운영체제 ) 메모리 단편화가 무엇이고 왜 발생하는지 설명하고, 내부, 외부 단편화의 의미를 조사하시오. 그리고 내부, 외부 단편화를 해결할 수 있는 방법에 대해 논하시오.

문서 내 토픽

1. 메모리 단편화

메모리 단편화는 RAM에서 메모리 공간이 작은 조각으로 나뉘어 메모리 자체에는 사용할 수 있는 공간이 충분히 존재하고 있지만 할당할 수 없는 상태를 의미한다. 이와 같은 메모리 단편화는 내부 단편화(Internal Fragmentation)와 외부 단편화(External Fragmentation)로 구분할 수 있다.
2. 내부 단편화

메모리를 할달할 때 OS에서 할당된 메모리의 공간보다 프로세스가 더 작은 공간을 사용함에 따라 낭비된 상태를 내부 단편화라 이야기 한다. 예를 들면 20MB의 메모리 크기가 주어져을 때 실제로 프로세스는 10MB만을 사용하고있는 것이며, 이때 내부 단편화가 10MB사용한다고 볼 수 있다.
3. 외부 단편화

메모리 해제와 할당 작업의 반복으로 인해 메모리 사이에 존재, 중간에 사용되지 않는 메모리가 존재하게 되며 총 메모리 공간은 충분하지만, 실제로는 할당이 불가능한 상태를 외부 단편화라 한다. 예를 들어보면 10MB의 메모리 크기가 필요한 프로세스에서 중간에 사용하지 않는 메모리가 5MB, 5MB으로 나뉘어져 있으면 공간은 있지만 사용이 어려운 것이다.
4. 페이징 기법

물리적 메모리 공간과 가상의 메모리를 고정된 크기의 작은 블록으로 나누는 방식을 페이징 기법이라 설명한다. 이때 가상 메모리 공간의 블록들을 페이지라 설정하고 물리적 주소의 공간 블록을 프레임으로 설정한다. 각 페이지 블록을 프레임의 블록에 하니씩 맴핍하게 되면 대량의 메모리가 연속되지 않는 물리 프레임으로 나뉘게 되는데, 사용하지 않는 프레임을 페이지로 옮겨 하나의 메모리를 페이지 단위의 프레임으로 옮기는 것이라 할 수 있.
5. 세그먼테이션 기법

가상의 메모리를 크기가 다른 단위인 세그먼트로 나눠 물리적 메모리로 할당하여 실제 메모리 주소로 변환하는 방식이 세그먼테이션 기법이다. 이때 세그먼트들의 크기가 각기 다르고, 미리 분할할 수 없고, 메모리 적재 시 빈 곳을 찾아 할당되는 방식을 가지고 있어 프로세스가 필요한 메모리만큼을 할당하기에 내부 단편화는 일어나지 않지만, 프로세스가 메모리를 해제하는 과정에서 외부 단편화 문제가 생길 가능성이 있다.
6. 메모리 풀

메모리 공간을 개수나 필요한 크기를 사용자가 직접 지정해 미리 할당 받고, 필요할 때 사용하고 반납하는 것이 메모리 풀 기법이다. 기존의 방식은 동적 활동과 해제가 반복될 때 메모리의 랜덤한 위치에 해제와 할당이 반복되어 단편화가 생기지만, 메모리 풀 방식의 경우 미리 공간을 할당해놓고 사용한 뒤 반납하는 방식으로 외부 단편화가 발생하지 않는다. 또 필요한 크기만큼을 할당하는 방식이기 때문에 내부 단편화로 부터도 안전하다고 볼 수 있.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 메모리 단편화

메모리 단편화는 운영 체제에서 중요한 문제 중 하나입니다. 메모리 단편화가 발생하면 메모리 공간이 효율적으로 사용되지 않아 프로그램의 성능이 저하될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해서는 메모리 관리 기법을 개선하고, 메모리 할당 및 해제 과정을 최적화하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 메모리 단편화를 사전에 방지하기 위한 기법들도 연구되고 있습니다. 메모리 단편화 문제는 운영 체제 설계 및 구현에 있어 중요한 고려 사항이 되어야 할 것입니다.
2. 내부 단편화

내부 단편화는 메모리 할당 과정에서 발생하는 문제로, 프로세스에 할당된 메모리 블록의 크기가 실제 필요한 메모리 크기보다 크게 할당되어 발생합니다. 이로 인해 메모리 공간이 효율적으로 사용되지 않는 문제가 발생합니다. 내부 단편화를 해결하기 위해서는 메모리 할당 기법을 개선하고, 메모리 블록의 크기를 최적화하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 동적 메모리 할당 기법을 활용하여 메모리 사용을 유연하게 관리하는 것도 도움이 될 수 있습니다.
3. 외부 단편화

외부 단편화는 메모리 공간이 여러 개의 작은 조각으로 나뉘어져 있어 큰 크기의 메모리 블록을 할당하기 어려운 상황을 말합니다. 이로 인해 메모리 공간이 효율적으로 사용되지 않는 문제가 발생합니다. 외부 단편화를 해결하기 위해서는 메모리 관리 기법을 개선하고, 메모리 할당 및 해제 과정을 최적화하는 등의 노력이 필요합니다. 또한 메모리 압축 기법을 활용하여 단편화된 메모리 공간을 재구성하는 것도 도움이 될 수 있습니다.
4. 페이징 기법

페이징 기법은 메모리 관리 기법 중 하나로, 프로세스의 논리적 주소 공간을 고정 크기의 페이지로 나누고, 이를 물리적 메모리 공간에 매핑하는 방식입니다. 페이징 기법은 메모리 단편화 문제를 해결할 수 있고, 프로세스의 메모리 사용을 유연하게 관리할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 페이지 테이블 관리, 페이지 교체 알고리즘 등의 복잡성으로 인해 오버헤드가 발생할 수 있다는 단점도 있습니다. 따라서 운영 체제 설계 시 이러한 장단점을 고려하여 페이징 기법을 적절히 활용해야 할 것입니다.
5. 세그먼테이션 기법

세그먼테이션 기법은 프로세스의 논리적 주소 공간을 가변 크기의 세그먼트로 나누고, 이를 물리적 메모리 공간에 매핑하는 방식입니다. 세그먼테이션 기법은 메모리 단편화 문제를 해결할 수 있고, 프로세스의 메모리 사용을 유연하게 관리할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 세그먼트 테이블 관리, 세그먼트 교체 알고리즘 등의 복잡성으로 인해 오버헤드가 발생할 수 있다는 단점도 있습니다. 따라서 운영 체제 설계 시 이러한 장단점을 고려하여 세그먼테이션 기법을 적절히 활용해야 할 것입니다.
6. 메모리 풀

메모리 풀은 메모리 관리 기법 중 하나로, 프로그램이 필요로 하는 메모리 블록을 미리 할당하고 관리하는 방식입니다. 메모리 풀을 사용하면 메모리 할당 및 해제 과정을 최적화할 수 있어 메모리 단편화 문제를 해결할 수 있습니다. 또한 메모리 사용을 유연하게 관리할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 메모리 풀의 크기와 구조를 적절히 설계해야 하며, 메모리 풀 관리를 위한 오버헤드가 발생할 수 있다는 단점도 있습니다. 따라서 운영 체제 설계 시 이러한 장단점을 고려하여 메모리 풀을 적절히 활용해야 할 것입니다.