운영체제는 여러 프로그램이 동시에 실행될 때 제한된 주기억장치(Main Memory) 를 효율적으로 분배해야 한다. 프로세스마다 필요한 메모리의 크기와 시점이 다르기 때문에 운영체제는 언제, 어디에, 어떻게 적재할 것인지를 결정하는 전략을 사용한다.
이번 학습에서는 주기억 장치 관리의 핵심 전략인 반입전략(Fetch Strategy) 과 배치전략(Placement Strategy), 그리고 이 과정에서 발생하는 단편화(Fragmentation) 개념을 정리한다.
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1. 기억장치 관리의 기본 원리
프로세스가 실행되기 위해서는 반드시 메모리에 적재(Load) 되어야 한다. 운영체제는 여러 프로세스가 동시에 메모리를 공유할 수 있도록 다음 세 가지 단계를 거쳐 관리한다.
| 구분 | 설명 |
|---|---|
| 반입전략 (Fetch Strategy) | 언제 메모리에 적재할 것인가 |
| 배치전략 (Placement Strategy) | 메모리의 어느 위치에 적재할 것인가 |
| 교체전략 (Replacement Strategy) | 어떤 프로세스를 내보내고 새로 올릴 것인가 |
이번 학습에서는 “반입전략”과 “배치전략”을 중심으로 정리한다.
2. 반입전략 (Fetch Strategy)
1) 개념
프로세스를 언제 주기억장치에 가져올 것인지를 결정하는 전략이다.
운영체제는 반입 시점을 선택함으로써 CPU 효율과 응답속도 사이의 균형을 맞춘다.
2) 종류
| 구분 | 설명 | 특징 |
|---|---|---|
| 요구 반입 (Demand Fetch) | 필요한 시점에 프로세스를 메모리에 적재 | 페이지 부재(Page Fault) 발생 시 반입 |
| 예상 반입 (Anticipatory Fetch) | 앞으로 필요할 것을 미리 예측하여 적재 | 문맥 전환(Context Switch) 시 효율적 |
| 사전 반입 (Prefetch) | 여러 페이지를 한꺼번에 미리 적재 | I/O 병목 완화 가능, 하지만 낭비 위험 있음 |
실기에서는 요구 반입(Demand Fetch)
3. 배치전략 (Placement Strategy)
1) 개념
반입된 프로세스를 어느 메모리 영역에 배치할 것인가를 결정하는 전략이다.
즉, “적재 위치 선택”에 관한 정책이다.
2) 종류
| 구분 | 동작 방식 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|
| 최초 적합 (First Fit) | 빈 공간을 앞에서부터 탐색, 처음 맞는 곳에 배치 | 탐색 빠름, 구현 단순 | 외부 단편화 발생 |
| 최적 적합 (Best Fit) | 빈 공간 중 가장 크기가 근접한 곳에 배치 | 공간 낭비 최소 | 작은 틈 공간 많아 외부 단편화 심화 |
| 최악 적합 (Worst Fit) | 가장 큰 공간에 배치 | 큰 프로세스 수용성 향상 | 공간 낭비 많음 |
3) 배치전략 예시
| 빈 공간 (KB) | 100 | 500 | 200 | 300 |
|---|---|---|---|---|
| 요청 크기 | 212 | |||
| First Fit | → 500KB에 배치 | |||
| Best Fit | → 300KB에 배치 | |||
| Worst Fit | → 500KB에 배치 |
시험에서는 “어느 블록에 배치되는가”를 묻는 계산형 문제가 자주 출제된다.
4. 단편화(Fragmentation)
메모리를 반복적으로 할당·회수하다 보면 사용할 수 없는 작은 틈이 생긴다. 이 현상을 단편화(Fragmentation) 라고 한다.
| 구분 | 설명 | 예시 |
|---|---|---|
| 내부 단편화(Internal Fragmentation) | 할당된 블록 내부에 남은 공간 | 90KB 요청 → 100KB 블록 사용 |
| 외부 단편화(External Fragmentation) | 블록 사이의 빈 공간이 연속되지 않아 사용 불가 | 여유 공간은 충분하지만 분산되어 있음 |
해결 방법:
- 압축(Compaction): 사용 중인 프로세스를 한쪽으로 몰아 빈 공간 결합
- 비연속 할당(Paging, Segmentation): 다음 단계의 가상메모리 기법 적용
5. 비교 요약
| 구분 | 반입전략 | 배치전략 |
|---|---|---|
| 핵심 질문 | 언제 적재할 것인가 | 어디에 적재할 것인가 |
| 대표 기법 | Demand Fetch, Prefetch | First Fit, Best Fit, Worst Fit |
| 고려 요소 | CPU 이용률, 응답시간 | 메모리 효율, 단편화 |
| 주요 출제포인트 | 페이지 부재(Page Fault) 발생 시점 | 메모리 블록 선택 규칙 |
6. 결론
주기억장치 관리 전략은 운영체제가 프로세스를 효율적으로 메모리에 배치하는 방법을 결정하는 핵심 영역이다. 시험에서는 주로 다음 세 가지 유형이 자주 출제된다.
- “반입전략 종류 구분 (요구 반입, 예상 반입)”
- “배치전략 비교 (First, Best, Worst Fit)”
- “내부·외부 단편화 구분 문제”
다음 학습 – 연속 메모리 할당기법
다음 학습에서는 연속 분할 할당 기법, 다중 분할 할당 기법, 단편화에 대해서 더 자세히 알아본다.