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윈도우 가상메모리 설정 종결 영상 [윈도우 최적화 지식중 하나]

메모리 단편화 현상과 해결 방법 : Memory Fragmentation

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Memory Fragmentation 현상이란 (메모리 단편화)

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메모리 단편화

메모리 단편화 해결방법

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메모리 단편화 현상과 해결 방법 : Memory Fragmentation

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Memory Fragmentation 현상이란? (메모리 단편화)

Fragmentation에는 2가지가 있는 데, 하나는 외부 단편화(external fragmentation) 이고, 다른 하나는 내부 단편화(internal fragmentation) 입니다.

external fragmentation(외부 단편화)

– 총 공간을 계산 하였을 때 충분한 메모리가 있음에도, 연속적이지 못해 데이터를 저장할 수 없을 때를 이야기합니다.

예를 들어 메모리에 남은 공간이 총 3기가일 때, 필요한 메모리의 양도 3기가이어서 메모리를 할당 받을 수 있을 것 같지만, 이 남은 공간 3기가가 1기가 * 3개로 나누어져 있는 상황을 말합니다.

internal fragmentation(내부 단편화)

– 고정된 길이만큼 메모리를 할당 할 때 발생하는 fragmentation입니다.

예를 들어 1기가가 필요한데 4기가를 할당해주어서 3기가가 낭비되고 있는 상황입니다.

먼저 주목해야 하는 것이 있습니다. internal fragmentation은 고정 길이 메모리 할당 방식에서 무조건 발생 한다는 것이죠. 레코드를 고정길이로 할당하든, 필드를 고정 길이로 할당하든, OS에서 메모리를 고정 길이로 할당하든. 고정 길이 방식의 고질적인 문제가 이 내부 단편화 인 것이죠.

반면에 가변 길이로 메모리를 할당하게 되면 “초기”에는 이러한 internal fragmentation(내부 단편화)가 발생하지 않습니다. 여기서 주의 해야 할 점은 “초기”입니다.

즉, 시간이 지나면 결국 internal fragmentation이 발생하게 됩니다. 메모리의 재 사용과 삭제가 발생하면서 말이죠. 어떤 레코드를 삭제하고, 그 공간을 재 사용 하려고 할 때, 재 사용 할 수 있는 공간이 3기가인데, 새로운 레코드의 길이가 2기가 라면 1기가의 internal fragmentation이 발생하게 됩니다. 그리고 이러한 공간이 모이고 모여서 external fragmentation 또한 발생하게 되죠.

– 고정 길이 방식 : 기본적으로 internal fragmentation이 존재한다. 메모리를 많이 할당하게 되면서 external fragmentation이 발생하게 되기도 한다.

– 가변 길이 방식 : 기본적으로는 internal fragmentation이 존재하지 않지만, 삭제 레코드를 재사용할 때 그 크기에 딱 맞는 레코드가 들어오지 않는 이상 internal fragmentation이 발생한다. 추후 external fragmentation이 발생하게 된다.

그렇다면 결국 가변 길이 방식과 고정 길이 방식 모두 내부 단편화와 외부 단편화가 발생하게 되는데요.

주로 OS에서는 Paging 기법(고정 길이 방식)을 사용 합니다. 고정 길이 방식에서 주로 발생하는 internal fragmentation이 비용이 더 적게 해결 할 수 있다고 판단 하는 것이지요.

Memory Fragmentation 해결 방법

: 낭비 공간의 처리 (storage Fragmentation)

external fragmentation의 해결방안

1) storage compaction(압축) : 주기적으로 삭제 공간을 회수하여 메모리 공간들을정리하는 방식 입니다. 비용이 많이 들어 자주 쓸 수 없는 것이 단점입니다. 주로 정해진 주기에 따라서 실행 됩니다.

2) Coalescing(통합) : 단편화로 인해 쪼개진 공간들 중 인접한 공간들을 합쳐서 더 크게 만드는 방식입니다.

3) placement strategy (배치 전략): 배치를 잘하는 방식을 사용하여 단편화의 발생 가능성을 최대한 줄이는 방식입니다. (best-fit, first-fit, worst-fit) 사실 시간이 지나면 어떤 방식을 쓰든 그게 그거인 경우가 대부분 입니다…

4) paging 기법 사용 : 고정 길이 방식의 대표 유형

Internal fragmentation의 해결 방법

1) Segmentation(세그멘테이션) : 가변 길이 방식의 대표 유형

2) 메모리 풀 : 동적 할당의 방식 중 하나. 미리 필요한 만큼 할당 받아서 만들어 둔 다는 것이 동적 할당(즉흥적으로 만들어짐)과 차이점 입니다.

