메모리 관리(Memory Management)
메모리 관리의 개념
메모리 관리는 컴퓨터 시스템에서 프로세스가 사용하는 메모리 자원을 효율적으로 할당하고 해제하는 과정을 의미합니다. 이는 운영 체제의 핵심 기능 중 하나로, 프로그램이 실행되는 동안 필요한 메모리를 동적으로 할당하고, 사용이 끝난 메모리를 회수하여 다른 프로세스가 사용할 수 있도록 합니다. 메모리 관리는 시스템의 성능과 안정성에 큰 영향을 미치며, 메모리 누수, 단편화, 과도한 메모리 사용 등을 방지하는 것이 중요합니다.
메모리 할당 기법
메모리 할당 기법은 프로세스가 필요로 하는 메모리를 할당하는 방법을 정의합니다. 주요 기법으로는 고정 분할 할당, 가변 분할 할당, 페이지 기반 할당, 세그먼트 기반 할당 등이 있습니다. 고정 분할 할당은 메모리를 고정된 크기의 블록으로 나누어 각 프로세스에 할당하는 방식입니다. 반면, 가변 분할 할당은 프로세스의 크기에 따라 메모리를 동적으로 할당합니다. 페이지 기반 할당은 가상 메모리 시스템에서 사용되며, 프로세스를 페이지 단위로 나누어 메모리를 관리합니다. 세그먼트 기반 할당은 프로세스를 논리적 단위인 세그먼트로 나누어 관리하는 방식입니다.
가상 메모리
가상 메모리는 실제 물리적 메모리의 용량을 초과하여 프로그램이 실행될 수 있도록 하는 기술입니다. 이를 통해 프로세스는 자신이 사용할 수 있는 메모리 공간을 확장할 수 있으며, 물리적 메모리의 한계를 극복할 수 있습니다. 가상 메모리는 페이지 테이블을 사용하여 가상 주소를 물리 주소로 변환하며, 필요할 때만 메모리를 로드하는 방식으로 동작합니다. 이로 인해 메모리의 효율적인 사용이 가능해지고, 여러 프로세스가 동시에 실행될 수 있는 환경을 제공합니다.
메모리 단편화
메모리 단편화는 메모리 할당과 해제 과정에서 발생하는 문제로, 사용 가능한 메모리가 있지만 이를 연속적으로 사용할 수 없는 상태를 의미합니다. 단편화는 크게 내부 단편화와 외부 단편화로 나눌 수 있습니다. 내부 단편화는 할당된 메모리 블록 내에서 사용되지 않는 공간이 발생하는 경우를 말하며, 외부 단편화는 할당된 메모리 블록 사이에 사용되지 않는 공간이 생기는 경우를 의미합니다. 단편화 문제를 해결하기 위해 메모리 압축, 가비지 컬렉션, 메모리 풀 등의 기법이 사용됩니다.
메모리 보호와 공유
메모리 보호는 각 프로세스가 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근하지 못하도록 하는 기술입니다. 이는 시스템의 안정성과 보안을 유지하는 데 필수적입니다. 메모리 보호는 하드웨어와 운영 체제가 협력하여 구현되며, 페이지 테이블을 통해 각 프로세스의 메모리 접근 권한을 관리합니다. 반면, 메모리 공유는 여러 프로세스가 동일한 메모리 공간을 공유하여 데이터를 교환할 수 있도록 하는 기능입니다. 공유 메모리는 IPC(Inter-Process Communication) 기법 중 하나로, 효율적인 데이터 전송과 통신을 가능하게 합니다.