2. 연속 메모리 할당

메모리 = 2개의 파트로 나눠짐.

높은 메모리 주소 = 운영체제
낮은 메모리 주소 = App.
대부분 이러한 형식을 따른다.

여기에선 사용자 프로세스가 어떻게 할당되는지를 봄.

각 사용자 프로세스는 다음 프로세스가 적재된 영역과 인접한 하나의 메모리 영역에 적재됨.
이 때 어떻게 프로세스가 메모리에 접근할지, 또 할당할지를 보자.

메모리 보호

프로세스가 자신이 소유하지 못한 메모리를 접근할 수 없게 만드는 방법.

이미지에서와 같이 상한 레지스터와 재배치 레지스터를 이용한다.

상한 레지스터 : 논리 주소의 범위를 저장.
재배치 레지스터 : 가장 작은 물리 주소 저장.

CPU 스케줄러가 다음으로 수행할 프로세스를 선택할 때, 디스패처는 문맥 교환의 일환으로 재배치 레지스터와 상한 레지스터에 정확한 값을 적재한다.

CPU에 의해 생성되는 모든 주소는 이 레지스터의 값을 참조.

따라서, 프로그램끼리의 충돌을 방지할 수 있다.

재배치 레지스터의 이점

운영체제의 크기를 맘대로 조절할 수 있다.
ex. 필요할 때만 장치 드라이버의 코드를 적재할 수 있다.

메모리 할당

가변 파티션

프로세스를 메모리의 가변 크기 파티션에 할당.

처음에는 프로세스 5, 8, 2가 적재
프로세스 8 종료 후 하나의 hole이 생김.

hole = 사용 가능한 공간
프로세스 9가 도착 후 할당
프로세스 5 종료
서로 떨어져 있는 2개의 hole이 생김.

프로세스와 할당

프로세스가 시스템에 들어오면, OS는 프로세스의 요구 사항과 현재 메모리를 고려해 공간을 할당.

프로세스가 메모리를 할당받으면, 이후로는 CPU 할당을 위해 경쟁.

메모리가 충분하지 않은 경우 2가지 옵션이 있음.

거부하고 메세지를 보낸다.
대기 큐에 넣는다.

hole 관리

프로세스가 공간을 달라고 할 때, 적절한 hole을 주는 것이 필요하다.

ex. hole > 프로세스의 요구면, hole을 둘로 잘라 하나는 주고 다른 하나는 남겨둠.

이를 동적 메모리 할당 문제라고 함.

이 문제의 해결법은 크게 3가지가 존재.

최초 적합 : 1번째 사용 가능한 hole을 할당. 검색은 시작점이나 지난번 검색이 끝났던 곳에서 새로 시작할 수 있다. 충분히 큰 가용공간을 찾았을 때 검색을 끝낼 수 있다.
최적 적합 : hole 중 가장 작은 것을 택한다. 리스트가 크기 순으로 놓여있지 않으면, 쭉 검색해야 한다.
최악 적합 : hole 중 가장 큰 것을 택한다. 주고 남은 것은 다른 프로세스를 위해 쓸 수 있다. 리스트가 크기 순으로 놓여있지 않으면, 쭉 검색해야 한다.

최초 적합이나 최적 적합이 최악 적합보다는 시간, 메모리 이용 측면에서 좋다.

속도는 최초 적합 < 최적 적합 < 최악 적합 순이라고 생각하면 될 듯.

단편화

외부 단편화

만약 프로세스가 다음과 같이 된다면?

유휴 공간들이 너무 작은 조각들로 분산된 상태. 합치면 충분한 hole이 나온다.

이를 외부 단편화(external fragmentation)라고 한다.

단편화의 크기에 따라 최초 적합 / 최적 적합의 선택 여부가 갈린다.

또, 메모리의 전체 크기와 프로세스 크기들도 외부 단편화에 따라 큰 영향을 미칠 수 있다.

최초 적합의 경우, N개의 블록이 할당되었을 때 0.5N개의 블록이 단편화 때문에 손실됨.
이를 50% 규칙이라고 명명함.

내부 단편화

이러한 외부 단편화를 해결하려고 처음부터 메모리를 쪼개서 분배하는 방식을 고안하기도 한다. 그러나 이 방식은 다음과 같은 단점이 있다.

처음부터 모든 메모리를 2바이트 단위로 쪼개고, 이를 1개의 공간이라고 생각해보자. 만약 어느 한 프로세스가 18001바이트를 요구했다면, 운영체제는 9001개의 공간을 줘야 할 것이다.
이때, 무조건 1바이트가 남게 된다.

이와 같은 현상을 내부 단편화라고 한다.

압축

또 다른 외부 단편화 해결법으로, 모든 가용공간을 한쪽으로 몰아버린다.

그러나 항상 압축이 가능한 것은 아니다.

재배치가 적재 시간에 동적으로 이뤄지는 경우
압축을 하는데 비용이 적당한 경우

그래서 나오는 전략이 페이징이다.

⇒ 한 프로세스의 논리 주소 공간을 여러 개의 비연속적인 공간으로 나눈다.

⇒ 메모리를 쓸 수 있을 때 프로세스를 할당한다.