(12) 페이징 & 세그먼테이션

코르시카 2021. 6. 26. 21:30

1. 페이징 & 세그먼테이션 기법 이유

다중 프로그래밍 시스템에 여러 프로세스들이 돌아가는데

여러 프로세스를 수용하기 위해, 주기억장치를 동적 분할하는 메모리 관리 작업이 필요하기 때문

→ 주기억장치 == RAM/ROM

> [우]와 같은 계층적 구조를 가지며, PC( program counter)를 참조하여 메모리로부터 수행될 명령어를 읽어

CPU의 해당 명령을 수행

> CPU 레지스터 < 캐시 기억장치 < 메모리 < 보조기억장치 순으로 가격이 높지만 성능이 좋음

※ 주기억장치의 메모리 영역

1) OS 상주 영역 : interrupt vector와 함께 낮은 주소 영역 사용

2) 사용자 프로세스 영역 : 높은 주소영역 사용

초기 시스템
- 오직 하나의 프로세스가 모든 메모리를 전용으로 사용
- 프로세스는 하나의 연속된 블록으로 할당( 연속 메모리관리 )
문제점
- 메모리 용량 초과하는 프로세스 사용 불가
- 메모리의 낭비 : 당장 사용되지 않는 경우에도 공간을 차지

> 메모리관리 기법 등장
연속 / 불연속(페이징, 세그먼테이션) 사용

현재 시스템
- CPU 연산과 입출력을 동시에 하여 CPU 이용률 상승과 처리량이 증가
- 여러개의 프로세스가 메모리에 동시에 적재됨
메모리 분할 / 관리 기법
- 여러 프로세스를 메모리에 적재하기 위해 고안된 방법
- 하나의 분할에 하나의 프로세스가 적재

※ 용어 정리

프로그램 전체가 하나의 큰 연속된 공간에 할당

고정분할 기법 : 주기억장치가 고정된 파티션으로 분할
> 방식
- 물리적 메모리를 몇 개의 영구적 분할/파티션으로 나눠서 사용
- 1개의 파티션 당 하나의 프로그램을 적재(프로세스)

> 단점
- 1개의 프로그램 관점에서는 내부조각 / 단편화 발생
- 전체를 보면 외부조각 / 단편화 발생
동적분할 기법 : 파티션들이 동적 생성되며, 자신의 크기와 같은 파티션에 적재
> 방식
- 프로그램 크기에 맞게 동적으로 크기를 맞춰 할당
- 기술적으로 관리해야 함

> 단점
- 외부조각/단편화 발생

프로그램의 일부가 서로 다른 주소 공간에 할당될 수 있는 기법
→ 페이징 & 세그먼트 사용
※ 연속할당의 고정 / 동적 분할 기법과 유사한 방식으로 나뉨

Paging 기법

> 방식
- 물리 메모리 Frame 과 가상 메모리 페이지를 대응하기 위한 Page mapping과정이 필요하고,
이를 위한 Paging table을 만들어서 설정
- 연속적이지 않은 공간도 활용할 수 있기에 외부 단편화 해결

> 단점
- 페이지 단위를 작게 하면 내부 단편화가 적어지지만, page mapping size 증가로 tradeoff 발생
Segementation 기법
> 방식
- 페이징은 고정 크기로 Frame, Page의 크기를 설정했으나,
Segmentation은 서로 크기가 다른 논리단위인 Segement로 분할하고, 메모리를 할당
- 각 Segment 들은 연속된 공간에 저장되어있음
- Paging과 마찬가지로 Segment mapping / Segment table 존재
- Segement의 크기가 다르기 때문에 Paging처럼 미리 분할을 하지 않고, 프로그램 메모리 적재 시
크기에 맞게 빈공간을 찾아 할당
- 크기에 맞게 할당되어서 내부단편화가 발생하지 않음

> 단점
- 서로다른 크기의 세그먼트를 연속된 공간에 배치하기 때문에 외부 단편화가 발생할 수 있음