메모리 관리 기법
메모리 관리 기법은 크게 연속 메모리 관리와 불연속 메모리 관리로 나뉜다.
연속 메모리 기법
- 프로그램 전체가 메모리에 연속적으로 할당되어야 하는 관리 기법
- 고정 분할 기법 : 메모리가 고정된 파티션으로 분할, 내부 단편화 발생
- 동적 분할 기법 : 파티션들이 동적 생성, 자신의 크기와 같은 파티션에 적재, 외부 단편화 발생
불연속 메모리 관리
- 프로그램의 일부가 서로 다른 주소 공간에 할당될 수 있는 기법
- Page : 프로세스를 고정된 크기의 작은 블록들로 나눴을 대, 그 블록들을 페이지라 함
- Frame : 페이지 크기와 같은 주 기억장치 메모리 블록
- Segment : 서로 다른 크기의 논리적 단위
가상 메모리 (Virtual Mememory)
- 실제 메모리 크기와 관계 없이 메모리를 사용할 수 있도록 가상 메모리 주소를 사용하는 것
- 프로세스의 일부분만 메모리에 로드하고 나머지는 보조 기억 장치 (가상 메모리 공간) 에 둔다
- MMU 를 통해 논리 주소, 물리 주소를 나누어 사용하여 CPU를 속임!
- MMU = 가상 주소를 실제 메모리 주소로 변환해주는 장치
장점
- 실제 메모리 (RAM) 보다 더 큰 공간을 사용
- 가상의 주소를 사용해 논리적인 연속성을 제공
- 물리 메모리의 주소 공간을 몰라도 됨
Memory Fragmentation (메모리 단편화)
컴퓨터에서 어떤 프로그램을 실행할 때, 메모리의 공간을 연속적인 형태로 할당하여 사용하게 된다. 이렇메 프로그램이 메모리에 할당되고, 해제되고, 다시 새로운 프로그램이 할당되고, 해제되고를 반복하다보면
메모리 공간이 조각조각 나뉘게 되어 실제로는 사용가능한 메모리가 충분히 존재하지만 할당이 불가능한 상태가 발생하게 된다.
이를 메모리 단편화 (Memory Fragmentation) 라 하고, 내부 단편화와 외부 단편화가 존재한다.
내부 단편화
- 메모리를 할당할 때 프로세스가 필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당되어서 프로세스에서 사용하는 메모리 공간이 낭비되는 상황
- ex) 만약 어떠한 프로그램에 OS 가 5MB 만큼의 메모리를 할당하였지만 실제로는 1MB 만큼의 메모리를 사용하고 있을 경우 -> 4MB 만큼 내부 단편화 발생
외부 단편화
- 메모리가 할당되고 해제되는 작업이 반복적으로 일어날 때
- 할당된 메모리와 메모리 사이에 중간중간 사용하지 않는 작은 메모리가 생김
- 총 메모리 공간을 충분하지만 실제로는 할당할 수 없는 상황 발생
- -> 외부 단편화
Memory Fragmentation 해결 방법
이러한 메모리 단편화 해결 방법으로 페이징과 세그멘테이션을 알아보자.
Paging
- 프로세스는 페이지로 나누어지고, 물리 메모리는 프레임으로 나뉘어짐
- 페이지 테이블에는 각 페이지 번호와 해당 페이지가 할당된 프레임의 시작 물리 주소를 저장
- CPU는 논리 주소로 프로그램이 설정한대로 연속적인 주소값으로 명령을 내리고 이는 메모리로 가기전에 각 페이지의 실제 메모리 주소가 저장되어 있는 테이블에서 물리 주소로 변경
- 만약 프로세스가 프레임의 정수배보다 살짝 작다면 할당된 마지막 프레임은 전부 사용되지 않고 남아버리는 내부 단편화가 발생 (페이지가 클수록 내부 단편화 커짐)
- 가상 메모리 사용
Segmentation
- 사용자/프로그래머 관점의 메모리 관리 기법
- Segment : 페이지 같은 개념이지만, 프로세스를 논리적 내용을 기반으로 나눠서 메모리에 배치
- 프로세스를 Code, Data, Stack으로 나누는 것 역시 세그멘테이션!
- 세그먼트 테이블은 세그먼트 번호와 시작 주소(base), 세그먼트 크기(limit)를 엔트리로 가짐
- 가상 메모리 사용
- CPU에서 해당 세그먼트의 크기를 넘어서는 주소가 들어오면 인터럽트가 발생해서 해당 프로세스를 강제로 종료
Paging 과 Segmentation 차이
- paging 은 고정 크기를 가짐
- segmentation 은 가변 크기를 가짐
- paging은 내부 단편화 발생 가능, segmentation 은 외부 단편화 발생 가능
Paging 과 Segmentation 을 사용하는 이유
- Memory Fragmentation 해결하기 위한 방법
- 다중 프로그래밍 시스템에서 여러 프로세스를 수용하기 위해 주기억장치를 동적 분할하는 메모리 관리 기법이 필요함
Reference
주니어 개발자까지 ☄️☄️