07 OS - 메모리관리

1. 메모리관리

1. 메모리 관리자

• 역할: 프로세스에 메모리를 할당, 해제하고 보호하는 운영체제 내 모듈
• 협업 대상: 운영체제의 메모리 관리 모듈 + 하드웨어(메모리 관리 장치, MMU)
• 주요 정책
  • 적재 정책 (Loading Policy): 디스크에서 메모리로 프로세스를 언제 반입할지 결정
  • 배치 정책 (Placement Policy): 메모리 내 어떤 위치에 프로세스를 적재할지 결정
  • 대치 정책 (Replacement Policy): 메모리가 부족할 때 어떤 프로세스를 제거할지 결정

2. 메모리구조와 매핑

• 논리 주소 (Logical Address): 프로그래머가 사용하는 가상의 주소 공간
• 물리 주소 (Physical Address): 실제 메모리 칩 내 주소 공간
• 바인딩 (Binding): 논리 주소를 물리 주소로 변환하는 작업
  • 컴파일 시간 바인딩: 컴파일 시점에 모든 주소 결정, 실행 중 변경 불가
  • 적재 시간 바인딩: 컴파일 시 상대 주소만 남기고, 적재 시점에 물리 주소로 결정
  • 실행 시간 바인딩: 실행 중에 주소 변환 (주로 MMU가 수행)

3. 메모리 관리 기법

• 동적 적재 (Dynamic Loading)
  • 프로세스 전체가 아니라, 필요한 코드/데이터만 실행 시점에 메모리에 적재
  • 메모리 사용 효율 증대, 실행 속도 개선 가능
• 중첩 (오버레이, Overlay)
  • 공통 영역은 항상 메모리에 유지
  • 필수적이지 않은 영역들은 한정된 메모리 공간에 덮어 씌우면서 번갈아 적재
  • 메모리가 극히 제한된 환경에서 사용
• 스와핑 (Swapping)
  • 프로세스 전체 단위로 메모리와 보조기억장치(디스크) 사이를 이동
  • 메모리가 부족할 때 비활성 프로세스를 디스크로 내리고, 필요한 프로세스를 메모리에 올림
• 연속 메모리 할당 (Contiguous Allocation)
  • 프로세스에 필요한 메모리를 하나의 연속된 블록으로 할당
  • 단순하고 빠르지만, 외부 단편화 문제가 발생할 수 있음
• 분산 메모리 할당 (Non-contiguous Allocation)
  • 프로세스 메모리를 여러 개의 분리된 블록으로 나누어 할당
  • 외부 단편화 문제를 줄이고 유연성 높음, 주소 변환이 필요함

2. 연속 메모리 할당 🔖

구분	단일 프로그래밍 환경	다중 프로그래밍 환경
개념	하나의 프로세스만 메모리를 독점 사용	여러 프로세스가 메모리를 나누어 연속 공간 할당
메모리 할당 방식	프로세스 전체를 연속된 메모리 공간에 할당	각 프로세스에 연속된 메모리 블록을 할당
장점	구조 단순, 관리 용이, 빠른 메모리 접근	CPU 및 자원 활용 효율 증대
단점	메모리 활용률 낮음, 다중 프로그래밍 불가	외부 단편화 문제, 관리 복잡도 증가
단편화 문제	거의 없음	외부 단편화 발생 가능
운영체제 적용 예시	초기 단일 작업 시스템 (예: 초기 MS-DOS)	초기 다중 프로그래밍 시스템
관리 필요성	낮음	높음 (메모리 할당/해제 빈번)

3. 분산메모리할당 🔖

1. 페이징

• 프로세스를 고정 크기의 페이지 단위로 나누고, 물리 메모리를 동일한 크기의 프레임(Frame)으로 나눈 뒤, 각 페이지를 아무 위치의 프레임에 적재하는 방식.

항목	내용
단위	페이지 (Page), 프레임 (Frame) – 크기 고정
메모리 위치	연속되지 않아도 됨 (분산되어 있음)
테이블	페이지 테이블 (Page Table)로 논리주소 → 물리주소 매핑
장점	외부 단편화 없음, 메모리 활용도 높음
단점	내부 단편화 존재 가능 (페이지보다 작은 단위는 못 채움), 주소변환에 오버헤드
예시	프로세스가 10KB고 페이지가 4KB면 → 3페이지로 나눔 → 메모리에서 3개의 아무 프레임에 배치

2. 세그먼테이션

• 프로세스를 의미 있는 논리 단위(세그먼트로 나누고, 각 세그먼트를 메모리의 아무 위치에 적재하는 방식. (함수, 배열, 스택 등 구조에 따라 나눔)

항목	내용
단위	세그먼트 (Segment) – 크기 가변
메모리 위치	연속되지 않아도 됨 (분산됨)
테이블	세그먼트 테이블 (Segment Table)로 논리주소 → 물리주소 매핑
장점	구조적으로 의미 있는 분할, 모듈화 쉬움
단점	외부 단편화 발생 가능 (가변 크기), 주소 계산 복잡
예시	코드 영역, 데이터 영역, 스택을 각각 다른 위치에 적재

3. 페이징과 세그먼테이션

구분	페이징 (Paging)	세그먼테이션 (Segmentation)
분할 단위	고정 크기 페이지	가변 크기 세그먼트
단편화	내부 단편화	외부 단편화
테이블	페이지 테이블	세그먼트 테이블
주소 구성	페이지 번호 + 오프셋	세그먼트 번호 + 오프셋
장점	메모리 활용도 좋음	논리적 구조 반영 가능
단점	논리구조 무시	외부 단편화 발생 가능