메모리 페이징

메모리-페이징

효율적인 메모리 관리 기법

메모리 분할과 페이징은 효율적인 메모리 관리 기법으로, 각각의 장단점과 구현 방식에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

컴퓨터 시스템의 메모리 관리 기법은 시스템의 성능과 안정성에 큰 영향을 미칩니다. 대표적인 메모리 관리 기법으로는 메모리 분할과 페이징이 있습니다. 이번 글에서는 이 두 가지 메모리 관리 기법의 정의, 동작 원리, 장단점, 그리고 구현 방법에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

 

메모리 분할은 메모리를 고정된 크기나 가변적인 크기로 나누어 사용하는 기법입니다. 이는 메모리의 효율적인 사용을 목표로 하며, 메모리 분할 방식에 따라 고정 분할(Fixed Partitioning)과 가변 분할(Variable Partitioning)로 나뉩니다.

 

고정 분할은 메모리를 미리 정해진 크기로 나누어 사용하는 방식입니다. 각 분할된 영역은 하나의 프로세스가 점유하며, 프로세스의 크기에 상관없이 고정된 크기의 메모리 블록을 할당받습니다. 장점으로는 관리가 단순하고, 분할된 각 블록의 크기가 고정되어 있어 메모리 할당과 해제가 빠릅니다. 단점으로는 메모리 낭비가 발생할 수 있습니다. 작은 프로세스가 큰 블록을 할당받으면 사용되지 않는 메모리 공간이 낭비됩니다.

 

가변 분할은 프로세스의 크기에 맞춰 메모리를 동적으로 할당하는 방식입니다. 프로세스가 메모리 공간을 요구하면, 필요한 크기만큼 할당합니다. 장점으로는 메모리 공간을 효율적으로 사용할 수 있습니다. 프로세스의 크기에 맞춰 메모리를 할당하므로 메모리 낭비가 줄어듭니다. 단점으로는 외부 단편화(External Fragmentation) 문제가 발생할 수 있습니다. 작은 빈 공간들이 여기저기 흩어져 있어, 큰 프로세스가 필요한 만큼 연속된 메모리를 할당받기 어려울 수 있습니다.

 

페이징은 메모리를 고정된 크기의 페이지로 나누어 사용하는 기법입니다. 이는 프로세스의 주소 공간을 동일한 크기의 페이지로 분할하고, 실제 메모리도 동일한 크기의 페이지 프레임으로 분할하여 사용합니다.

 

페이징의 동작원리는 프로세스의 주소 공간을 일정한 크기의 페이지로 나누고, 물리 메모리도 동일한 크기의 페이지 프레임으로 나눕니다. 그리고 각 프로세스는 자신의 페이지와 물리 메모리의 페이지 프레임 간의 매핑 정보를 저장하는 페이지 테이블을 가지고 있습니다. 페이지 테이블은 프로세스의 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 역할을 합니다. 또한 프로세스가 메모리에 접근할 때, 가상 주소는 페이지 번호와 오프셋(offset)으로 나뉩니다. 페이지 테이블을 참조하여 페이지 번호를 페이지 프레임으로 변환하고, 오프셋을 더하여 실제 물리 주소를 계산합니다.

 

 

페이징의 장점으로는 고정된 크기의 페이지를 사용하므로, 메모리 블록 내부의 미사용 공간이 줄어듭니다. 그리고 메모리 블록이 연속될 필요가 없으므로, 외부 단편화가 발생하지 않습니다. 또한 필요한 페이지만 메모리에 로드하므로, 메모리 사용의 효율성이 높아집니다. 단점으로는 각 프로세스는 페이지 테이블을 유지해야 하므로, 추가적인 메모리와 계산 오버헤드가 발생합니다. 그리고 메모리 접근 시마다 페이지 테이블을 참조해야 하므로, 주소 변환 과정에서 지연이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 TLB(Translation Lookaside Buffer)와 같은 캐싱 기법을 사용합니다.

 

메모리 분할과 페이징은 각각의 장단점을 가지고 있으며, 시스템의 요구사항과 사용 목적에 따라 적절한 기법을 선택해야 합니다. 메모리 분할은 단순한 구조와 빠른 메모리 할당이 필요한 경우 유용합니다. 그러나 외부 단편화 문제로 인해 메모리 효율성이 떨어질 수 있습니다. 페이징은 메모리 효율성을 극대화하고, 외부 단편화 문제를 방지하기 위해 사용됩니다. 그러나 페이지 테이블 관리와 주소 변환 과정에서 발생하는 오버헤드를 고려해야 합니다.

 

결론으로 메모리 분할과 페이징은 현대 운영체제에서 중요한 메모리 관리 기법입니다. 고정 분할과 가변 분할은 메모리 할당 방식의 단순성과 효율성을 제공합니다. 반면, 페이징은 메모리 사용의 효율성을 극대화하고 외부 단편화를 방지하는 데 탁월한 성능을 보입니다. 그러나 각 기법은 고유의 단점을 가지고 있으므로, 시스템의 요구사항과 목적에 맞춰 적절한 메모리 관리 기법을 선택하는 것이 중요합니다. 최신 운영체제에서는 이러한 기법들을 조합하여 메모리 관리의 효율성을 높이고 있습니다. 예를 들어, 페이징과 세그멘테이션을 결합한 세그멘티드 페이징(Segmented Paging)을 사용하여 메모리 할당의 유연성과 효율성을 동시에 추구할 수 있습니다.