메모리 관리의 개요

• KB vs GB 의 경우 속도 차이가 크지만, GB vs GB의 경우 속도 차이가 그리 크지 않다.

  (일정 메모리 크기 이상을 넘어가면 속도 차이가 크게 나지 않는다.)

(1) 메모리 이해하기

• 메모리 구조는 1 byte 단위로 나뉜다. → 1 byte 영역을 주소로 구분
• CPU의 레지스터 보다 메모리에 접근하는 속도가 몇 배 이상 느리다.
• 이러한 속도 차이를 극복하기 위해 CPU에 캐시를 두어 메모리의 일정 부분을 미리 가져와(prefetch) 작업한다. 또는 하드디스크나 SSD 저장장치를 메인메모리의 보조 장치로 활용한다.
• 계층적 메모리 구조

(2) 메모리 관리의 이중성

• OS 및 응용프로그램 작업을 동시 처리할 때 메모리를 어떻게 관리할까
• 메모리 관리 시스템(MMU) : 복잡한 메모리 관리를 담당한다.
• 메모리 관리의 이중성 :
  • 프로세스 입장에선 메모리를 독차지 하려 하고
  • 메모리 관리자 입장에선 관리를 효율적으로 하고 싶어한다. (여러 프로세스에 공간 할당)

(3) 소스코드의 번역과 실행

• 소스코드의 변역 방식
  • 저급 언어 : 기계어와 어셈블리어
  • 고급 언어 : C언어, 자바
  • 언어 번역 프로그램 : 고급언어 → 기계어로 번역
    • 컴파일러 : 소스코드를 기계어로 번역한 뒤 한 번에 실행
    • 인터프리터 : 소스코드를 한 행씩 번역하며 실행
• 컴파일러 방식
  • 목적
    • 오류 발견
    • 소스 코드 최적화
  • 과정
    • 목적 코드 : 오류 발견하고 소스 코드를 최적화한 후의 코드 (기계어 - 바이너리, 초벌 번역상태)
    • 최종 실행 파일
      • 동적 라이브러리를 사용하여, 필요한 함수를 삽입하도록 한다.

(4) 메모리 관리 작업

• 가져오기(fetch) : 실행 프로세스와 데이터를 메모리로 가져온다.
• 배치(placement) : 가져온 프로세스와 데이터를 메모리의 어떤 부분에 넣을지 결정한다.
  • 페이징 : 메모리를 같은 크기를 자라 배치
  • 세그먼테이션 : 메모리를 프로세스 크기에 따라 배치
• 재배치(replacement) : 꽉 찬 메모리에 새 프로세스 가져오기 위해 오래된 프로세스 내보내기
  • 교체 알고리즘 : 자주 사용하는 프로세스는 두고 안 쓰는 것만 교체하도록 해 시스템 성능을 높이게 하는 알고리즘

메모리 주소

(1) 32bit CPU와 64bit CPU의 차이

• CPU가 한 번에 처리할 수 있는 최대량을 의미한다.
• 32bit CPU의 경우, 레지스터 크기가 32bit, 산술논리 연산장치도 32bit 처리 가능, 데이터 전송 버스 크기(대역폭)도 32bit
• 32bit는 메모리를 최대 4GB, 64bit는 두 배인 8GB를 쓸 수 있다.

(2) 논리 주소와 물리 주소

• 물리 주소 : 실제 메모리 주소. 하드웨어 입장에서 바라본 주소
• 논리 주소 : 사용자 입장에서 바라본 주소 (= 가상 주소)
• MMU : 논리 주소를 물리 주소로 변환한다.
  • ex. A 프로세스가 논리주소 40번지 데이터 요청 → CPU가 MMU에 40번지 내용 가져오라 명령 → MMU는 재배치 레지스터를 통해 메모리 400번지에 저장된 데이터 가져옴

단일 프로그래밍 환경의 메모리 할당

(1) 메모리 오버레이

: 프로그램 크기가 실제 물리 메모리 보다 클 때, 적당한 크기로 잘라서 가져오는 기법 : 프로그램을 몇 개의 모듈로 나누고, 필요할 때마다 모듈을 메모리에 가져와 사용 rf. 프로그램 카운터(PC) : 어느 위치의 모듈을 가져올지 결정

(2) 스왑

 : 메모리가 모자라 쫓겨난 프로세스를 저장장치의 스왑 영역에 모아둔다.
   - 스왑인 : 스왑 영역에서 메모리로 데이터를 가져오는 것
   - 스왑아웃 : 메모리에서 스왑 영역으로 데이터를 내보내는 것
 : 메모리 관리자(MMU)가 관리한다.

다중 프로그래밍 환경의 메모리 할당

(1) 메모리 분할 방식

• 가변 분할 방식 : 프로세스 크기에 따라 메모리를 나눔 (= 연속 메모리 할당)

  • 한 프로세스가 메모리에 연속된 공간에 배치된다.

    * 정해진 크기가 없어 연속적으로 배치
     A 프로세스 크기 30KB | B 프로세스 40KB
    

  • 장점 : 한 프로세스를 연속된 공간에 배치

  • 단점 : 관리가 복잡

• 고정 분할 방식 : 프로세스 크기와 관계 없이 메모리를 같은 크기로 나눔 (= 비연속 메모리 할당)
  • 모든 프로세스가 정해진 크기로 나뉘기 때문에, 아래와 같은 일 발생
    • 정해진 크기가 20KB인 경우 A 프로세스 크기 30KB, B 프로세스 크기 40KB A 20KB | B 20KB | A 10KB + 빈공간 | B 20 KB
  • 장점 : 관리가 편함
  • 단점 : 한 프로세스가 여러 곳으로 나뉜다.

(2) 가변 분할 방식의 메모리 관리

• 가변 분할 방식의 특징
  • = 세그먼테이션 메모리 관리 기법
  • 외부 단편화 : 조각이 프로세스 바깥쪽에 위치하는 경우
    • 단편화 : 빈 공간이 생기는 것, 조각 : 빈 공간
    • 프로세스 A ~ E가 실행되다 B,D가 종료되면 메모리 중간이 비게 된다.
    • 해결 방법 :
      • 메모리 배치 방식(작은 조각 안 생기게 메모리 배치) - 선처리
      • 조각 모음(작은 조각을 모아 하나의 큰 덩어리로 만드는 작업) - 후처리

(3) 고정 분할 방식의 메모리 관리

• 고정 분할 방식의 특징
  • = 페이징 메모리 관리 기법
  • 내부 단편화 : 일정한 크기로 나뉜 파티션 안쪽으로 작은 조각이 발생하는 경우
    • 페이지 20KB, 프로세스 A 30KB → 20 KB , 10 KB (10KB가 남음)
    • 메모리 배치나 조각 모음이 불가하다.
    • 따라서, 페이지 크기를 잘 나누는 게 중요하다.

(4) 버디 시스템 : 가변 분할 방식과 고정 분할 방식의 중간

분할 컴파일과 메모리 관리

(1) 분할 컴파일

(2) 변수와 메모리 할당