메모리 단편화 Memory Fragmentation
본 글은 제 개인적인 공부를 위해 작성한 글입니다. 틀린 내용이 있다면 언제든지 피드백을 주시면 감사하겠습니다. 참고로만 활용해주시길 바랍니다.
메모리 단편화
RAM에서 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져 사용 가능한 메모리가 충분히 존재하지만 할당(사용)이 불가능한 상태를 보고 메모리 단편화가 발생했다고 한다.
메모리 단편화 현상은 기억장치의 사용 가능한 공간을 줄이거나, 읽기/쓰기의 속도를 늦추는 문제점을 야기한다.
메모리 단편화의 종류
내부 단편화 Internal Fragmentation
기억 장치가 의도된 바 없이 할당되어 공간이 낭비되는 현상을 말한다.
내부라는 용어는 필요 없는 기억 자료가, 할당된 영역 안에 있지만 쓰이지 않는 것을 말한다.
메모리를 할당할 때 프로세스가 필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당되어서 프로세스에서 사용하는 메모리 공간이 낭비 되는 상황이다.
메모리 관리 기법 중 페이징 기법을 사용할 때 발생할 수 있다.
가령 메모장을 켰는데 운영체제가 $4kb$를 할당해줬다. 그런데 사실상 $1kb$만큼 사용하고 있을 때, 필요 이상으로 프로세스가 메모리를 할당받았으므로 내부 단편화가 $3kb$만큼 생긴 것이다.
외부 단편화 External Fragmentation
메모리의 여유 공간이 여러 조각으로 나뉘는 현상을 말한다.
외부라는 용어는 사용할 수 없는 기억 장소가 할당된 영역 밖에 있다는 것을 뜻한다.
메모리가 할당되고 해제되는 작업이 반복될 때 작은 메모리가 중간 중간 존재하게 된다. 이 때 중간 중간에 생긴 사용하지 않는 메모리가 많이 존재해서 총 메모리 공간은 충분하지만 실제로 할당할 수 없는 상황이다.
가령 메모리의 처음 주소에 $8mb$짜리 프로세스 $A$를 할당하고, 바로 이어서 $16mb$ 짜리 프로세스 $B$를 할당했다. 그리고 $A$를 종료시키면 메모리의 처음 주소에 $8mb$만큼의 공간이 생긴다.
이런 식으로 반복하면 빈 메모리가 쌓이게 되고, 나중에 $9mb$짜리 프로세스 $C$를 할당하려 할 때, 마땅한 공간은 없지만 전체적으로 메모리 여유는 있을 때 외부 단편화가 생겼다고 한다.
메모리 단편화 해결 방법
통합 Coalescing
메모리 내에 인접한 둘 이상의 공백을 그들 사이의 경계를 없애고 하나의 공백으로 합치는 것이다.
집약(압축) Compaction
메모리 내에 섞여있는 사용 중인 영역과 빈 영역을 각각 한쪽으로 몰아 빈 영역들을 하나로 모으는 것이다.
디스크 조각 모음이 하드디스크 상에서 집약을 수행하는 프로그램의 대표적인 예이다.
페이징 Paging
가상 메모리 사용, 외부 단편화 해결, 내부 단편화 존재
연속적이지 않은 공간도 활용할 수 있기 때문에 외부 단편화 문제를 해결할 수 있다.
페이지 단위를 가득 채워 사용하는 것이 아니므로 내부 단편화 문제는 존재한다.
페이지 단위를 작게하면 내부 단편화 문제도 해결할 수 있겠지만, 페이지 매핑 과정이 많아져 오히려 비효율적일 수 있다.
세그멘테이션 Segmentation
가상 메모리 사용, 외부 단편화 존재, 내부 단편화 해결
프로세스가 필요한 메모리만큼 할당해주기 때문에 내부 단편화를 해결할 수 있다.
프로세스가 메모리를 해제하면 여전히 외부 단편화 문제는 존재한다.
메모리 풀
필요한 메모리 공간을 필요한 크기, 개수만큼 사용자가 직접 지정하여 미리 할당받아 놓고 필요할 때마다 사용하고 반납하는 기법
큰 메모리 공간을 할당 받고, 필요할 때마다 가져다 쓰고 반납하기에 외부 단편화를 해결할 수 있다.
또한 필요한 크기만큼 할당하기 때문에 내부 단편화도 해결할 수 있다.
하지만,
너무 작은 메모리 풀을 사용하는 경우 메모리가 부족하여 충돌 가능하다.너무 큰 메모리 풀을 사용하는 경우 메모리 낭비 가능하다.- 운영 체제의 메모리 관리에 의존하지 않고 프로그램이 자체적으로 메모리를 관리하기 때문에 메모리 관련 문제를
디버깅하기 어려움 - 메모리 풀을 할당해놓으면 사용하지 않는 순간에도 계속 할당해놓으므로
메모리 누수가 있는 방식이다.
참고