Sunjung ch09

sunjung/chapter07.md

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+layout: post
+title:  "[OS]CH07 메모리 관리 " 
+date:   2023-06-09 00:00:00 +0900
+category: OS
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+쉽게 배우는 운영체제
+
+# 01 메모리 관리의 개요 
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+## 01 메모리 이해하기 
+메모리 구조
+> - 1바이트 크기, 주소로 구분 
+> - CPU안에 있는 레지스터에 접근하는 속도보다 메모리에 접근하는 속도가 몇 배 이상 느림 
+> - 클럭: cpu 연산단위 
+> - <span style='color:blue'>계층적 구메모리 구조</span>: 메모리를 계층적 구조로 만들어 작업 속도를 올리고 가격을 낮추는 방법 
+>   - 메모리 관리의 복잡성은 충분히 크지 않은 메모리에서 여러 작업을 동시에 실행하는 문제에서 비롯됨 
+
+메모리에 있는 데이터를 CPU로 가져오는 과정 
+
+## 02 메모리 관리의 이중성 
+> - <span style='color: blue'>메모리 관리의 이중성</span>: 프로세스 입장에서는 메모리를 독차지하려 하고, 메모리 관리자 입장에서는 관리를 효율적으로 하고 싶어함. 
+
+## 03 소스코드의 변역과 실행 
+- 컴파일러: c언어, 자바 
+- 인터프리터: 자바스크립트, 파이썬 
+
+||컴파일러|인터프리터|
+|---|---|---|
+|목적|-오류발견: 심볼 테이블<br>-소스코드 최적화: 실행속도가 빨라짐<br>||
+|특징| - 실행 전에 소스코드를 점검하여 오류 수정<br>필요 없는 부분 정리 후 최적화된 실행 파일 만듬|한 행씩 위에서부터 아래로 실행되기 때문에 같은 일을 반복하는 경우, 필요 없는 변수를 확인할 수 없음|
+|과정|- <span style='color:blue'>목적코드</span>: 실행 전 단게의 코드이며 <br>아직 처리할 단계가 남아 있기 때문<br>소스코드 -> 컴파일러 -> 목적코드 -> 링커 -> 실행<br>- 동적 라이브러리: 함수가 변경되어도 새로 컴파일할 필요 없이 새로운 라이브러리만 사용 |순차적으로 실행|
+
+## 04 메모리 관리 작업 
+메모리 가져오기 
+> - 실행할 프로세스, 데이터 메모리로 가져오기
+
+메모리 배치 
+> - 가져온 프로세스와 데이터를 메모리의 어떤 부분에 올려놓을지 결정하는 작업
+> - 배치 작업 전에 메모리를 어떤 크기로 자를 것인지가 매우 중요함
+>   - 같은 크기? 실행되는 프로세스의 크기에 맞게? -> 메모리의복잡성이 달라짐
+
+     배치정책: 페이징과 세그멘테이션의 장단점을 파악하여 메모리를 효율적으로 관리할 수 있도록 정책을 만드는 것 
+||페이징|세그먼테이션|
+|---|---|---
+|특징|메모리를 같은 크기로 자르는 것|프로세스의 크기에 맞게 자르는 것 
+
+매모리 재배치 
+> - 꽉 찬 메모리에 새로운 프로세스를 가져오기 위해 오래된 프로세스를 내보내는 작업
+> - 자주 사용할 프로세스를 내보내면 성능 떨어짐
+
+<br>
+<br>
+
+---
+## 01 메모리 주소 
+
+## 01 32bit CPU와 64bit CPU의 차이 
+
+<span style='color:red'>비트: </span>CPU를 나타낼 때 CPU가 한번에 다룰 수 있는 데이터의 최대 크기
+
+> - 각종 버스의 크기: 32bit 
+> - 메모리 주소 공간: 물리 주소 공간 
+
+## 02 논리 주소와 물리 주소 
+단순 메모리 구조: 일괄 처리 시스템에서 볼 수 있음 
+> - 사용자 영역, 운영체제 영역
+> - 운영체제는 시스템을 관리하는 중요한 역할을 하기 때문에 사용자가 운영체제를 침범하지 못하도록 분리해서 관리 
+
+    문제점
+     - 사용자 프로세스는 운영체제 영역을 피해서 메모리에 적재됨 
+     - 운영체제의 크기에 따라서 매번 적재되는 주소가 달라짐 
+
+해결하고자 .. 
