주소공간

컴퓨터공학 수업들을 들으며 수없이 봐왔던 주소공간입니다.

이는 프로세스 하나가 실행될때 만들어지는 가상의 주소공간이고, 프로그램 코드 영역에서는 0을 기준으로 주소를 참고합니다. 이같은 주소공간은 물리메모리상에 프로세스의 개수만큼 존재합니다.

현대의 컴퓨터들은 메모리 영역을 가상화하기 위해 “주소공간”이라는 개념을 만들어 명령어를 실행할 때 명령어의 물리메모리상 실제 위치를 알고있지 않아도 되도록 구성했습니다.

운영체제에서 프로세스를 실행할 때 주소변환을 통한 가상화로 다른 프로세스로부터 보호와 고립이 가능하도록 합니다.

주소변환: base/limit 방법 (연속할당 방법에서 사용)

주소변환을 통해 명령어를 실행할 때 물리메모리 주소에 대해 생각하지 않아도 되는 메모리 가상화가 가능해집니다.

CPU는 base, limit레지스터를 가지고있어 가상주소가 limit을 넘어갈 경우 예외를 발생시켜 프로세스를 보호합니다. base레지스터는 physical address로 접근 시 주소를 변환하는데 사용합니다.

또한 Context Switch시에는 base/limit을 PCB에서 불러와 갱신합니다.

연속 메모리할당 방법이란: 프로세스가 필요로 하는 데이터를 메모리에 연속적으로 할당하는 방식으로, 이후에 배울 발전된 방식인 “불연속 메모리 할당”과 대비되는 개념입니다.

(관계 정리)

Continuous Memory Allocation: 연속 메모리 할당

Uni Programming은 운영체제 개발 초기에 단일 사용자가 단일 프로그램을 사용하는 모델에서 개발된 할당방식입니다.

하나의 PC에서 하나의 프로그램만 메모리를 할당받을 수 있었죠. 아래와 같은 문제점이 있습니다.

Uni Programming은 위같은 문제점들과 다중 사용자 니즈에 맞춰 점차 사라졌습니다.

이후 여러 프로세스를 메모리에 할당할 수 있는 방법인 Multi Programming이 등장하고, CPU를 시분할 방식으로 사용해 다양한 프로세스를 동시에 사용하는것처럼 동작할 수 있게 되었습니다.

Multi Programming: Fixed Allocation (고정 할당 방법)

여러 프로세스가 사용할 수 있는 공간을 고정된 크기로 나누는 방법입니다.

내부 단편화가 발생합니다: 5kb만큼 필요한 프로세스가 있더라도 고정된 크기(예를 들어 10MB)를 할당받아, 파티션 내부에서 낭비하는공간이 발생합니다.
프로세스가 고정 파티션 크기보다 클 수 있습니다.

Multi Programming: Variable Allocation (가변 할당 방법)

프로세스가 사용할 공간을 프로세스의 크기에 맞춰 나누는 방법입니다. 프로세스가 시작할때, 종료할때 Allocation Table을 변경하면서 파티션을 관리합니다.

가변 할당 정책에 따라 운영체제에서 관리하는 가용공간 리스트를 탐색해 메모리를 할당합니다.

Best-fit: 가용 공간을 탐색 후 프로세스가 필요한메모리와 가장 차이가 적은 파티션에 할당

First-fit: 메모리 크기만큼 할당할 수 있는 첫 파티션에 할당

Worst-fit: 메모리 크기를 할당할 수 있는 가장 큰 파티션에 할당

속도: First > Best, Worst

공간효율: Best > First, Worst

Fixed Allocation의 문제점들을 다소 극복했지만 아직 문제점이 남아있습니다.

앞서 설명한 여러 연속 메모리 할당 방법들에는 공통적인 문제가 남아있습니다.

이런 문제점들은 이후 페이징, 세그멘테이션을 공부하며 해결할 수 있습니다.