메모리(기억장치) 관리

1. 메모리 관리 전략

프로그램이나 데이터를 주기억장치에 적재시키는 시기, 적재 위치 등을 지정하여 한정된 주기억장치의 공간을 효율적으로 사용하기 위한 것이다.

 

1) 반입(Fetch) 전략

보조기억장치에 보관 중인 프로그램이나 데이터를 언제 주기억장치로 적재할 것인지

• 요구(Demand) 반입: 참조를 요구할 때 적재
• 예상(Anticipatory) 반입: 미리 예상하여 적재

 

2) 배치(Placement) 전략

새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지

• 최초 적합(First Fit): 메모리의 처음부터 검사해서 크기가 충분한 첫 번째 메모리에 할당
• 최적 적합(Best Fit): 단편화를 가장 작게 남기는 메모리에 할당
• 최악 적합(Worst Fit): 단편화를 가장 많이 남기는 메모리에 할당
• Next fit : 마지막으로 참조한 메모리 공간에서부터 탐색을 시작해 크기가 충분한 메모리에 할당

 

3) 교체(Replacement) 전략

이미 사용되고 있는 영역 중에서 어느 영역을 교체하여 사용할 것인지

 

2. 주기억장치 할당 기법

프로그램이나 데이터를 실행시키기 위해 주기억장치에 어떻게 할당할 것인지에 대한 내용이다.

 

1) 연속 할당 기법

프로그램을 주기억장치에 연속으로 할당하는 기법으로 단일 분할 할당 기법(Swapping), 다중 분할 할당 기법(고정/동적 분할 할당 기법)이 있다.

 

Swapping

하나의 프로그램 전체를 주기억장치에 할당하여 사용하다 필요에 따라 다른 프로그램과 교체하는 기법이다.

• 메모리의 관리를 위해 사용되는 기법으로 가상 기억장치의 페이징 기법으로 발전되었다.
• 다중 프로그래밍 환경에서 CPU 할당 시간이 끝난 프로세스의 메모리를 보조 기억장치로 내보내고 다른 프로세스의 메모리를 불러 들일 수 있다.

 

2) 분산 할당 기법

프로그램을 특정 단위의 조각으로 나누어 주기억장치 내에 분산하여 할당하는 기법으로 페이징과 세그먼테이션이 있다. 현재의 가상 기억장치 구현 기법으로 발전되었다.

 

3. 가상 기억장치 구현 기법

가상 기억장치(논리 메모리)는 보조 기억장치의 일부를 주기억장치(물리 메모리)처럼 사용하는 것으로 용량이 작은 주기억장치를 마치 큰 용량을 가진 것처럼 사용하는 기법이다.

• 프로그램을 여러 개의 작은 블록 단위로 나누어서 보조 기억장치에 보관해 놓고 프로그램 실행 시 요구되는 블록만 주기억장치에 불연속적으로 할당하여 처리한다.
• 가상 기억장치의 주소를 주기억장치의 주소로 바꾸는 주소 변환 작업(Mapping)이 필요하다.
• 연속 할당 방식에서 발생할 수 있는 단편화를 해결할 수 있고 많은 프로그램을 동시에 실행할 수 있다. 이에 따라 응답 시간은 유지되고 CPU 이용률과 처리율은 높아진다.

 

1) 단편화(Fragmentation)

프로세스들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복할 때 프로세스들이 차지하는 메모리 틈 사이에 사용하지 못하는 작은 빈 공간들이 늘어나게 되는 것이다.

• 내부 단편화: 프로세스가 사용하는 메모리 공간에 포함된 남는 부분으로 메모리 분할 자유 공간이 10,000B 있고 프로세스가 9,998B를 사용하게 되면 2B라는 차이가 존재하는데 이것을 내부 단편화라 한다.
• 외부 단편화: 메모리 공간 중 사용하지 못하게 되는 일부분으로 메모리에서 분산된 공간들을 합치면 충분한 공간이 될 때 발생한다.
• 압축: 외부 단편화를 해소하기 위해 프로세스가 사용하는 공간들을 한쪽으로 몰아 자유 공간을 확보하는 방법

 

2) 페이징(Paging)

가상 기억장치에 보관되어 있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 나눠진 프로그램(페이지)을 동일하게 나눠진 주기억장치(페이지 프레임)의 영역에 적재시켜 실행하는 기법이다.

• 외부 단편화는 해결 가능하나 내부 단편화가 발생할 수 있다.

 

3) 세그먼테이션(Segmentation)

가상 기억 장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적 단위인 세그먼트로 나눈 후 주기억장치에 적재시켜 실행하는 기법이다.

• 각 세그먼트는 고유한 이름과 크기를 갖는다.
• 내부 단편화는 해결 가능하나 외부 단편화가 발생할 수 있다.

 

4. 페이지 교체

1) 요구 페이징(Damand Paging)

프로세스를 페이지 단위로 나누고 CPU가 처리하는데 필요한 페이지만 즉, 요구되는 페이지만 메모리에 적재하는 것이다. 가상 기억장치 기법에서 많이 사용되며 한 번도 접근되지 않은 페이지는 물리 메모리에 적재되지 않아서 시간 낭비와 메모리 낭비를 줄일 수 있다.

 

2) 페이지 교체

프로세스 동작에 필요한 페이지를 요청하는 과정에서 페이지 부재(page fault)가 발생하게 되면 원하는 페이지를 보조 기억장치에서 가져온다. 이때 주기억장치의 페이지 프레임이 모두 사용 중이라면 페이지 교체가 이루어진다.

• 페이지 크기, 구역성, 워킹 셋 등으로 페이지 부재를 줄일 수 있다.

 

3) 페이지 교제 알고리즘

어떤 페이지 프레임을 선택하여 교체할 것인지를 결정하는 기법이다.

• FIFO(First In First Out): 가장 먼저 들어온 페이지를 교체하는 방식으로 이해하기 쉽고 설계가 간단하다.
• 최적(Optimal): 앞으로 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지를 교체하는 방식으로 가장 낮은 페이지 부재율을 보장하지만 구현이 어렵다.
• LRU(Least Recently Used): 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체하는 방식
• LFU(Least Frequently Used): 참조 횟수가 가장 적은 페이지를 교체하는 방식으로 활발하게 사용되는 페이지는 참조 횟수가 많아질 거라는 가정에서 만들어졌다.