운영체제: 주기억장치 관리

 앞의 내용들은 프로세스 관리 중, CPU의 사용 여부를 스케줄링 하거나 관리하는 것에 대해 알아보았다. 프로세스는 보조 저장장치(HDD, SSD. etc.)에 저장된 프로그램을 메모리에 가져와 실행하는 것이다. 메모리는 보조 저장장치에 비해 상대적으로 크기가 작아, 프로세스 별로 효율적으로 메모리를 할당하는 것은 중요하다.

 

효율적인 메모리 적재

 과거에 메모리의 크기는 16MB, 32MB와 같이 지금은 상상할 수도 없을 정도로 상당히 작았다. 이에 메모리를 효율적으로 사용할 수 있는 방법으로 상대적으로 저장공간이 큰 보조 저장장치를 활용하는 방법을 사용하였다.

동적 적재 (Dynamic Loading)

 프로그램 중 적재 후 바로 실행되지 않는 부분도 메모리에 한번에 적재하게 되면 다음과 같은 문제에 직면할 수 있다. 우선, 프로그램의 전체를 메모리에 적재하여야 하므로 초기 실행시 오버헤드가 커진다. 또한, 지속적으로 사용되는 부분이 아닌 초기화 과정 중 사용되거나, 프로그램 종료시 사용되는 부분까지 메모리에 적재하는 것은 메모리 사용을 낭비하는 것과 같다. 이를 정적 적재(Static Loading)이라고 한다.

 이와 달리 동적 적재는 프로그램을 실행 하는 도중 필요한 부분만 메모리에 적재하도록 하여, 메모리 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

 

동적 연결 (Dynamic Linking)

 동적 연결은 여러 프로그램에서 동일하게 사용하는 라이브러리가 있다면, 해당 라이브러리를 프로그램 마다 메모리에 적재하는 것이 아닌, 하나의 라이브러리를 적재하고 공유하여 사용하는 것이다.

 

예를 들어, 프로세스 A, B에서 printf() 호출이 발생하는 경우 각각의 프로세스마다 printf() 라이브러리를 메모리에 적재하는 것이 아니다. 프로세스 A, B가 메모리에 할당되고 라이브러리(printf())를 Link하여 해당 라이브러리를 사용한다.

 

 리눅스, 윈도우에서는 이러한 방식을 공유 라이브러리(Shared Library), 동적 연결 라이브러리(Dynamic Linking Library, DLL)이라고 한다.

 

Swapping

 더 이상 사용되지 않는 프로세스를 메모리에 항시 적재하는 것은 메모리를 효율적으로 사용할 수 없는 상황을 야기한다. 따라서 상황에 따라 프로세스를 보조 저장장치에 저장하는 swap-out과 보조 저장장치로 부터 메모리로 적재하는 swap-in을 하게 된다.

 

 유저 레벨에서 실행되는 프로그램 뿐 아닌, 리눅스 커널에서 프로세스를 관리하는 정보인 PCB에서도 이러한 방식을 사용한다. PCB의 모든 부분을 메모리에 적재하는 것은 과거의 메모리가 16MB, 32MB인 경우 상당히 비효율적인 방식이었다. 따라서 Swapping 방식을 사용하여, PCB 중 반드시 메모리에 상주해야 되는 부분을 제외하고 나머지는 프로세스 스케줄링으로 교체가 일어날 경우 swap-out되도록 하였다.

 

연속 메모리 할당 (Contiguous Memory Allocation)

 연속 메모리 할당은 말그대로 메모리의 연속된 공간을 사용하는 것이다. 특정 기준에 따라 연속 메모리 할당 방식은 다음과 같다.

• First-fit(최초 적합) : 할당할 프로세스 크기보다 크거나 같은 공간을 탐색하여, 가장 먼저 찾게 되는 공악에 할당하는 방식이다.

• Best-fit(최적 저합) : 할당할 프로세스 크기와 공간의 크기 차이가 가장 작은 공간에 프로세스를 할당하는 방식이다.

• Worst-fit(최악 적합) : 할당할 프로세스 크기와 공간의 크기 차이가 가장 큰 공간에 프로세스를 할당하는 방식이다.

예를 들어 메모리 주소가 0 - 10까지 있고 현재 사용가능한 공간은 5 - 8인 경우 프로세스 A는 2의 공간이 필요할 경우 5 - 7 의 공간을 사용하게 된다. 필요한 공간이 1인 프로세스가 실행되지 않는 이상 7 - 8의 공간은 사용되지 않는 hole이 된다. 또한, 이러한 과정이 지속적으로 반복될 경우 여러 곳에 hole이 발생하게 되고 결과적으로 메모리를 효율적으로 사용하지 못한다.

 이와 같이 프로세스의 메모리 사용에 따라 여러 hole이 발생하는 것을 메모리 단편화(Memory fragmentation)이라고 한다. 메모리 단편화를 해결하기 위해서는 압축(Compaction) 과정을 통해 사용가능한 공간을 확보할 수 있지만, 오버헤드가 크고 공간을 확보하기 위한 최적화 방법이 존재하지 않는다.