운영체제 8장 - 메모리 관리 : 스와핑과 메모리 할당

8.2 스와핑(Swapping)

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• 실행을 계속할 수 없는 프로세스를 메모리에서 예비 저장 장치(backing store)로 내보내고(swap out),
  실행할 수 있는 프로세스를 가져옴(swap in)
  • 장점 : 모든 프로세스의 물리적 크기의 합보다 물리적 메모리 크기가 작아도 사용 모두 실행 가능함
• Dispatcher : 다음 프로세스가 메모리, 예비 저장장치 어디에 있는지 확인
• 스와핑 동작

1. CPU 스케줄러가 ready queue에서 다음 프로세스를 결정하고 Dispatcher를 호출
2. Dispatcher는 다음 프로세스가 어디에 있는지 확인
	2-1. 메모리에 없고 여유 메모리 영역이 없다면,    
		메모리에 있는 한 프로세스를 내보내고, 원하는 프로세스를 메모리로 불러오기
	2-2. 메모리에 없지만, 여유 메모리 영역이 있다면,   
		원하는 프로세스를 메모리로 불러오기
3. Dispacher는 context switching을 수행

• 기본 스와핑, 변형된 스와핑 등 다양한 스와핑 방법 존재

8.3 연속(Contiguous) 메모리 할당

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• 주 메모리는 두 부분으로 구분됨
  • 상주 운영체제용
    • 인터럽트 벡터를 포함하는 위치 사용
    • 대개 하위 메모리에 위치
  • 사용자 프로세스용
    • 대개 상위 메모리에 위치
• 프로세스 메모리 할당 방법 : 연속 메모리 할당, 비연속 메모리 할당

메모리 맵핑과 보호

• 재배치 레지스터 방법
  • 메모리 관리 장치(Memory management unit : MMU)
    • 다음 두 레지스터를 사용하여 메모리 주소 맵핑
    • 재배치(relocation) register : 프로세스가 배치된 물리적 주소의 시작 주소 저장
    • 상한(limit) register : 논리 주소(0부터 시작)의 범위를 저장

메모리 할당(Memory Allocation)

1. 고정 분할 방식(Fixed partition scheme)
   • 메모리를 미리 몇개의 고정 크기 영역으로 분할함
   • 동일 크기 방식, 다른 크기 방식
2. 가변 분할 방식(Variable partition scheme)
   • 필요한 만큼 할당해줌
   • 운영체제는 할당된 파티션(allocated partitions), 노는 파티션(free partition, holes)에 대한 정보를 가짐
   • 동적 메모리 할당 문제
     1. First-fit : 요청을 수횽할 수 있는 first hole을 할당
     2. best-fit : smallest fit을 할당. 전체 검색해야하므로 오래걸림
     3. worst-fit : 가장 큰 hole을 할당

메모리 단편화(Memory Fragmentation)

• 사용할 수 없는 작은 메모리 영역 존재
• 외부 단편화(External Fragmentation)
  • 요청한 크기보다 작은 메모리 블록들만 존재
  • 장점
    • 전체 메모리 크기의 합이 요청한 크기보다 큰 경우에도, 요청한 크기의 메모리를 할당할 수 있음
  • 단점
    • 50-percent rule : first-fit 방식은 메모리의 1/3을 낭비함
    • hole을 추적하는 오버헤드가 큼
• 내부 단편화
  • 요청한 것보다 더 큰 메모리 할당
  • 장점
    • 메모리를 고정된 크기의 블록으로 분할 시, hole의 추적이 필요 없음
  • 단점
    • 요청한것보다 많은 메모리를 할당받아 일부 메모리가 사용되지 않아 낭비됨

외부 단편화 방식에 대한 해결책

1. 압축(compaction)
   • 모든 free memory를 하나의 큰 블록으로 합쳐서 재배치
   • relocation이 동적이고, 실행 시간에 수행될 때 가능
2. 비연속 물리 메모리 공간 허용
   1. 페이징
   2. 세그멘테이션