14-01 연속 메모리 할당

• 연속 메모리 할당:
  • 프로세스에 연속적인 메모리 공간을 할당

스와핑

스와핑

• 스와핑(swapping):
  • 현재 사용되지 않는 프로세스들을 보조기억장치의 일부 영역으로 쫒아내고 그렇게 해서 생긴 빈 공간에 새 프로세스를 적재한다.
    • 스왑 영역(swap space):
      • 프로세스들이 쫒겨나는 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
    • 스왑 아웃되었던 프로세스가 다시 스왑 인될 때는 스왑 아웃되기 전의 물리 주소와는 다른 주소에 적재될 수 있다.
  • 스와핑 이점:
    • 프로세스들이 요구하는 메모리 공간 크기가 실제 메모리 크기보다 큰 경우에도 프로세스들을 동시에 실행할 수 있다는 이점이 있다.

<aside> 💡 스왑 영역 확인하기

• 유닉스와 리눅스, macOS 에서는 free, top 명령어 등을 통해 스왑 영역의 크기를 확인할 수 있다.
• 스왑 영역의 크기와 사용 여부는 사용자가 임의로 설정할 수 있다. </aside>

메모리 할당

• 프로세스는 메모리의 빈 공간에 할당되어야 하는데 빈 공간이 여러 개 있을 때 프로세스를 어디에 배치해야 할지 결정하는 방식은 크게 세 가지가 있다.
  • 최초 적합(first fit):
    • 운영체제가 메모리 내의 빈 공간을 순서대로 검색하다 적재할 수 있는 공간을 발견하면 그 공간에 프로세스를 배치하는 방식
    • 이점:
      • 프로세스가 적재될 수 있는 공간을 발견하는 즉시 메모리를 할당하는 방식이므로 검색을 최소화할 수 있고 결과적으로 빠른 할당이 가능하다.
  • 최적 적합(best fit):
    • 운영체제가 빈 공간을 모두 검색해본 뒤, 적재 가능한 가장 작은 공간에 할당하는 방식
  • 최악 접합(worst fit):
    • 운영체제가 빈 공간을 모두 검색해본 뒤, 적재 가능한 가장 큰 공간에 할당하는 방식
  • 프로세스를 연속적으로 메모리에 할당하는 방식은 메모리를 효율적으로 사용하는 방법이 아니다.
    • 외부 단편화 라는 문제가 발생하기 때문

외부 단편화

• 외부 단편화(external fragmentation):
  • 프로세스들이 실행되고 종료되길 반복하며 메모리 사이 사이에 빈 공간이 발생, 프로세스를 할당하기 어려울 만큼 작은 메모리 공간들로 인해 메모리가 낭비되는 현상
  • 외부 단편화 해결:
    • 1. 메모리 압축(memory compaction):
      • 여기저기 흩어져 있는 빈 공간들을 하나로 모으는 방식이다.
      • 프로세스를 적당히 재배치시켜 흩어져 있는 작은 빈 공간들을 하나의 큰 빈 공간으로 만드는 방법이다.
      • 단점:
        1. 작은 빈 공간들을 하나로 모으는 동안 시스템은 하던 일을 중지해야 한다.
        2. 메모리에 있는 내용을 옮기는 작업은 많은 오버헤드를 야기한다.
        3. 어떤 프로세스를 어떻게 움직여야 오버헤드를 최소화하며 압축할 수 있는지에 대한 명확한 방법을 결정하기 어렵다.
    • 2. 페이징 기법:
      • 위에 입력한 메모리 압축의 단점들로 인해 외부 단편화를 없앨 수 있는 또 다른 해결방안이 등장하는데 오늘날까지도 사용되는 가상 메모리 기법 중 하나이다.

14-02 페이징을 통한 가상 메모리 관리

• 가상 메모리(virtual memory):
  • 실행하고자 하는 프로그램을 일부만 메모리에 적재하여 실제 물리 메모리 크기보다 더 큰 프로세스를 실행할 수 있게 하는 기술이다.
  • 가상 메모리 관리 기법에는 크게 페이징과 세그멘테이션이 있다.

페이징이란

• 외부 단편화가 발생했던 근본적인 문제는 각기 다른 크기의 프로세스가 메모리에 연속적으로 할당되었기 때문이다.
• 페이징(paging):
  • 프로세스를 일정 크기로 자르고, 이를 메모리에 불연속적으로 할당함으로써 외부 단편화를 해결한다.
  1. 프로세스의 논리 주소 공간을 페이지(page)라는 일정 단위로 자르고,
  2. 메모리의 물리 주소 공간을 프레임(frame)이라는 페이지와 동일한 일정한 단위로 자른 뒤
  3. 페이지를 프레임에 할당하는 가상 메모리 관리 기법이다.