메모리 할당과 단편화
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메모리는 메모리에 상주하는 운영체제를 위한 것과 사용자 프로세스를 위한 것으로 나뉘는데, 메인 메모리는 운영체제뿐만 아니라 여러 사용자의 프로세스도 수용해야 한다. 따라서 메모리의 각 영영은 목적에 맞게 효율적으로 관리되어야 한다.
컴퓨터를 사용하면 여러 프로그램을 동시에 사용하는데 이것을 멀티 프로그래밍 환경이라고 함
이런 환경에서 여러 프로세스가 동시에 메모리에 올라와 있는 것이 바람직하기 때문에 메모리에 올라오기 위해 입력 큐에서 기다리는 프로세스들에게 메모리를 얼만큼씩 할당하는 것이 좋은지 생각해야 함
메모리 할당은 연속 메모리 할당과 비연속 메모리 할당으로 나뉨
메모리에서 사용되지 않는 일부 프로세스를 보조기억장치로 내보내고 실행할 프로세스를 메모리로 들여보내는 메모리 관리 기법
스왑 영역(swap space) : 프로세스들이 쫓겨나는 보조기억장치의 일부 영역
스왑 아웃(swap-out) : 현재 실행되지 않는 프로세스가 메모리에서 스왑 영역으로 옮겨지는 것
스왑 인(swap-in) : 스왑 영역에 있던 프로세스가 다시 메모리로 옮겨오는 것
스왑아웃 된 프로세스가 다시 스왑 인될 때는 스왑 아웃되기 전의 물리주소와 다른 주소에 적재 될 수 있음
스와핑을 이용하면 프로세스들이 요구하는 메모리 주소 공간의 크기가 실제 메모리 크기보다 큰 경우에도 프로세스들을 동시 실행 할 수 있음
RAM에서 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져 사용 가능한 메모리가 충분히 존재하지만 할당(사용)이 불가능한 상태를 메모리 단편화가 발생했다고 한다.
프로그램의 크기보다 분할의 크기가 더 큰 경우, 프로세스가 사용하는 메모리 공간 중 남는 부분이 발생하는 현상
하나의 분할 내부에 사용되지 않는 메모리 조각이 생기는 현상
하나의 분할 공간에는 하나의 프로세스만 들어가기 때문(고정 분할 방식 특징)에 다른 프로그램이 들어갈 수 없고, 이는 결국 메모리 낭비로 이어짐
프로그램의 크기보다 분할의 크기가 작은 경우, 분할이 비어있음에도 프로그램을 적재하지 못하는 현상
프로세스를 할당하기 어려울 만큼 작은 메모리 공간들로 인해 메모리가 낭비되는 현상
메모리가 할당되고 해제되는 작업이 반복적으로 일어날 때, 할당된 메모리 사이 중간중간 마다 사용하지 않는 작은 공간이 생김
이때 작은 메모리들의 합인 총 메모리 공간은 충분하지만, 실제 할당 가능한 공간은 부족하여 할당할 수 없는 상황
프로세스를 메모리에 올릴 때 주소 공간을 메모리의 한 곳에 연속적으로 적재하는 방식으로, 물리적 메모리를 다수의 분할로 나누어 하나의 분할에 하나의 프로세스가 적재되도록 함
고정 분할(내부단편화) 방식
물리적 메모리를 정해진 개수만큼의 영구적인 분할로 미리 나누어두고 각 분할에 하나의 프로세스를 적재하는 방식
분할의 크기는 모두 동일할 수도 있고 다를 수도 있음
동시에 메모리에 올릴 수 있는 프로그램의 수가 고정되어 있고, 수행 가능한 프로그램의 최대 크기 또한 제한됨
내부단편화와 외부단편화 모두 발생
가변/동적 분할(외부단변화) 방식
메모리에 적재되는 프로그램의 크기에 따라 분할의 크기, 개수가 동적으로 변하는 방식
프로그램의 크기를 고려해서 메모리를 할당하고 이를 기술적으로 관리할 수 있는 기법이 필요(동적 메모리 할당 문제)
프로세스에 딱 맞게 메모리 공간을 사용하기 때문에 내부 단편화 발생 x
메모리에 새로운 프로세스를 올릴 공간이 충분하지 않으면 외부 단편화 발생 o
남은 메모리 공간 중에 프로세스를 어디에 올려야하는지 결정한다. 성능 : 최초, 최적 모두 시간 및 공간 효율성 측면에서 최악보다 좋다.
운영체제가 메모리 내의 빈 공간을 순서대로 검색하다 적재할 수 있는 공간을 발견하면 그 공간에 프로세스를 배치하는 방식
검색을 최소화 할 수 있다
시간적 측면에서 효율적이다
빠른 할당이 가능하다
운영제체가 빈 공간을 모두 검색해 본 후, 프로세스가 적재될 수 있는 공간중에서 가장 작은(가장 크기가 비슷한)공간에 프로세스를 배치하는 방법
내부 단편화를 최소화하는 공간에 배치
공간에 대한 목록이 그 공간의 크기 순서대로 정렬되어 있지 않다면, 최적인 곳을 찾기 위해 전체를 검색해야한다. = 시간적 오버헤드를 발생한다
외부 단편화를 초래, 메모리 집약 횟수를 증가시킨다
공간적인 측면에서 효율적이다
운영체제가 빈 공간을 모두 검색 해 본 후, 가장 큰 공간에 프로세스를 배치하는 방법
최적 적합과 마찬가지로, 크기 순서대로 정렬되어 있지 않다면 전체를 검색한다. = 오버헤드 발생
최악적합은 가장 큰 공백에 배치하는 전략이므로, 큰 가용 공간에 프로그램을 할당하기 때문에 남은 공간도 여전히 크므로 다른 프로그램이 실행이 가능하다.
프로세스를 메모리에 올릴 때, 주소 공간을 물리 메모리의 여러 영역에 분산하여 적재하는 방식
가변(동적) 분할 방식 모두 결국에는 외부 단편화 문제가 발생하게 됨
어느 공간에 넣든 결국에는 자투리 공간이 생기기 때문에
불연속 메모리 할당 기법으로 외부 단편화 문제를 해결할 수 있음
페이징(paging)과 세그먼테이션(segmentation) 참고
