[OS] 메모리 관리 기법

메모리 관리 기법

여러개의 프로그램을 동시에 실행하기 위해서는 메모리에 여러 프로세스를 적재해야 한다.
이를 위해 메모리를 분할하여 관리하는 작업인 메모리 관리 기법이 등장했다.

메모리 관리 기법 종류 2가지

1. 연속 할당 기법
   1. 하나의 프로세스를 메모리에 연속적으로 할당하는 기법
   2. ex) 고정 분할 방식, 가변 분할 방식
2. 불연속 할당 기법
   1. 프로세스의 주소 공간을 나누어서 메모리에 불연속적으로 할당하는 기법
   2. ex) 페이징, 세그멘테이션

연속 할당 기법

고정 분할 방식

1. 물리 메모리를 고정된 크기의 파티션으로 나누고, 하나의 파티션당 하나의 프로세스를 할당한다.

2. 장점
   • 구현이 단순하다.
3. 단점
   • 내부 단편화 발생 가능
   • 외부 단편화 발생 가능

가변 분할 방식

1. 물리 메모리를 프로세스의 사이즈에 맞게 가변적으로 나누어 할당한다.

2. 장점
   • 내부 단편화가 발생하지 않는다.
     왜냐하면 항상 프로세스의 사이즈에 맞게 메모리가 할당되기 때문이다.
3. 단점
   • 외부 단편화가 발생 가능

불연속 할당 기법

페이지

1. 정의
   • 프로세스의 주소 공간을 고정 크기의 페이지로 나누고, 메인 메모리도 페이지와 같은 크기의 프레임으로 나눈다.
   • 페이지단위로 메모리에 불연속적으로 할당한다.
   • 페이지 단위로 메모리에 올리거나, backing storage에 내려놓는다.
2. 장점

   • 외부 단편화가 발생하지 않는다.
     메모리와 프로세스가 같은 사이즈로 나뉘기 때문이다.

   • 따라서 메모리 compaction 작업을 할 필요가 없다.

   • dynamic storage allocation 문제가 사라진다.
     💡 dynamic storage allocation = 가변 분할 방식에서 프로세스의 크기에 알맞는 가용 공간을 찾는 문제

3. 단점

   • 내부 단편화 발생할 수 있다.
     모든 프로세스의 사이즈가 페이지 크기의 배수가 아니다.
     따라서 마지막 페이지는 프레임 사이즈보다 작을 수 있다.
     해결법: 페이지 사이즈를 작게 만들면 된다.

   • 주소 변환이 복잡해진다.
     b) 프로세스가 메모리에 연속적으로 올라가는 것이 아니므로, 페이지 단위로 메모리에 올라간 위치가 다르기 때문에, 주소 변환을 페이지단위로 해주어야 한다.

세그멘테이션

1. 정의
   • 프로그램을 의미 단위인 세그먼트로 나누어, 세그먼트 단위로 메모리에 불연속적으로 적재하는 방식
   • 여기서 의미단위란 일반적으로 프로세스의 주소 공간에서 코드 영역, 데이터 영역, 스택 영역 의미
     • 각각의 함수를 세그먼트로 만들어서 세그먼트 수를 증가시킬 수 있다.
   • 세그 먼트 단위로 주소 변환을 해준다.
2. 장점
   • 내부 단편화가 없다.
3. 단점
   • dynamic storage allocation problem이 발생한다.
     b) 세그멘트는 의미단위이기 때문에, 각 세그먼트 사이즈는 서로 다르기 때문이다.
   • 외부 단편화 발생할 수 있다.
     프로세스가 실행되면서 세그먼트가 메모리에 적재되고 해제되는 상황이 반복되며, 할당된 메모리 사이에 세그먼트보다 작아서 상요하지 못하는 메모리가 발생할 수 있다.