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메모리 단편화(Fragmentation)에 대한 해결방법

메모리 단편화에 대한 개념과 이에대한 해결방법에 대하여 알아보겠다.

메모리 단편화

RAM에서 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져 사용가능한 메모리가 충분히 존재하지만 할당(사용)이 불가능한 상태를 보고 메모리 단편화 가 발생했다고 한다. 메모리 단편화는 내부 단편화와 외부 단편화로 구분 가능하다.

내부 단편화(Internal Fragmentation)

메모리를 할당할 때 프로세스가 필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당되어서 프로세스에서 사용하는 메모리 공간이 낭비 되는 상황

* 예를 들어 메모장을 켰는데 OS가 4kb를 할당해줬다. 그런데 사실상 1kb만큼만 사용하고 있을 때 필요 이상으로 프로세스가 메모리를 할당받았으므로 내부 단편화가 3kb만큼 생긴 것임.

외부 단편화(External Fragmentation)

메모리가 할당되고 해제되는 작업이 반복될 때 작은 메모리가 중간중간 존재하게 된다. 이 때 중간중간에 생긴 사용하지 않는 메모리가 많이 존재해서 총 메모리 공간은 충분하지만 실제로 할당할 수 없는 상황이다.

* 예를 들어 메모리 처음 주소에 8mb짜리 프로세스가 할당되었고 바로 이어서 16mb짜리 프로세스가 할당되었다고 가정했을 때 8mb짜리 프로세스를 종료시키면 메모리 처음 주소부터 8mb만큼 공간이 생긴다.

이런 식으로 계속해서 빈 메모리가 쌓이는데 예를 들어서 빈 메모리의 공간중에 제일 큰 빈 메모리가 8mb라고 한다면 9mb짜리 프로세스를 할당을 해야할 때 마땅한 공간은 없지만 전체적으로 메모리 여유는 있을 때 외부단편화가 생겼다고 한다.

메모리 단편화 해결방법

메모리 단편화에 대한 해결방법은 압축/통합/페이징/세그먼트/메모리풀 이 있다. 좀더 구체적으로 살펴보겠다.

압축(Compaction)

메모리 공간들을 재배치 하여, 단편화로 인해 분산되어 있는 메모리공간들을 하나로 합치는 기법이다.

통합(Coalescing)

단편화로 인해 분산된 메모리공간들을 인접해 있는 것끼리 통합시켜 큰 메모리 공간으로 합치는 기법이다. 압축은 재배치가 일어나지만 통합은 인접한 공간들끼리 통합된다는 차이가 있다.

페이징(Paging) – 가상 메모리 사용, 외부 단편화 해결

보조기억장치를 이용한 가상 메모리(Virtual Memory)를 같은 크기의 블록으로 나눈 것을 페이지(Page)라고 한다.

주 기억장치를 페이지와 같은 크기로 나눈 것을 프레임(Frame)이라고 한다.

페이징 기법이란 사용하지 않는 프레임을 페이지에 옮기고(swap-out), 필요한 메모리를 페이지 단위로 프레임에 옮기는(swap-in) 기법이다(중기 스케줄링). 외부 단편화는 해결이 되지만 내부 단편화는 해결되지 않는다.

세그멘테이션(Segmentation) – 가상 메모리 사용, 내부 단편화 해결

가상메모리를 사용한다는 것으로는 페이징 기법과 유사하지만 같은 크기로 나누지 않고 서로 다른 크기로 나누고 단위는 세그먼트(Segment)라고 하며, 이를 이용한 메모리 관리 기법을 세그멘테이션 기법이라고 한다. 내부 단편화는 해결이 되지만 외부 단편화는 해결되지 않는다.

메모리 풀(Memory pool) – 내부 단편화, 외부 단편화 해결

동적 할당과 비슷한 개념이지만 필요한 메모리 공간을 필요한 크기, 갯수만큼 사용자가 직접 지정하여 미리 할당받아 놓는다는 점에서 차이가 있다. 미리 할당받아서 메모리 풀을 만들어 놓고 필요할 때마다 사용하고 반납하는 것이 메모리 풀 기법이다.

메모리 풀 없이 동적할당과 해제를 반복하면 랜덤한 위치에 할당과 해제가 반복되면서 단편화를 일으킬 수 있지만 미리 공간을 할당해 놓는다면 필요할 때마다 할당받았던 메모리 공간을 가져다 쓰고 반납하기 때문에 메모리 할당과 해제로 인한 외부 단편화가 생기지 않는다. 필요한 크기만큼 할당을 해놓기 때문에 내부 단편화 또한 생기지 않는다는 장점이 있다. 하지만 메모리 단편화로 인한 메모리 낭비량보다 메모리 풀을 만들었지만 쓰이지 않는 메모리의 양이 큰 경우에는 사용하지 않아야 한다.

