[운영체제] 메모리 할당, 페이징(Paging)과 세그멘테이션(Segmentation)

메모리 할당

• 시작 메모리 위치, 메모리 할당 크기를 기반으로 메모리에 프로그램 할당
• 연속 할당과 불연속 할당으로 나뉨

 

1. 연속 할당

• 메모리에 연속적으로 공간 할당
• 물리 메모리를 다수의 공간으로 분할하여 하나의 분할 공간에 하나의 프로세스가 적재되도록 함
• 고정 분할 방식과 가변 분할 방식으로 나뉨

 

1-1) 고정 분할 방식(Fixed Partition Allocation)

• 메모리 공간을 미리 분할하여 고정된 크기로 나누어 관리하는 방식
• 분할 크기는 모두 동일할 수도 있고 다를 수도 있음
• 분할된 공간은 영구적으로 고정되기 때문에 메모리에 올릴 수 있는 프로그램의 수 및 크기가 제한적이고 융통성이 떨어짐
• 내부 단편화(내부 조각)와 외부 단편화(외부 조각) 문제가 발생할 수 있음

 

1-2) 가변 분할 방식(Variable Partition Allocation)

• 메모리에 적재되는 프로그램의 크기에 따라 매시점 분할의 크기와 개수가 동적으로 변하는 방식
• 프로세스 크기 만큼의 메모리 공간을 사용하기 때문에 내부 단편화(내부 조각)은 발생하지 않음
• 프로세스를 올리기에 충분한 공간이 존재하지 않는 경우 외부 단편화(외부 조각) 문제 발생
• 프로세스를 메모리 공간 중 어디에 올려야 할지 결졍해야 함
  • 최초 적합: 가장 먼저 나오는 가용 메모리 공간에 프로세스를 할당하는 방법
  • 최적 적합: 가장 딱 맞는 메모리 공간을 찾아서 프로세스를 할당하는 방법
  • 최악 적합: 가장 큰 메모리 공간에 프로세스를 할당하는 방법

 

 

2. 불연속 할당 

• 메모리에 불연속적으로 공간 할당
• 하나의 프로세스가 물리 메모리 상의 여러 위치에 분산되어 적재되도록 함
• 페이징, 세그멘테이션으로 나뉨

 

2-1) 페이징(Paging)

• 프로세스의 주소 공간을 고정된 사이즈의 페이지(Page) 단위로 나누어 물리적 메모리에 불연속적으로 할당하는 방식
• 메모리는 프레임(Frame)이라는 고정 크기로 분할, 프로세스는 페이지(Page)라는 고정 크기로 분할
• 페이지와 프레임은 같은 크기
• 페이지와 프레임을 대응시키는 Page Mapping을 위해 Page Table 필요
• Page Table에는 각 페이지 번호와 해당 페이지가 할당된 프레임의 시작 물리 주소를 저장
• 연속적이지 않은 공간도 활용할 수 있기 때문에 외부 단편화 문제 해결
• 프로세스의 크기가 페이지 크기의 배수가 아닐 경우 마지막 페이지에 대한 내부 단편화 발생
  • 페이지 단위를 작게하면 내부 단편화를 해결할 순 있지만 Page Mapping 과정이 많아져 비효율적

 

2-2) 세그멘테이션(Segmentation)

• 프로세스를 서로 다른 크기의 논리적 블록 단위인 세그먼트(Segment)로 나누어 메모리에 불연속적으로 할당하는 방식
• 세그먼트 단위는 함수 단위일 수도 있고, Code/Data/Heap/Stack 등 논리적 단위일 수 있음
• 페이징과 마찬가지로 Segment Mapping 과정을 위해 Segment Table 필요
• 세그먼트의 크기는 각각 다르기 때문에 Segment Table에는 시작 주소와 함께 limit 정보가 주어짐
• 프로세스가 필요로하는 메모리 공간 만큼이 할당되기 때문에 내부 단편화 문제 해결
• 메모리 해제를 통한 외부  단편화 발생

 

Paging VS Segmentation

• Paging은 고정 크기의 분할 단위, Segmentation은 가변 크기의 분할 단위를 가짐
• Paging은 내부 단편화 발생 가능, Segment은 외부 단편화 발생 가능
• Paging은 외부 단편화 해결, Segment은 내부 단편화 해결

 

 

⭐️ 참고

• https://cocoon1787.tistory.com/860
• https://zangzangs.tistory.com/133
• https://zangzangs.tistory.com/134
• https://zangzangs.tistory.com/140