메모리 관리

Goal

• 메모리 관리가 필요한 이유를 파악한다.
• 주소 바인딩(Address Binding)에 대해 파악한다.
  • Compile Time Binding
  • Load Time Binding
  • Run Time Binding
    • MMU
• 연속 메모리 할당(Contiguous allocation)에 대해 파악한다.
• 단편화(Fragmentation)에 대해 파악한다.
  • 내부 단편화 , 외부 단편화
• 단편화 해결 방법에 대해 파악한다.
  • 연속 메모리 할당
  • 메모리 압축(Compaction) : First fit , Best Fit , Worst Fit
  • Paging
  • Segmentation

메모리 관리

각 프로세스는 독립된 메모리 공간을 갖는다는 것을 배웠다.
따라서, Multi Programming 환경에서 한정된 메모리 공간을 효율적으로 사용하는 것이 중요하다.

주소 바인딩 (Address Binding)

• Binding : 논리적 주소와 물리적 주소를 mapping 하는 것
  - 논리적 주소 : CPU에 의해 생성된 가상 주소
  - 물리적 주소 : 논리적 주소에 대응되는 메모리 공간에서의 위치
  

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Compile Time Binding

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• Compile Time Binding : 메모리 주소가 compile 시에 결정된다.
  즉, 논리적 주소가 곧 물리적 주소가 된다.
• 단점 : 현재 컴퓨터 상황을 파악하지 않고 물리적 주소를 사용하게 되면,
  다른 프로세스가 할당되기 어려울 수 있다.

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Load Time Binding

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• Load Time Binding : 프로세스가 실행될 때, 로딩되는 위치에 따라 물리적 주소가 결정된다.
• 단점 : 실행 시마다 mapping을 하게되면, 메모리를 로딩할 때 시간이 오래 걸린다.

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Run Time Binding

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• Run Time Binding : 실행 후에도 물리적 주소가 변경될 수 있다.
  CPU가 주소를 참조할때마다, mapping table을 확인해 binding한다.
  이때, 코드 명령어를 저장하는 segment 계산은 MMU가 담당한다.
  
  
• MMU (Memory Management Unit) :
  논리적 주소를 물리적 주소로 변환해주는 하드웨어 장치이다.
  기준 Register(relocation register , limit register)의 값과 논리적 주소의 연산을 통해 binding한다.
  

연속 메모리 할당 (Contiguous allocation)

논리적 주소가 연속적이면, 물리적 주소도 연속적으로 할당한다.

• 밑에서 설명할 Fragmentation 문제를 낳게된다.

단편화 (Fragmentation)

• Fragmentation : 메모리 상에 공간이 남아있음에도, 공간이 흩어져있어 새로운 프로세스가 할당될 수 없는 상태
• 내부 단편화 : 남은 메모리 공간이 너무 작아 새로운 프로세스를 할당할 수 없는 상태
  
• 외부 단편화 : 메모리가 해제되어 빈 메모리 공간이 있음에도, 새로운 프로세스를 할당할 수 없는 상태
  

단편화 해결 방법

메모리 압축 (Compaction)

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• Compaction : 메모리의 빈 공간을 연속적인 공간으로 만든다.
  
  • 최초 적합(First fit) : 가장 먼저 발견한 공간에 메모리를 배치한다.
  • 최고 적합(Best fit) : 빈 공간의 크기와 프로세스의 크기의 차가 가장 적은 곳에 배치한다.
  • 최악 적합(Worst fit) : 빈 공간의 크기와 프로세스의 크기의 차가 가장 큰 곳에 배치한다.
• 단점 : 메모리를 이동하는 과정에서 오버헤드가 일어날 가능성이 높다.

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Paging

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• Paging : 메모리 공간이 연속적일 필요는 없다는 생각에 기인하여,
  논리적 주소는 page, 물리적 주소는 frame으로 쪼개어 mapping 한다.
  이때, page와 frame은 크기가 동일하다.
  
• 단점 : 내부 단편화가 증가한다.

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Segmentation

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• Segmentation : 논리적 주소와 물리적 주소를 서로 다른 크기의 segment로 분할하여,
  segment table의 변수(Base : 시작 위치,Limit : segment 길이)를 참조해 mapping 한다.
  
• 단점 : 외부 단편화가 증가한다.

✨오늘 내용은 여기까지✨

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• 수평적 확장 vs 수직적 확장
• 관찰 가능성을 고려한 확장

참고 자료

https://resilient-923.tistory.com/381
https://resilient-923.tistory.com/390