[OS] 페이징(Paging)과 세그멘테이션(Segmentation)

 

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어떠한 프로그램을 실행할 때, 컴퓨터에서는 프로그램들을 메모리 공간에 연속적으로 할당하게 됩니다. 만약 여러 프로그램들이 메모리에 할당되고 해제되는 것이 반복되다 보면 메모리 공간이 조각조각 나뉘게 되어 총메모리가 충분함에도 불구하고 프로그램에 메모리를 할당하는 것이 불가능한 상태가 발생하게 됩니다. 이러한 현상을 바로 메모리 단편화라고 하며, 이번 포스팅은 메모리 단편화 해결방법인 페이징과 세그멘테이션에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

🔗 추천 링크 - [메모리 단편화란?]

https://cocoon1787.tistory.com/859

 

 

🎓 사전 지식

메모리 관리 기법

1. 연속 메모리 기법
   • 프로그램 전체가 메모리에 연속적으로 할당
   • 고정 분할 기법 : 메모리가 고정된 파티션으로 분할. 내부 단편화 발생
   • 동적 분할 기법 : 파티션들이 동적으로 생성되고 자신의 크기와 같은 파티션에 메모리 할당. 외부 단편화 발생
2. 불연속 메모리 기법
   • 프로그램의 일부가 서로 다른 주소 공간에 할당될 수 있는 기법
   • Page : 프로세스를 고정된 크기로 나눈 블록
   • Frame : 메모리를 고정된 크기로 나는 블록
   • Segment : 서로 다른 크기의 논리적 블록

가상 메모리

• 실제 메모리 크기와 관계없이 메모리를 사용할 수 있도록 가상 메모리 주소를 사용
• 프로세스의 일부분만 메모리에 로드하고 나머지는 보조 기억 장치(가상 메모리 공간)에 할당
• MMU(Memory Management Unit)를 통해 논리 주소, 물리 주소를 나누어서 사용
• 가상 주소를 주기억장치의 실제적인 주소로 매핑(Mapping)하는 방법을 통해 구현

 

 

💎 페이징(Paging)

• 프로세스의 주소 공간을 고정된 사이즈의 페이지 단위로 나누어 물리적 메모리에 불연속적으로 할당하는 방식
• 메모리는 Frame이라는 고정크기로 분할되고, 프로세스는 Page라는 고정크기로 분할됨
• 페이지와 프레임은 크기가 같음
• 페이지와 프레임을 대응시키는 page mapping 과정이 필요하여 paging table을 생성해야 함
• 연속적이지 않은 공간도 활용할 수 있기 때문에 외부 단편화 문제 해결
• 페이지 테이블에는 각 페이지 번호와 해당 페이지가 할당된 프레임의 시작 물리 주소를 저장

But, 프로세스의 크기가 페이지 크기의 배수가 아닐 경우 마지막 페이지에 내부 단편화가 발생하고 페이지의 크기가 클수록 내부 단편화가 커짐
=> 페이지 단위를 작게 하면 내부 단편화 문제도 해결할 수 있겠지만 page mapping 과정이 많아지므로 효율이 떨어짐

 

 

💎 세그멘테이션(Segmentation)

• 프로세스를 서로 크기가 다른 논리적인 블록 단위인 세그먼트(Segment)로 분할하여 메모리에 할당
• 각 세그먼트는 연속적인 공간에 저장
• 세그먼트들의 크기가 서로 다르기 때문에 프로세스가 메모리에 적재될 때 빈 공간을 찾아 할당하는 기법
• 페이징과 마찬가지로 mapping을 위한 segment table 필요

 

But, 프로세스가 필요한 메모리 공간만큼 메모리를 할당해주기 때문에 내부 단편화 문제는 발생하지 않지만, 중간에 메모리를 해제하면 생기는 외부 단편화 문제가 발생

 

 

⚖️ Paging vs Segmentation

• Paging은 고정 크기를 가짐
• Segmentation은 가변 크기를 가짐
• Paging은 내부 단편화 발생 가능, Segmentation은 외부 단편화 발생 가능