memory
컴퓨터 구조와 운영체제
운영체제 - 가상 메모리
연속 메모리 할당
프로세스에 연속적인 메모리 공간을 할당하는 방식을 연속 메모리 할당 방식이라고 한다.
이와 같이 프로세스들을 메모리에 연속적으로 할당할 때 무엇을 고려해야 하는지, 어떤 잠재적인 문제가 있는지 알아보자.
스와핑
메모리에 적재된 프로세스들 중에는 현재 실행되지 않는 프로세스가 있을 수 있다.
입출력 작업 대기 상태, 오랫동안 사용되지 않은 프로세스 등
이러한 프로세스들을 임시로 보조기억장치 일부 영역으로 쫓아내고, 그렇게 해서 생긴 메모리의 빈 공간에 또 다른 프로세스를 적재하여 실행하는 방식을 스와핑이라고 한다.
이때 프로세스들이 쫓겨나는 보조기억장치의 일부 영역을 스왑 영역이라고 한다.
그리고 현재 실행되지 않는 프로세스가 메모리에서 스왑 영역으로 옮겨지는 것을 스왑 아웃, 반대로 스왑 영역에 있던 프로세스가 다시 메모리로 옮겨지는 것을 스왑 인이라고 한다.
스왑 아웃되었던 프로세스가 다시 스왑 인될 때는 스왑 아웃되기 전의 물리 주소와 다른 주소에 적재될 수 있다.
스와핑을 사용하면 프로세스들이 요구하는 메모리 주소 공간의 크기가 실제 메모리 크기보다 큰 경우에도 프로세스들을 동시에 실행할 수 있다.
다음 그림처럼 네 개의 프로세스 크기를 합하면 메모리의 크기보다 크지만, 스와핑을 통해 네 개의 프로세스를 동시에 실행할 수 있다.
메모리 할당
프로세스는 메모리 내의 빈 공간에 적재되어야 하는데, 메모리 내에 빈 공간이 여러 개 있다면 프로세스를 어디에 배치해야 할까?
비어 있는 메모리 공간에 프로세스를 연속적으로 할당하는 방식에는 대표적으로 최초 적합, 최적 적합, 최악 적합이 있다.
다음 상황에서 각 방식에 대해 알아보자.
최초 적합
운영체제가 메모리 내의 빈 공간을 순서대로 검색하다가 적재할 수 있는 공간을 발견하면 그 공간에 프로세스를 배치하는 방식
프로세스가 적재될 수 있는 공간을 발견하는 즉시 메모리를 할당하는 방식이므로 검색을 최소화할 수 있고 결과적으로 빠른 할당이 가능하다.
최적 적합
운영체제가 빈 공간을 모두 검색해 본 후, 프로세스가 적재될 수 있는 공간 중 가장 작은 공간에 프로세스를 배치하는 방식
최악 적합
운영체제가 빈 공간을 모두 검색해 본 후, 프로세스가 적재될 수 있는 공간 중 가장 큰 공간에 프로세스를 배치하는 방식
외부 단편화
프로세스를 메모리에 연속적으로 배치하는 연속 메모리 할당은 메모리를 효율적으로 사용하는 방법이 아니다.
연속 메모리 할당은 외부 단편화라는 문제를 내포하고 있기 때문이다.
예를 들어 다음과 같이 네 개의 프로세스를 차례대로 적재했다.
이 상황에서 프로세스 B와 D의 실행이 끝나면 다음과 같아진다.
현재 메모리에 남아 있는 빈 공간의 총합은 50MB이지만, 50MB 크기의 프로세스를 적재할 수 없다. 왜냐하면 빈 공간의 총합은 50MB이지만 어느 빈 공간에도 50MB 크기의 프로세스가 적재될 수 없기 때문이다.
프로세스들이 메모리에 연속적으로 할당되는 환경에서는 프로세스들이 실행되고 종료되기를 반복하며 메모리 사이사이에 빈 공간들이 생긴다.
프로세스 바깥에 생기는 빈 공간들은 분명 빈 공간이지만 그 공간보다 큰 프로세스를 적재하기 어려운 상황을 초래하고, 결국 메모리 낭비로 이어진다. 이러한 현상을 외부 단편화라고 한다.
즉, 외부 단편화는 프로세스를 할당하기 어려울 만큼 작은 메모리 공간들로 인해 메모리가 낭비되는 현상을 의미한다.
외부 단편화를 해결할 수 있는 대표적인 방안으로 메모리를 압축하는 방법이 있다.
메모리 조각 모음이라고도 부르는 압축은 흩어져 있는 빈 공간들을 하나로 모으는 방식으로, 메모리 내에 저장된 프로세스를 적당히 재배치시켜 흩어져 있는 작은 빈 공간들을 하나의 큰 공간으로 만드는 방법이다.
압축 방식의 단점은 작은 빈 공간들을 하나로 모으는 동안 시스템은 하던 일을 중지해야 하고, 메모리에 있는 내용을 옮기는 작업은 많은 오버헤드를 야기한다.
이에 외부 단편화를 없앨 수 있는 또 다른 해결 방안이 등장했는데 가상 메모리 기법, 그 중에서도 페이징 기법이 있다.
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