[CS] 페이징과 세그멘테이션

👩🏻‍💻 페이징 (Paging)

📌 프로세스를 일정한 크기의 페이지로 분할해서 메모리에 적재하는 방식

• 페이지 : 고정 사이즈의 가상 메모리 내 프로세스 조각
• 프레임 : 페이지 크기와 같은 주 기억 장치의 메모리 조각

→ 하나의 프로세스가 사용하는 메모리 공간이 연속적이어야 한다는 제약을 없애는 메모리 관리 방법

▶️ 페이징 테이블 (Paging Table)

→ 페이징 테이블의 매핑

• 물리 메모리는 고정 크기의 프레임으로, 가상 메모리는 고정크기의 페이지로 분리되어 있음
• 개별 페이지는 순서에 상관 없이 물리 메모리에 있는 프레임에 매핑되어 저장

→ 즉, 모든 프로세스는 하나의 페이징 테이블을 가지고 있으며, 여기에는 메인 메모리에 적재되어 있는 페이지 번호와 해당 페이지가 위치한 메인 메모리의 시작 주소가 있음.

→ 이를 통해, 하나의 프로세스를 나눈 가상 메모리 페이지들이 각각 실제 메인 메모리의 어디 프레임에 적재되어 있는지 알 수 있음

▶️ 논리 주소와 페이지 테이블

• 논리 주소(Logical Address)는 <page, offset>과 같은 형태로 구성
• → 이를 이용해 물리 주소로 변환해줌

▶️ 페이징의 장단점

• 장점
  • 논리 메모리는 물리 메모리에 저장될 때 연속되어 저장될 필요가 없고, 물리 메모리의 남는 프레임에 적절히 배치되기 때문에 외부 단편화가 생기지 않음
• 단점
  • 내부 단편화 문제가 발생할 수 있음. 페이지 단위를 작게하면 해결할 수 있지만, 페이지 매핑 과정이 복잡해져 오히려 비효율적.

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👩🏻‍💻 세그멘테이션 (Segmentation)

📌 가상 메모리를 서로 크기가 다른 논리적 단위로 분할한 것을 의미 → 프로세스를 물리적 단위인 페이지가 아닌 논리적 단위인 세그먼트로 분할해서 메모리에 적재하는 방식 → 의미가 같지 않은 논리적 내용을 기준으로 프로그램을 분할하기 때문에 크기가 같지 않음

▶️ 세그먼트 테이블

• 분할 방식을 제외하면, 페이징과 세그멘테이션이 동일하기 때문에 매핑 테이블의 동작 방식도 동일
• 다만, 논리 주소의 앞 비트들은 페이징 번호가 아니라 세그먼트 번호가 될 것
• → <segment, offset> 형태로 구성
  → 세그먼트 번호를 통해 세그먼트의 기준(세그먼트의 시작 물리 주소)와 한계(세그먼트의 길이)를 파악할 수 있음

▶️ 세그멘테이션의 장단점

• 장점
  • 내부 단편화 문제가 해소됨
  • 보호와 공유 기능을 수행할 수 있음. 프로그램의 중요한 부분과 중요하지 않은 부분을 분리하여 저장할 수 있고, 같은 코드 영역은 한 번에 저장할 수 있음
• 단점
  • 외부 단편화 문제가 생길 수 있음

▶️ 페이징과 세그멘테이션

• 단순 페이지
  • 각 프로세스는 프레임과 같은 길이를 가진 균등 페이지로 나뉨
  • 외부 단편화가 생기지 않음
  • 내부 단편화가 존재할 수 있음
• 단순 세그멘테이션
  • 각 프로세스는 여러 세그먼트로 나뉨
  • 내부 단편화가 생기지 않음
  • 메모리 효율을 개선
  • 동적 분할을 통한 오버헤드가 감소
  • 외부 단편화가 존재할 수 있음
• 가상 메모리 페이징
  • 단순 페이징과 비교해 프로세스 페이지 전부를 로드할 필요가 없음
  • 필요한 페이지가 있으면 나중에 자동으로 불러들임
  • 외부 단편화가 생기지 않음
  • 복잡한 메모리 관리로 오버헤드가 발생할 수 있음
• 가상 메모리 세그멘테이션
  • 필요하지 않음 세그먼트들은 로드되지 않음
  • 필요한 세그먼트가 있을 때 나중에 자동으로 불러 들임
  • 내부 단편화가 생기지 않음
  • 복잡한 메모리 관리로 오버헤드가 발생할 수 있음