물리 메모리 관리

물리메모리 관리

1. 메모리 주소

1Byte 단위로 나뉨
보통 0번지부터 시작
메모리에 있는 내용을 가져오거나 작업 결과를 메모리에 저장하기 위해 메모리 주소 레지스터를 사용

2. 메모리 관리의 복잡성

폰 노이만 구조 컴퓨터에서 유일한 작업공간
- 모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행 가능
일괄처리 시스템
- 한번에 하나의 프로그램만 실행
- 메모리 관리가 단순
시분할 시스템
- 운영체제를 포함한 모든 응용 프로그램이 모두 메모리에 올라감
- 관리가 복잡

메모리 관리의 이중성

프로세스 입장에서는 메모리를 독차지하려 함
메모리 관리자 입장에서는 되도록 관리를 효율적으로 하고싶어함

3. 언어 번역 프로그램의 종류

컴파일러 : 소스코드를 컴퓨터가 실행할 수 있는 기계어로 번역한 후 한꺼번에 실행
인터프리터 : 소스코드를 한 행씩 번역하며 실행

컴파일러의 목적

오류 발견
코드 최적화

컴파일러와 인터프리터의 차이

컴파일 과정

소스코드 작성 및 컴파일
- 에러찾기와 최적화
목적 코드 (기계어), 라이브러리 연결
동적 라이브러리를 포함하여 최종 실행
- 기존 라이브러리는 내부 함수가 변경되면 재컴파일 해야함
- 동적 라이브러리는 실행시에 포함되므로 재컴파일 필요 없음 (., SO)

3. 메모리 관리자

메모리 관리를 담당하는 하드웨어
어떠한 프로세스가, 어떤 위치의 메모리에 올려져야 할지, 어디 재배치할지 할지 결정

메모리 관리자의 작업 및 정책

가져오기 작업/정책
- 프로세스와 데이터를 메모리로 가져오는 작업
- 프로세스가 필요로 하는 데이터를 언제 메모리로 가져올지 정책으로 결정
배치 작업/정책
- 가져온 프로세스와 데이터를 메모리의 어떤 부분에 올릴지 정책을 통해 결정
재배치 작업/정책
- 꽉 차 있는 메모리에 새로운 프로세스를 가져오기 위해 오래된 프로세스를 내보냄
- 이 때 어떤 프로세스를 내보낼 지 정책을 통해 결정

물리 주소 공간, 논리 주소 공간

물리 주소 공간
- 하드웨어 입장에서 바라본 주소 공간.
- 컴퓨터마다 크기가 다름
논리 주소 공간
- 사용자 입장에서 바라본 주소 공간

단순 메모리 구조

일괄 처리 시스템에서 사용
메모리를 운영체제 영역, 사용자 영역 두개로 나누어 관리
사용자 프로세스는 운영체제 영역을 피해 메모리에 적재
사용자 프로세스를 메모리에 올릴 때 메모리의 최상위 **(.)**부터 적재
- 그러나 메모리를 거꾸로 사용하기 위해 주소를 변경하는것은 복잡해 잘 사용안함

경계 레지스터

운영체제 영역과 사용자 영역 경계 지점의 주소를 가진 레지스터 (.)
CPU 내에 있는 경계 레지스터가 사용자 영역이 운영체제 영역으로 침범하는 것을 막아줌
메모리 관리자는 사용자가 작업을 요청할 때 마다 경계 레지스터의 값을 벗어나는지 검사
- 경계 레지스터를 벗어나는 작업을 요청하는 프로세스가 있다면 그 프로세스를 종료

절대 주소

실제 물리 주소

상대 주소

사용자 영역이 시작되는 번지를 0번지로 변경해 사용
사용자 프로세스 입장에서 바라본 주소
절대 주소와 관계없이 항상 0번지부터 시작

절대 주소와 상대 주소의 차이

상대 주소를 절대 주소로 변환하는 과정

메모리 접근 시 상대 주소를 사용하면 결과적으로 절대 주소로 변환됨
상대 주소값 + 재배치 레지스터값 = 절대 주소
재배치 레지스터
- 주소 변환의 기본이 되는 주소값을 가진 레지스터
- 메모리에서 사용자 영역의 시작 주소값이 저장됨

4. 메모리 오버레이

프로그램의 크기가 실제 메모리보다 클 때, 전체 프로그램을 메모리에 가져오는 대신 적당한 크기로 잘라서 가져오는 기법

작동 방식

프로그램이 실행되면 필요한 모듈만 메모리에 올라옴
한정된 메모리에서 메모리보다 더 큰 프로그램 실행 가능
프로그램 전체가 아닌 일부만 메모리에 올라와도 실행 가능

5. 스왑 영역

메모리가 모자라서 쫓겨난 프로세스를 저장장치의 특별한 공간에 모아두는 영역
저장장치는 장소만 빌려주고 메모리 관리자가 관리하는 영역
사용자는 실제 메모리 + 스왑 영역의 크기를 합쳐 전체 메모리로 인식

스왑인

스왑 영역에서 메모리로 데이터를 가져오는 작업

스왑아웃

메모리에서 스왑 영역으로 데이터를 내보내는 작업

6. 메모리 분할 방식

메모리에 여러 개의 프로세스를 배치하는 법

가변 분할 방식

프로세스의 크기에 따라 메모리를 나누는 것
연속 메모리 할당
장점
- 프로세스를 한 덩어리, 연속적으로 처리해 처리가 쉬움
단점
- 프로세스 하나가 종료되면 중간에 비어있는 메모리 처리 등 메모리 관리가 복잡

고정 분할 방식

프로세스의 크기와 상관없이 메모리를 같은 크기로 나누는 것
비연속 메모리 할당
장점
- 메모리를 일정한 크기로 나눠 관리하기에 메모리 관리 수월
단점
- 메모리 낭비가 일어날 수 있음

가변 분할 방식의 자리 배정

대기중인 프로세스가 들어갈 수 있을만한 자리가 반드시 나야함

가변 분할 방식과 외부 단편화

가변 분할 방식에서 발생할 수 밖에 없는 중간의 작은 빈 공간을 외부 단편화라고 함

외부 단편화 해결법

메모리 배치 방식 최적화
- 최초 배치
  - 프로세스를 메모리에 배치할 때 메모리에서 적재 가능한 공간을 순서대로 검색하여 첫번째로 발견한 공간에 프로세스를 배치
  - 빈 공간을 모두 확인할 필요 없음
- 최적 배치
  - 메모리의 빈 공간을 모두 확인한 후 적당한 크기 가운데 가장 작은 공간에 배치
  - 빈 공간을 모두 확인해야 함
    - 그러나 딱 맞는 공간을 찾을 경우 단편화 발생하지 않을 수 있다.
    - 딱 맞는 공간이 없을 때는 작은 조각을 만들수밖에 없음
- 최악 배치
  - 빈 공간을 모두 확인한 후 가장 큰 공간에 프로세스를 배치
  - 빈 공간을 모두 확인해야 함
    - 프로세스를 배치하고 남는 공간이 크기 때문에 쓸모가 있음
    - 빈 공간의 크기가 클 때는 효과적이지만 점점 줄어들수록 작은 조각을 만들 수 밖에 없음
조각 모음
- 과정
  1. 프로세스의 동작을 멈춤
  2. 프로세스를 적당한 위치로 이동 (프로세스의 상대 주소값 변경)
  3. 작업을 마친 후 프로세스 다시 시작
- 현재 실행중인 프로세스를 종료하고 메모리를 옮겨야 하므로 실제로는 사용 잘 안함