운영체제 메모리 관리란?

메모리의 정의

메인 메모리, RAM을 뜻한다.

프로그램 실행 시 피룡한 주소, 정보들을 저장하고 가져다 사용할 수 있게 만드는 공간. 즉, 작업을 위해 사용되는 공간

 

메모리 관리의 필요성

각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 갖고, 운영체제 혹은 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근할 수 없는 제한이 걸려있다.

단지, 운영체제 만이 운영체제 메모리 영역과 상요자 메모리 영역의 접근에 제약을 받지 않기 때문에 운영체제에서 메모리를 관리한다.

또한 멀티프로그래밍 환경으로 변화하면서 한정된 메모리를 효율적으로 사용해야 했고, 운영체제가 이를 어떻게 관리하는지에 대한 관리방법이 중요해졌다.

 

운영체제의 역할

실행파일이 로더에 의해 메모리에 올라오고 운영체제는 이 실행파일을 메모리에 어느 부분에 올릴지 결정한다.

 

Swapping

메모리 관리를 위해 사용되는 기법

간단히 말해서 메모리에 적재되어 있으나 현재 사용되지 않고 있는 프로세스를 관리하는 역할.

표준 Swapping 방식으로는 round-robin 과 같은 스케줄링의 다중 프로그래밍 환경에서 CPU 할당 시간이 끝난 프로세스의 메모리를 backing store(보조기억장치 , e.g 하드디스크)로 내보내고 다른 프로세스의 메모리를 불러 들일 수 있다..

 

단편화란

: 메모리 공간이 작은조각으로 나뉘어 사용 가능한 메모리가 충분히 졵내하지만 할당(사용)이 불가능한 상태

 

1. 내부 단편화

2. 외부 단편화

 

메모리 관리 방법

 

1. 연속 메모리 할당 :

프로세스를 메모리에 연속적으로 할당하는 기법

 

특징 : 할당과 제거를반복하다 보면 Scattered Holes가 생겨나고 이로 인한 외부 단편화가 발생

 

a. 최초 적합 (First Fit) 

- 가장 처음 만나는 빈 메모리 공간에 할당

 

b. 최적 적합 (Best Fit)

- 빈 메모리 공간으 ㅣ크기와 프로세스의 크기 차이가 가장 적은 곳에 할당

 

c. 최악 적합 (Worst Fit)

- 빈 메모리 공간의 크기와 프로세스의 크기 차이가 가장 큰 곳에 프로세스를 할당

 

2. 페이징 :

하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리 방법이다. 

외부 단편화와 압축 작업을 해소하기 위해 생긴 방법론으로, 물리메모리는 Frame이라는 고정 크기로 분리되어 있고, 논리 메모리는 페이지라 불리는 고정 크기의 블록으로 분리된다.

 

특징 :

논리 메모리는 물리 메로리에 저장될 때, 연속되어 저장될 필요가 없고 물리 메모리으 ㅣ남는 프레인에 적절히 배치된으로 외부 단편화를 해결할 수 있는 장점

 

단점 : 

내부 단편화 문제의 비중이 늘어나게 된다.

 

3. 세그멘테이션(Segmentation) - 가상메모리 사용

페이징에서처럼 논리 메모리와 물리메모리를 같은 크기의 블록이 아닌, 서로 다른 크기의 논리적 단위인 세그먼트로 분할.

사용자가 두 개의 주소로 지정, 세그먼트 테이블에는 각 세그먼트의 기준과 한계를 저장

 

특징 : 

내부 단편화 해결 / 외부 단편화 존재

 

단점 : 

서로 다른 크기의 세그먼트들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되다 보면, 자유 공간들이 많은 수의 작은 조각들로 나누어져 못 쓰게 될 수도 있다.

 

4. 메모리 풀 : 

필요한 메모리 공간을 필요한 크기, 개수 만큼 사용자가 직접 지정하여 미리 할당받아 놓고 필요할 때마다 사용하고 반납하는 기법

 

특징 :

미리 공간을 할당해놓고 가져다 쓰고 반납하기 때문에 할당과 해제로 인한 외부 단편하가 발생하지 않는다.

또한 필요한 크기만큼 할당을 해놓기 때문에 내부 단편화 또한 생기지 않는다.

 

단점 :

메모리 단편화로 인한 메모리 낭비량보다 메모리 풀을 만들었지만 쓰지 않았을 때 메모리 양이 커질 경우 사용하지 않아야 한다.

 

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참조 : 

https://technote-mezza.tistory.com/92

 

https://daeun28.github.io/%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0%EA%B3%B5%ED%95%99-%EC%8A%A4%ED%84%B0%EB%94%94/post18/

 

https://jinhyy.tistory.com/33