[운영체제] 메모리 관리

• 프로세스와 메모리
  • 프로세스의 동작
    • 프로그램 카운터를 참조하여 메모리로부터 수행될 명령을 읽어 CPU의 해당 명령을 수행
• 기억장치 계층구조
  • 적절한 비용으로 높은 성능을 낼 수 있도록 계층적으로 구성
    • CPU(레지스터 <-> 캐시 기억장치 <-> 메모리 <-> 보조기억장치
    • CPU쪽으로 갈수록 접근속도가 빠름, 비트당 기억장치 비용이 높음
    • 보조기억장치쪽으로 갈수록 대용량
• 메모리 관리
  • 메모리 호출
    • 언제 새로운 프로세스를 메모리에 둘 것인가?
  • 메모리 배치
    • 실행될 프로세스를 메모리 내의 어느 곳에 둘 것인가?
  • 메모리 교체
    • 메모리가 꽉 찬 상태에서 새로운 프로세스를 적재해야 한다면 어떤 프로세스를 제거할 것인가?
  • 그 외
    • 메모리를 고정 분할할 것인가 동적 분할할 것인가?
    • 프로세스의 적재 영역이 고정적인가 유동적인가?
• 단일 프로그래밍 환경
  • 초기의 시스템
    • 오직 하나의 프로세스만 메모리를 전용으로 사용
    • 프로세스는 하나의 연속된 블록으로 메모리에 할당(연속 메모리 할당)
  • 문제점
    • 메모리의 용량을 초과하는 프로세스는 실행 불가
    • 메모리 낭비
      • 당장 사용되지 않는 프로세스의 영역도 계속 적재
    • 자원의 낭비
      • 계산 위주의 사용자 프로그램
• 다중 프로그래밍 환경
  • 다중 프로그래밍(멀티프로그래밍)
    • 여러 개의 프로세스가 메모리에 동시에 적재되는 것
    • CPU연산과 입출력을 동시에 함으로써 CPU이용도와 시스템 처리량 증가
  • 메모리 분할
    • 여러 프로세스를 메모리에 적재하기 위하여 고안된 방법
    • 하나의 분할에 하나의 프로세스가 적재
    • 고정 분할
      • 메모리를 여러 개의 고정된 크기의 영역으로 분할
      • 프로세스 배치 방법 1 
        • 분할1(5MB), 분할2(20MB), 분할3(100MB)...
        • 분할 영역마다 큐를 두고 큐에 들어온 프로세스는 해당 분할 영역에만 적재
        • 절대 번역 및 적재
        • 효율성 낮음
      • 프로세스 배치 방법 2
        • 하나의 큐만 두고 큐에 들어온 프로세스는 어느 분할 영역에든 적재
        • 재배치 가능 번역 및 적재
        • 복잡함
      • 문제점: 내부 단편화
        • 프로세스의 크기가 적재된 분할 영역의 크기보다 작아서 분할 영역 내에 남게 되는 메모리는 낭비됨
        • 프로세스의 크기를 미리 알고 그에 맞춰 고정 분할을 해야함
        • 현실적이지 못함
    • 동적 분할
      
      • 메모리의 분할 경계가 고정되지 않음
      • 각 프로세스에게 필요한 만큼의 메모리만을 할당
      • 문제점: 외부 단편화
        • 메모리의 할당과 반환이 반복됨에 따라 작은 크기의 공백이 메모리 공간에 흩어져 생김
      • 메모리 분할
        • 외부 단편화 해결 방법
          • 통합: 일접된 공백을 더 큰 하나의 공백으로 만듦
          • 집약: 메모리 내의 모든 공백을 하나로 모음
      • 메모리 보호
        • 여러 프로세스가 동시에 메모리에 상주하므로 프로세스가 다른 할당영역을 침범하지 않게 하는 것
        • CPU에 하한과 상한 레지스터를 줌
  • 메모리 배치
    • 메모리 배치기법
      • 새로 반입된 프로그램이나 데이터를 메모리의 어느 위치에 배치할 것인가를 결정
      • 최초 적합
        • 프로세스가 적재될 수 있는 빈 공간 중에서 가장 먼저 발견되는 곳을 할당
      • 후속 적합
        • 최초 적합의 변형으로 이전에 탐색이 끝난 그 다음 부분부터 시작
      • 최적 적합
        • 필요한 공간을 제공할 수 있는 빈 공간 중에서 가장 작은 곳을 선택하여 할당
      • 최악 적합
        • 필요한 공간을 제공할 수 있는 빈 공간 중에서 가장 큰 곳을 선택하여 할당