[컴퓨터 개론] 5장-03 운영체제: 메모리 관리

컴퓨터 운영체제의 핵심 기능 중 하나인 메모리 관리는 프로세스들이 원활하게 작동할 수 있도록 메모리를 할당하고 관리하는 역할을 담당합니다.

메모리는 프로세스가 데이터를 저장하고 필요할 때 빠르게 접근할 수 있는 중요한 자원이기 때문에 효율적이고 신속하게 관리되어야 합니다.

이번 글에서는 메모리 관리의 개념과 주요 기능, 다양한 관리 기법에 대해 알아보겠습니다.

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1. 메모리 관리란 무엇인가?

메모리 관리는 프로세스와 운영체제 간의 메모리 자원을 효율적으로 분배하고 제어하는 기능을 의미합니다.

운영체제는 프로세스가 요청하는 메모리를 적절하게 할당하고, 사용이 끝난 메모리를 회수하여 시스템의 효율성을 유지합니다.

메모리 관리의 주요 역할

• 메모리 할당 및 회수: 프로세스가 메모리를 요구할 때 필요한 메모리 공간을 할당하고, 프로세스가 종료되면 회수합니다.
• 가상 메모리 관리: 물리적 메모리보다 더 큰 메모리를 사용할 수 있도록 돕는 기법입니다.
• 메모리 보호: 각 프로세스가 자신에게 할당된 메모리만을 사용할 수 있도록 하여 데이터 손상을 방지합니다.

2. 메모리 관리의 주요 기법

운영체제는 메모리 관리 기법을 사용하여 시스템 자원을 효율적으로 활용합니다.

대표적인 메모리 관리 기법에는 페이징, 세그멘테이션, 가상 메모리 등이 있습니다.

2.1 페이징(Paging)

페이징은 메모리를 고정된 크기의 블록으로 나누어 프로세스에 할당하는 기법입니다.

메모리와 프로세스를 같은 크기의 페이지 단위로 나누어 필요한 메모리만을 할당하고, 각 페이지가 메모리의 아무 위치에나 저장될 수 있게 합니다.

• 페이지: 프로세스의 메모리를 일정 크기로 나눈 단위입니다.
• 프레임: 메모리의 물리적 공간을 일정 크기로 나눈 단위입니다.
• 페이지 테이블: 페이지와 프레임의 위치를 연결해주는 테이블로, 필요한 페이지가 어느 프레임에 위치하는지 알려줍니다.

2.2 세그멘테이션(Segmentation)

세그멘테이션은 프로그램을 논리적인 단위(세그먼트)로 나누어 메모리를 할당하는 방식입니다.

프로세스가 논리적인 단위로 구성되어 있을 때, 이들을 독립적인 세그먼트로 관리하여 메모리 낭비를 줄입니다.

• 세그먼트: 코드, 데이터, 스택 등과 같은 논리적 구조를 기반으로 메모리를 할당하는 단위입니다.
• 세그먼트 테이블: 각 세그먼트의 위치와 크기를 저장하여, 운영체제가 세그먼트를 메모리에 배치할 수 있도록 돕습니다.

2.3 가상 메모리(Virtual Memory)

가상 메모리는 물리적 메모리보다 큰 프로그램을 실행할 수 있도록 하는 기술입니다.

가상 메모리는 페이지 교체 방식을 사용하여, 필요한 페이지만 메모리에 올리고, 나머지는 보조 저장 장치에 저장해두었다가 필요할 때 교체합니다.

• 페이지 폴트(Page Fault): 필요한 페이지가 메모리에 없는 상황을 의미하여, 이때 운영체제는 해당 페이지를 메모리로 가져옵니다.
• 스와핑(Swapping): 사용하지 않는 페이지를 보조 저장 장치로 이동시켜 메모리 공간을 확보하는 방식입니다.

3. 메모리 보호와 접근 제어

운영체제는 메모리 보호를 통해 프로세스가 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근하는 것을 방지합니다.

기본 보호 기법으로는 기본 레지스터(Base Register)와 한계 레지스터(Limit Register)가 있으며, 이들은 각 프로세스의 메모리 범위를 지정하여 보호 역할을 합니다.

이러한 보호 기법은 메모리 손상이나 보안 문제를 예방하는 데 중요한 역할을 합니다.

4. 메모리 관리의 중요성

메모리 관리는 컴퓨터 시스템의 성능과 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다.

운영체제의 메모리 관리가 효율적일수록 더 많은 프로그램이 동시에 실행될 수 있으며, 시스템의 안정성 또한 향상됩니다.

페이징, 세그멘테이션, 가상 메모리 등의 기법을 통해 운영체제는 메모리를 체계적으로 관리하고, 사용자가 프로그램을 원활하게 실행할 수 있도록 합니다.

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메모리 관리 기법의 개념과 역할을 이해하면 시스템 자원 관리의 중요성을 파악할 수 있으며, 이를 통해 컴퓨터가 어떻게 자원을 효과적으로 활용하는지 알 수 있습니다.