+> - 사용자 프로세스를 메모리의 최상위부터 사용
+> - 메모리를 최상위에서 운영체제 방향으로 내려오면서 사용 
+> - 운영체제의 크기에 상관없이 사용자 영역의 시작점을 결정할 수 있음 
+> - 메모리를 거꾸로 사용하기 위해 주소를 변경하는 일이 복잡해짐 
+
+<img align='center' width="398" alt="Screenshot 2023-06-09 at 11 47 30 AM" src="https://github.com/Sunjung-Dev/sunjung-dev.github.io/assets/76513889/9beb0501-79b7-4af9-807c-d71205ac1e4a">
+<br>
+<br>
+
+경계 레지스터 : 사용자 영역이 운영체제 영역으로 침범하는 것을 막기 위함 
+> - 운영체제 영역, 사용자 영역 경계 지점의 주소를 가짐 
+> - 메모리 관리자는 사용자가 작업을 요청할 때마다 경계 레지스터의 값을 벗어낫는지 검사, 벗어나면 프로세스 종료 
+
+
+논리 주소와 물리 주소의 변환 
+> - 실행을 위해 프로세스가 메모리에 올라오면 메모리는 빈 공간에 배치됨 
+
+||논리 주소|물리 주소|
+|---|---|---|
+|의미|사용자 입장에서 바라본 주소|메모리 입장에서 바라본 주소<br>메모리 주소 레지스터가 사용하는 주소, 컴퓨터에 꽂힌 램 메모리의 실제 주소 
+|특징|논리 주소 공간, 컴퓨터가 허용하는 최대의 주소 크기를 가짐|프로그램이 실행될 때마다 매번 바뀜<br> 0번지부터 시작하지만 최대 주소 크기는 컴퓨터에 설치됀 메모리 크기에 따라 달라짐
+
+
+> 메모리 관리 유닛: 논리주소 -> 물리주소 변환
+> - CPU안에 존재 
+> - 프로세스가 논리 주소에 접근할 때마다 이를 물리 주소로 변환하는 작업을 해줌 
+
+<img width="640" alt="Screenshot 2023-06-09 at 12 01 29 PM" src="https://github.com/Sunjung-Dev/sunjung-dev.github.io/assets/76513889/c357bb5f-2b3a-4009-aec6-4ea9ec44fc1e">
+
+## 논리주소 -> 물리주소 변환 과정 
+<img width="920" alt="Screenshot 2023-06-09 at 12 13 27 PM" src="https://github.com/Sunjung-Dev/sunjung-dev.github.io/assets/76513889/2c929cae-b5cc-4d5b-a8bd-9e0118de4c23">
+
+-----
+# 03 단일 프로그래밍 환경의 메모리 할당 
+
+## 01 메모리 오버레이 
+메모리 오버레이
+> - 프로그램의 크기가 실제 메모리보다 클 때 전체 프로그램을 메모리에 가져오는 대신 적당한 크기로 잘라서 가져오는 기법 
+> - 프로그램을 몇 개의 모듈로 나누고 필요할 때마다 모듈을 메모리에 가져와 사용 
+> - 프로그램 전체를 메모리에 올려놓고 실행하는 것보다 속도가 느리지만 메모리가 프로그램보다 작을 때도 실행할 수 있음 
+
+        1. 한정된 메모리에서 메모리보다 큰 프로그램 실행 가능 
+        2. 프로그램의 전체가 아니라 일부만 올라와서 실행 가능 
+
+> 프로그램 카운터가 결정
+> - 프로그램 카운터: 앞으로 실행할 명령어의 위치를 가리키는 레지스터 
+> - 해당 모듈이 메모리에 없으면 메모리 관리자에게 요청해서 가져오게 함 
+
+
+## 스왑 
+> 스왑: 메모리가 모자라서 쫒겨난 프로세스를 저장장치의 특별한 공간에 모아둠
+>   - 스왑인: 스왑 영역에서 메모리로 데이터를 가져오는 작업
+>   - 스왑아웃: 메모리에서 스왑 영역으로 데이터를 내보내는 작업 
+> - 메모리 관리자가 관리 
+> - 메모리 오버레이 + 스왑 함께 사용할 때 
+>   - 스왑 이용하면 스왑 영역의 크기가 메모리의 크기로 인식 
+
+*질문*
+
+<span style="color:pink">메모리 영역이 부족해서 프로그램 쪼개서 메모리 오버레이 사용하는데 스왑영역을 사용하면 이 자원은 어디서 나오는건지 /? -> 저장장치의 일부인가 ?</span>
+
+---
+# 04 다중 프로그래밍 환경의 메모리 할당 
+## 01 메모리 분할 방식 
+> 가변 분할 방식 
+>   - 프로세스의 크기에 따라 메모리를 나눔 
+>   - 연속 메모리 할당: 물리 메모리에서 하나의 프로세스에 해당하는 주소 공간이 연속적으로 이어지기 때문
+> 고정 분할 방식 
+>   - 프로세스의 크기와 상관없이 메모리를 같은 크기로 나눔 
+>   - 비연속 메모리 할당 
+
+
+||가변 분할 방식|고정 분할 방식|
+|----|-----|----|
