운영체제 메모리 관리, 프로세스와 메모리, 단일 프로그래밍 환경, 다중 프로그래밍 환경, 메모리 배치기법

1. 프로세스와 메모리 

프로세스의 동작

- 프로세스 카운트(PC)를 참조하여 수행될 명령을 메모리에서 읽어 CPU로 수행하는 것 

 

 

 

기억장치 계층구조

- 적절한 비용으로 높은 성능을 내는 것이 목표 

 

 

 

 

 

메모리 관리

- 메모리 호출: 언제 새로운 프로세스를 메모리에 둘 것인가?

- 메모리 배치: 다음에 실행될 프로세스를 메모리 내의 어느 곳에 둘 것인가?

- 메모리 교체: 메모리가 꽉 찬 상태에서 새로운 프로세스를 메모리에 적재해야 한다면 어떤 프로세스를 제거할 것인가?

- 그외: 고정/동적 분할, 고정/유동 적재영역 등 

 

 

 

 

2. 단일 프로그래밍 환경 

 

하나의 프로세스만 메모리를 전용으로 사용하는 것 

 

프로세스는 하나의 연속된 블록으로 메모리에 할당 -> 연속메모리 할당 

 

문제점 

- 메모리의 용량을 초과하는 프로세스는 실행 못함

- 메모리 낭비 심함: 지속적으로 사용되지 않는 프로세스도 메모리에 계속 적재

- 주변장치 등 자원의 낭비 심함

-> 계산 위주의 사용자 프로세스, 입출력 위주의 사용자 프로세스간의 차이가 다른 점을 고려 못함 

 

 

3. 다중 프로그래밍 환경 

여러 개의 프로세스가 메모리에 동시에 적재되는 것 

 

 

CPU 연산과 입출력을 동시에 함으로써 CPU 이용도와 시스템 처리량 증가 

 

 

 

 

메모리 분할 

- 여러 프로세스를 메모리에 적재하기 위해 고안된 방법

- 하나의 분할에 하나의 프로세스가 적재되는 방식

- 종류: 고정 분할, 동적 분할 

 

 

 

고정 분할 

- 메모리를 여러 개의 고정된 크기의 영역으로 분할

- 프로세스 배치방법 1:

  -> 분할 영역마다 큐를 두고 큐에 들어온 프로세스는 해당 분할영역에만 적재 

  -> 절대 번역 및 적재

  -> 효율성 낮음 

 

 

- 프로세스 배치 방법 2: 

 -> 하나의 큐만 두고 큐에 들어온 프로세스는 어느 분할영역에든 적재 

 -> 재배치 간으 번역 및 적재

  -> 복잡함 

  = 상대주소 

 

 

 

고정분할의 문제점 : 내부 단편화 

- 프로세스의 크기가 적재된 분할영역의 크기보다 작아서 분할영역 내에 남게 되는 메모리 발생

- 수행할 프로세스의 크기를 미리 알고 그에 맞춰 고정 분할을 해야 함 

- 현실적이지 못함 

 

 

 

동적 분할 

- 메모리의 분할 경계가 고정되지 않음

- 각 프로세스에 필요한 만큼의 메모리만 할당 

 

 

 

동적 분할의 문제: 외부 단편화

- 메모리의 할당과 반환이 반복됨에 따라 작은 크기의 공백이 메모리 공간에 흩어져 생김 

- 해결 방법: 통합, 집약 

 

 

통합: 인접된 공백을 더 큰 하나의 공백으로 만들어 외부 단편화 해결 

 

 

집약: 메모리 내의 모든 공백을 하나로 모아 외부 단편화 해결 

 

 

 

 

메모리 보호

- 프로세스가 다른 할당영역을 침범하지 않게 하는 것

- 하한-상한 또는 하한-크기 레지스터 쌍으로 제한 

- 이 제한을 넘어 운영체제를 호출하려면 시스템 호출 이용 

 

 

 

4. 메모리 배치기법 

 

 

 

동적 분할 다중 프로그래밍에서 새로 반입된 프로그램이나 데이터를 메모리의 어느 위치에 배치할 것인가를 결정 

프로세스 35MB가 들어왔을 때 어디에 배치할 것인가? 

 

종류

- 최초적합

- 후속적합

- 최적적합

- 최악적합 

 

 

최초 적합 

- 프로세스가 적재될 수 있는 빈공간 중에서 가장 먼저 발견되는 곳을 할당 

 

후속적합

- 최초 적합의 변형으로 이전에 탐색이 끝난 그 다음 부분부터 시작하여 사용 가능한 빈 공간 중에서 가장 먼저 발견되는 곳을 할당 

 

최적 적합

- 필요한 공간을 제공할 수 있는 빈 공간 중 가장 작은 곳을 선택하여 할당

- 큰 빈 공간을 최대한 많이 남겨 놓기 위한 방법 

 

최악 적합

- 필요한 공간을 제공할 수 있는 빈 공간 중 가장 큰 곳을 선택하여 할당

- 작은 자투리가 남아 사용되지 못하는 공간이 발생하는 것을 최소화하기 위한 방법 

 

 

 

 

 

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참고자료: 운영체제(김진욱, 이인복 공저, KNOU press 출판)