11 Swapping (Feat. 메모리 할당)

스와핑(Swapping)

스와핑(Swapping)은 컴퓨터 시스템에서 주기억장치(메모리)와 보조기억장치(일반적으로 하드 디스크) 간에 데이터를 전송하는 프로세스를 말합니다. 이는 메모리의 부족으로 발생하는 상황에서 사용되며, 운영체제가 시스템 성능을 유지하기 위해 사용됩니다.

보통 컴퓨터 시스템은 한정된 양의 램(주기억장치)을 가지고 있습니다. 만약 현재 실행 중인 프로그램들과 운영체제가 사용하는 메모리가 이용 가능한 램보다 많아진다면, 시스템은 메모리 부족 상태에 빠질 수 있습니다. 이때, 스와핑이라는 메커니즘이 사용됩니다.

 

스와핑의 주요 단점은 입출력 속도의 차이 때문에 성능 저하가 발생할 수 있다는 것입니다. 램은 직접적으로 CPU와 연결되어 있어 빠르게 접근할 수 있지만, 하드 디스크 등의 보조기억장치는 상대적으로 느리기 때문에 스와핑 작업이 발생하면 프로세스의 실행 속도가 떨어질 수 있습니다.

 

현대의 운영체제들은 스와핑을 효과적으로 관리하여 성능 저하를 최소화하려고 노력합니다. 이를 위해 페이지 교체 알고리즘 등 다양한 기술이 사용되며, 또한 가상 메모리(Virtual Memory) 시스템을 도입하여 램과 보조기억장치를 효과적으로 조합하여 사용하게 됩니다.

 

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프로세스를 메모리에 할당

프로세스를 메모리에 할당할 때 사용되는 세 가지 주요 방법은 최초 적합(First Fit), 최적 적합(Best Fit), 최악 적합(Worst Fit)입니다.

최초 적합(First Fit): 이 방법은 가장 먼저 발견된 메모리 블록에 프로세스를 할당하는 방식입니다. 메모리를 순차적으로 검색하며, 처음으로 발견되는 충분한 크기의 공간에 프로세스를 할당합니다. 이 방법은 간단하고 빠르게 동작하지만, 할당된 메모리 블록이 크기가 크거나 작을 수 있어 효율성에 제한이 있을 수 있습니다.

최적 적합(Best Fit): 이 방법은 가능한 작은 메모리 블록 중에서 가장 적합한 블록을 찾아 할당하는 방식입니다. 메모리를 검색하여 가장 작은 충분한 공간을 찾아 프로세스를 할당합니다. 이 방법은 남은 공간을 최소화하는데 중점을 둬서 메모리를 효율적으로 활용할 수 있습니다. 그러나 검색 과정이 더 복잡하고 시간이 더 걸릴 수 있습니다.

최악 적합(Worst Fit): 이 방법은 가능한 큰 메모리 블록 중에서 가장 큰 블록을 찾아 할당하는 방식입니다. 이 방법은 큰 공간을 할당하므로 남은 작은 공간이 많아질 수 있습니다. 검색이 간단하긴 하지만 메모리의 효율성은 떨어질 수 있습니다.

이 세 가지 방법 중 어떤 것이 가장 효율적인지는 상황에 따라 다르며, 각각의 장단점이 있습니다. 따라서 운영체제는 이러한 할당 알고리즘을 신중하게 선택하여 시스템의 성능을 극대화하려고 노력합니다.

 

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외부 단편화(External Fragmentation)

외부 단편화(External Fragmentation)는 메모리 할당과 해제로 인해 메모리에 존재하는 여러 작은 조각들이 결합되지 못하여 전체적으로 사용할 수 없는 상태가 되는 현상을 나타냅니다. 이는 메모리 관리에서 중요한 이슈 중 하나입니다. 외부 단편화는 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

종류별 외부 단편화 (Type of External Fragmentation)

• 검색 가능한 외부 단편화(Searchable External Fragmentation): 여전히 사용 가능한 공간들이 작은 조각들로 나뉘어져 있지만, 이들은 특정 크기의 공간을 만들기 위해 합쳐질 수 있는 상태입니다. 그러나 여러 작은 공간들 사이에 다른 프로세스가 존재하는 경우 검색이 가능해야 합니다.
• 불가능한 외부 단편화(Unsearchable External Fragmentation): 작은 조각들이 있지만, 이들을 합쳐서 사용할 수 있는 큰 공간을 만들기가 불가능한 상태입니다. 이는 불연속적으로 흩어져 있는 메모리 공간으로 인해 발생할 수 있습니다.

외부 단편화의 원인

• 할당 및 해제의 빈번한 변화: 프로세스가 메모리를 할당하거나 해제할 때마다 생길 수 있습니다.
  메모리 할당 정책의 부적절한 선택: 최적의 메모리 할당 정책이 선택되지 않거나, 프로세스의 요구사항에 맞지 않는 정책을 사용할 때 발생할 수 있습니다.
• 동적 메모리 할당의 낮은 효율성: 동적 메모리 할당 방식에서 발생할 수 있는 외부 단편화로, 메모리 블록을 자유롭게 할당하고 해제할 때마다 조각이 생길 수 있습니다.

외부 단편화는 메모리 사용 효율성을 저해하므로, 이를 최소화하기 위해 다양한 메모리 관리 기술과 알고리즘이 사용됩니다. 예를 들어, 메모리 압축(compaction)이나 가상 메모리 시스템과 같은 기술들은 외부 단편화를 완화하는 데 도움을 줄 수 있습니다

 

 

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Swapping: Moving data between RAM and secondary storage to manage memory shortages and enhance system performance.

External Fragmentation: Memory fragmentation caused by scattered, non-contiguous blocks, hindering the allocation of large, contiguous memory space.