.
• 내부 단편화
  • 프로세스가 사용하는 메모리 공간보다 적게 사용하는 경우에 발생.
• ※ 압축 : 외부 단편화를 해소하기 위해 프로세스가 사용하는 공간들을 한쪽으로 몰아, 자유공간을 확보하는 방법론
  • 작업 효율이 좋지 못하다.
    • Scattered Holes 합치는 과정에서 메모리에 적재된 프로세스를 중지시키고 한쪽으로 이동시키는 작업이 필요하다.
    • 어느 공간을 기준으로 모을지 결정하는 알고리즘 또한 모호하다.

 

페이징

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• 하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리 방법.
• 외부 단편화와 압축 작업을 해소하기 위해 생긴 방법론으로, 물리 메모리는 Frame이라는 고정 크기로 분리되어 있으며, 논리 메모리(프로세스 점유)는 페이지라 불리는 고정 크기의 블록으로 분리된다.(페이지 교체 알고리즘 내포되어 있음)
• 페이징 기법을 사용함으로써 논리 메모리는 물리 메모리에 저장될 때, 연속되어 저장될 필요가 없고 물리 메모리의 남는 프레임에 적절히 배치됨으로 외부 단편화를 해결할 수 있는 큰 장점이 있다.
• 하나의 프로세스가 사용하는 공간은 여러개의 페이지로 나뉘어서 관리되고(논리 메모리 영역), 개별 페이지는 순서에 상관없이 물리 메모리에 있는 프레임에 mapping되어 저장된다.

단점

• 내부 단편화 문제가 자주 발생한다.
  • 페이지의 크기가 1024B이고 프로세스 A가 3,172B의 메모리를 요구한다면 3개의 페이지 프레임(1024*3=3072)을 할당받고 100B가 비게 되기 때문에 총 4개의 페이지가 필요하다. 4번째 프레임은 924B가 남게 되어 내부 단편화가 발생하게 된다.

 

 

 

세그먼트

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페이징에서 처럼 논리 메모리와 물리 메모리를 같은 크기의 블록이 아닌, 서로 다른 크기의 논리적 단위인 세그먼트로 분할하여 사용자가 두 개의 주소로 지정(세그먼트 번호+변위)하고 세그먼트 테이블에는 각 세그먼트의 기준(세그먼트의 시작 물리주소와) 한계(세그먼트 길이)를 저장한다.

 

단점

• 서로 다른 크기의 세그먼트들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되다 보면, 자유 공간들이 많은 수의 작은 조각들로 나누어져 못 쓰게 되는 외부 단편화 문제가 발생 할 수 있다.