+|의미|프로세스의 크기에 따라 메모리를 나눔| 프로세스의 크기와 상관없이 메모리를 같은 크기로 나눔 
+|특징|연속 메모리 할당: 물리 메모리에서 하나의 프로세스에 해당하는 주소 공간이 연속적으로 이어지기 때문|비연속 메모리 할당 
+|장점|하나의 프로세스를 연송된 공간에 배치 가능|메모리 관리가 편함, 부가적인 작업 필요없음|
+|단점|메모리 관리가 복잡함, 연속적인 공간을 할당하려면 메모리 통합 과정 필요함|프로세스가 여러 곳으로 나뉠 수 있음 |
+
+## 02 가변 분할 방식의 메모리 관리 
+> - 가변 분할 방식: 프로세스의 크기에 맞춰 메모리를 할당하는 방법 (=세그먼테이션 메모리 관리 기법)
+> - 단편화: 프로세스 사이에 발생한느 작은 빈 공간 
+>   - <span style='color:blue'>외부 단편화</span>: 조각이 프로세스의 바깥쪽에 위치 
+>   - <span style='color:pink'>메모리 배치 방식</span>: 작은 조각이 발생하지 않도록 프로세스를 배치
+>       - 선처리
+>   -  <span style='color:pink'>조각 모음 </span>: 조각이 발생했을 때 작은 조각들을 모아서 하나의 큰 덩어리로 만드는 작업
+>       - 후처리
+
+### 메모리 배치 방식 
+> - 최초 배치, 최적 배치, 최악 배치 + 버디 시스템<br>
+>   - 최초 배치: 빈 공간을 찾아다닐 필요 없음 
+>   - 최적 배치 : 빈 공간 모두 확인해야 하는 부가적인 방법, 단편화가 안일어날 수 있는 가능성이 있음 
+>   - 취악 배치 방식: 프로세스를 배치하고 남은 공간이 크기 때문에 이 공간이 쓸모가 있음 
+>       - 빈 공간의 크기가 클 때는 효과적
+
+<img width="736" alt="Screenshot 2023-06-09 at 3 01 27 PM" src="https://github.com/Sunjung-Dev/sunjung-dev.github.io/assets/76513889/c8577f9d-46e8-4885-93ba-794b029a5fc8">
+
+### 조각 모음 
+> - 조각 모음: 단편화가 발생하면 이미 배치된 프로세스를 옆으로 옮겨 빈 공간들을 하나의 큰 덩어리로 만들어야 함 
+>   - 여러 개의 빈 고오간을 합치는 작업, 메모리 통합 
+>   - 진행방식: 프로세스 멈춤 -> 이동 -> 주소 변경 -> 다시 시작: 시간 많이 걸림 ,, 
+----
+## 03 고정 분할 방식의 메모리 관리 
+
+고정 분학 방식 
+> - 페이징: 물리 메모리를 나누는 방식 
+> - 프로세스의 크기에 상관없이 메모리를 같은 크기로 나눔
+> - 낭비되는 공간이 생김 
+> - 내부 단편화: 각 메모리 조각에 프로세스를 배치하고 공간이 남는 것 
+----
+## 04 버디 시스템 
+가변 분할 방식의 단점인 외부 단편화를 완화하는 방법 
+> - 가변 분할 방식과 고정 분할 방식의 중간 구조 
+
+    1. 프로세스의 크기에 맞게 메모리 1/2로 자르고 프로세스를 메모리에 배치
+    2. 나뉜 메모리의 각 구역에는 프로세스가 1개만 만들어짐
+    3. 프로세스가 종료되면 주변의 빈 조각과 합쳐서 하나의 큰 덩어리를 만듬 
+> - 프로세스가 종료될 때마다 빈 구역을 하나로 합침
+특징 
+> - 메모리가 프로세스 크기대로 나뉘고, 하나의 구역에 다른 프로세스가 들어갈 수 없고 메모리의 한 구역 내부에 조각이 생겨 내부 단편화가 발생
+> - 비슷한 크기의 덩어리가 모여 있음 -> 통합 쉬움 
+> - 조각 모음을 하지 않아도 간단히 큰 덩어리를 만들 수 있음 
+
+----
+## 05 분할 컴파일과 메모리 관리 
+## 01 분할 컴파일 
+다중 소스 코드: 여러 개의 소스코드 파일을 사용하여 하나의 실행 파일을 만드는 것 
+분할 컴파일: 여러 개의 소스코드를 각각 컴파일하여 하나의 실행 파일로 만드는 것 
+
+## 02 변수와 메모리 할당 
+> - 범위: 변수를 사용할 수 있는 영역 
+> - 컴파일러: 변수를 사용할 때마다 사용 범위를 넘는지 점검 
+> - 변수의 종류마다 크기 정해져있음 -> 시작 주소만 명시 
+> - 변수 == 메모리 주소
+
+
+*질문*<br>
+그냥 궁굼한거 <br>
+메모리 영역이 부족해서 프로그램 쪼개서 메모리 오버레이 사용하는데 스왑영역을 사용하면 이 자원은 어디서 나오는건지? -> 메모리 공간을 미리 쪼개놓은 일부 공간인가?
+
+의논 질문<br>
+1.  메모리 오버레이에 대해 설명하고 이에 대한 한계점을 처리하기 위한 방법을 설명하시오
+2.  가변분할방식과 고정분할방식의 차이점을 설명하시오 
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