CPU는 레지스터가 지시하는대로 메모리에 접근하여 다음에 수행할 명령어를 가져오며 명령어 수행 시 메모리에 필요한 데이터가 없으면 해당 데이터를 우선 가져오도록 함
메모리 관리를 위해서는 Swapping 기법을 사용해 CPU 할당 시간이 끝난 프로세스의 메모리를 보조 기억장치로 내보내고 다른 프로세스의 메모리를 불러들이도록 함
swap-in : 주기억장치(RAM)으로 불러오는 과정
swap-out : 보조 기억장치로 내보내는 과정
MMU(메모리 관리 장치)는 한정된 메모리 공간을 사용하여 더 많은 메모리를 제공하기 위해, 가상 주소에서 실제 데이터가 담겨 있는 곳에 접근하기 위한 논리 주소를 물리 주소로 변환해주며 자신의 공간에만 접근하도록 메모리 보호나 캐시 관리 등 CPU가 메모리에 접근하는 것을 총 관리
base 레지스터는 메모리상의 프로세스 시작주소를 물리 주소로 저장, limit 레지스터는 프로세스의 사이즈를 저장
또한 메인 메모리의 직접 접근은 비효율적이므로, CPU와 메인 메모리 속도를 맞추기 위해 캐시가 존재함
실제 메모리의 사이즈보다 더 큰 사이즈의 메모리를 프로세스에 할당하는 메모리 과할당을 막기 위해 페이징 기법과 같은 메모리 관리 기법을 통해 가상 메모리를 이용해서 사용자가 눈치 채지 못하도록 메모리를 할당해주게 됨
단편화란?
기억 장치의 빈 공간 또는 자료가 여러 조각으로 나뉘는 현상
프로세스들이 메모리에 적재되고 제거되는 일이 반복되다보면 프로세스들이 차지하는 메모리 틈 사이에 사용하지 못할 만큼의 작은 자유공간들이 늘어나게 됨
단편화(외부 단편화)를 해소하기 위해 프로세스가 사용하는 공간들을 한쪽으로 몰아, 자유공간을 확보는 압축이 존재
외부 단편화 : 메모리 공간 중 사용하지 못하게 되는 일부분
메모리 사이사이 남는 공간들을 모두 합치면 충분한 공간이 되는 부분들이 분산되어 있을 때 발생
내부 단편화 : 프로세스가 사용하는 메모리 공간에 포함된 남는 부분
내부 단편화외부 단편화
메모리 관리 기법
연속 메모리 관리 : 프로그램 전체가 하나의 커다란 공간에 연속적으로 할당되어야 함
고정 분할 기법 : 주기억장치가 고정된 파이션으로 분할되므로 내부 단편화 발생
동적 분할 기법 : 파티션들이 동적 생성되며 자신의 크기와 같은 파티션에 적재되므로 외부 단편화 발생
불연속 메모리 관리 : 프로그램의 일부가 서로 다른 주소 공간에 할당될 수 있음
페이징 : 고정 사이즈(고정 크기)의 작은 프로세스 조각인 페이지가 할당되게 됨
세그먼테이션 : 서로 다른 크기(가변 크기)를 가진 논리적 블록인 세그먼트가 할당되게 됨
페이징이란?
하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리 방법
물리 메모리는 프레임이라는 고정 크기로 분리되어 있고, 논리 메모리는 페이지라고 불리는 고정 크기의 블록으로 분리됨
단순 페이징 : 각 프로세스는 프레임들과 같은 길이를 가진 균등 페이지로 나뉘게 되어 소량의 내부 단편화만 발생
가상 메모리 페이징 : 복잡한 메모리 관리로 오버헤드가 발생하지만 프로세스 페이지 전부를 로드시킬 필요 없음
논리 메모리는 물리 메모리에 저장될 때, 연속되어 저장될 필요가 없이 남는 프레임에 적절히 배치되어 외부 단편화를 해결
하나의 프로세스가 사용하는 공간은 여러 개의 페이지로 나뉘어서 관리되고, 개별 페이지는 순서에 상관없이 물리 메모리에 있는 프레임에 맵핑되어 저장되게 됨
프로세스를 정상적으로 사용하기 위해 MMU의 페이지 테이블을 사용해 각 페이지의 실제 주소로 변경
메모리상에서 여러 곳에 흩어진 프로세스를 수행하기 위해 MMU를 통해 논리 주소와 물리 주소를 나누어 사용
세그먼테이션이란?
하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리 방법
논리 메모리와 물리 메모리를 같은 크기 블록이 아닌, 서로 다른 크기의 논리적 단위인 세그먼트로 분할하여 내부 단편화를 해결
단순 세그먼테이션 : 각 프로세스는 여러 세그먼트들로 나뉘게 되어 메모리 사용 효율이 개선되지만 외부 단편화가 발생
가상 메모리 세그먼테이션 : 복잡한 메모리 관리로 오버헤드가 발생하지만 필요하지 않은 세그먼트들은 로드시킬 필요 없음
세그먼트 테이블에는 각 세그먼트의 시작 물리 주소(base)와 세그먼트의 길이(limit)를 저장
프로세스를 정상적으로 사용하기 위해 MMU의 세그먼트 테이블을 사용해 각 페이지의 실제 주소로 변경
메모리상에서 여러 곳에 흩어진 프로세스를 수행하기 위해 MMU를 통해 논리 주소와 물리 주소를 나누어 사용
