HPC Lab. KOREATECH 채널 OS 강의를 듣고 정리

배우게 된 것

• Address Binding
• Dynamic Loading
• Swapping
• Memory Allocation
• Fragmentation
• Uni-programming
• Multiprogramming

Address Binding

개념

프로그래밍의 논리 주소를 실제 메모리의 물리 주소로 매핑하는 작업

구분

Address Binding은 Binding 시점에 따라서 다음과 같이 구분할 수 있다.

Compile time binding

• 프로세스가 메모리에 적재될 위치를 컴파일러가 알 수 있어야 한다.
• 위치가 변하지 않는다.
• 프로그램 전체가 메모리에 올라가야 한다.

Load time binding

• 컴파일 시점에 메모리 적재 위치를 모르면 대체할 상대 주소를 생성한다.
• 적재 시점에 시작 주소를 반영하여 사용자 코드 상의 주소를 재설정한다.
• 프로그램 전체가 메모리에 올라가야 한다.

Run time binding

• Address binding을 수행시간까지 연기한다.
• 프로세스 수행 도중에 다른 메모리 위치로 이동할 수 있다.
• HW의 도움이 필요하다.
• 대부분의 OS가 채택한 방식이다.

Dynamic loading

• 모든 루틴을 교체 가능한 형태로 디스크에 저장한다.
• 실제 호출 전까지는 루틴을 적재하지 않는다.
  - 메인 프로그램만 메모리에 적재하여 수행한다.
  - 루틴의 호출 시점에 Address binding을 수행한다.
• 메모리 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

Swapping

프로세서 할당이 끝나고 수행 완료된 프로세스는 swap-device로 보내는 Swap-out과 새롭게 시작하는 프로세스를 메모리에 적재하는 Swap-in을 말한다.

Memory Allocation (메모리 할당)

Continuous Memory Allocation (연속할당)

프로세스를 하나의 연속된 메모리 공간에 할당하는 정책 (프로그램, 데이터, 스택 등). 메모리 구성 정책은 Multiprogramming degree, 할당되는 메모리 공간 크기, 메모리 분할 방식 등에 따라 달라진다.

Non-continuous Memory Allocation (비연속할당)

다음 챕터인 가상 메모리 파트에서 다루게 될 것.

Uni-Programming

개념

하나의 프로세스만 메모리 상에 존재한다. 가장 간단한 메모리 관리 기법이다.

문제점과 해결 방법

1. 프로그램의 크기가 메모리보다 큰 경우 메모리에 현재 필요한 영역만 적재하는 Overlay structure를 활용할 수 있다. 다만 이 경우 사용자가 프로그램의 흐름과 자료구조를 완벽하게 이해하고 있어야 한다.

2. 프로그램이 커널영역을 침범할 수 있다. 이 경우에는 경계 레지스터를 활용해 방지하면 된다.

3. 성능과 자원활용률이 낮다. 이에 Multi-programming을 사용한다.

Fixed Partition Multi-programming (FPM)

• 메모리 공간을 미리 고정된 크기로 분할하는 방식
• 각 프로세스를 하나의 Partition에 적재
• Partition의 수가 K개이면, Multiprogramming degree = K
• 메모리 관리가 편하지만 시스템 자원이 낭비될 수 있다.

Fragmentation (단편화)

Internal Fragmentation

할당된 메모리 공간 Partition의 크기가 프로세스의 크기보다 큰 경우 메모리 공간이 낭비된다.

External fragmentation

남은 메모리 크기가 프로세스의 크기보다 큰 경우 메모리 공간이 낭비된다.

Variable Partition Multiprogramming (VPM)

초기에는 메모리 전체를 하나의 영역으로 두고, 프로세스 처리 과정에서 메모리 공간을 동적으로 분할하는 방식

VPM에서의 배치전략

First-fit

충분한 크기를 가진 첫 번째 Partition을 선택한다. 간단하고 비용이 적으나 공간활용률이 떨어질 수 있다.

Best-fit

프로세스가 들어갈 수 있는 Partition 중 가장 작은 영역을 선택한다. 크기가 큰 Partiton을 유지할 수 있다. 그러나 탐색시간이 오래걸리고 작은 크기의 Partition 조각이 많이 발생한다.

Worst-fit

프로세스가 들어갈 수 있는 Partiton 중 가장 큰 영역을 선택한다. 작은 크기의 Partition 조각들이 발생하는 것을 줄일 수 있으나, 큰 크기의 Partition을 확보하기 어렵고 탐색시간도 오래 걸린다.

Next-fit

State table에서 마지막으로 탐색한 위치부터 탐색한다. 메모리 영역의 사용빈도를 균등하게 하며 비용이 적다.

Coalescing holes (공간 통합)

프로세스가 나간 후 인접한 빈 영역을 하나의 Partition으로 통합하는 방식이다. 비용이 적다.

Storage Compaction (메모리 압축)

모든 빈 공간을 하나로 통합한다. 많은 시스템 자원을 소비하고 모든 프로세스를 재배치하기 때문에 비용이 크다. 따라서 프로세스에 필요한 적재공간 확보가 필요할 때 수행해야 한다.