사전상의 의미인 내부 단편화와 외부 단편화는 생기지 않지만 미리 할당해 놓고 사용하지 않는 순간에도 역시 메모리 누수가 일어나는 것이므로 잦은 동적할당과 해제가 일어날 경우에 사용하는 것이 바람직하다.

연관정보 : 캐시메모리 개념과 매핑기법

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메모리 단편화(Memory Fragmentation)

메모리 단편화(Memory Fragmentation)란?

주 기억장치에서 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져서, 사용하기에 충분한 양의 메모리가 존재는 하지만 사실상 사용이 불가능한 경우 메모리 단편화가 발생했다고 한다. 메모리 단편화는 내부 단편화와 외부 단편화로 구분할 수 있다.

내부 단편화(Internal Fragmentation)

필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당이 되어서 할당 된 메모리 내부에 사용하는 메모리 공간 이외에 사용하지 않는 메모리 공간이 발생했을 때를 말한다.

외부 단편화(External Fragmentation)

메모리가 할당이 되고 해제가 되는 작업이 반복될 때 작은 단위의 메모리가 띄엄띄엄 존재하게 되는데 빈 메모리의 전체 공간은 충분한 양이지만 실제로 사용할 수 없는 경우를 말한다.

메모리 단편화(Memory Fragmentation) 해결 방법

압축(Compaction)

메모리 공간들을 재배치 하여, 단편화로 인해 분산되어 있는 메모리공간들을 하나로 합치는 기법이다.

통합(Coalescing)

단편화로 인해 분산된 메모리공간들을 인접해 있는 것끼리 통합시켜 큰 메모리 공간으로 합치는 기법이다. 압축은 재배치가 일어나지만 통합은 인접한 공간들끼리 통합된다는 차이가 있다.

페이징(Paging) – 가상 메모리 사용, 외부 단편화 해결

보조기억장치를 이용한 가상 메모리(Virtual Memory)를 같은 크기의 블록으로 나눈 것을 페이지(Page)라고 한다.

주 기억장치를 페이지와 같은 크기로 나눈 것을 프레임(Frame)이라고 한다.

페이징 기법이란 사용하지 않는 프레임을 페이지에 옮기고(swap-out), 필요한 메모리를 페이지 단위로 프레임에 옮기는(swap-in) 기법이다(중기 스케줄링). 외부 단편화는 해결이 되지만 내부 단편화는 해결되지 않는다.

세그멘테이션(Segmentation) – 가상 메모리 사용, 내부 단편화 해결

가상메모리를 사용한다는 것으로는 페이징 기법과 유사하지만 같은 크기로 나누지 않고 서로 다른 크기로 나누고 단위는 세그먼트(Segment)라고 하며, 이를 이용한 메모리 관리 기법을 세그멘테이션 기법이라고 한다. 내부 단편화는 해결이 되지만 외부 단편화는 해결되지 않는다.

메모리 풀(Memory pool) – 내부 단편화, 외부 단편화 해결

동적 할당과 비슷한 개념이지만 필요한 메모리 공간을 필요한 크기, 갯수만큼 사용자가 직접 지정하여 미리 할당받아 놓는다는 점에서 차이가 있다. 미리 할당받아서 메모리 풀을 만들어 놓고 필요할 때마다 사용하고 반납하는 것이 메모리 풀 기법이다.

메모리 풀 없이 동적할당과 해제를 반복하면 랜덤한 위치에 할당과 해제가 반복되면서 단편화를 일으킬 수 있지만 미리 공간을 할당해 놓는다면 필요할 때마다 할당받았던 메모리 공간을 가져다 쓰고 반납하기 때문에 메모리 할당과 해제로 인한 외부 단편화가 생기지 않는다. 필요한 크기만큼 할당을 해놓기 때문에 내부 단편화 또한 생기지 않는다는 장점이 있다. 하지만 메모리 단편화로 인한 메모리 낭비량보다 메모리 풀을 만들었지만 쓰이지 않는 메모리의 양이 큰 경우에는 사용하지 않아야 한다.

사전상의 의미인 내부 단편화와 외부 단편화는 생기지 않지만 미리 할당해 놓고 사용하지 않는 순간에도 역시 메모리 누수가 일어나는 것이므로 잦은 동적할당과 해제가 일어날 경우에 사용하는 것이 바람직하다.

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