[운영체제] 메모리 단편화(Memory Fragmentation)

메모리가 여러 조각으로 나누어져 할당할 수 있는 전체 용량이 충분함에도 불구하고 연속된 공간을 찾지 못해 메모리를 효율적으로 사용하지 못하는 현상

 

 

 

1. 외부 단편화 (External Fragmentation)

• 개념: 메모리의 여러 위치에 작은 빈 공간들이 분산되어 있는 상태로, 필요한 연속된 크기의 메모리 공간을 찾지 못해 메모리 할당이 불가능해지는 현상입니다.
• 예시: 10KB, 20KB, 5KB의 빈 공간이 여러 위치에 흩어져 있을 때, 30KB의 연속된 메모리를 요청하면 할당이 불가능합니다.
• 주로 발생하는 경우: 가변 크기 메모리 할당 방식에서 발생하며, 메모리 할당과 해제가 빈번하게 이루어질 때 빈 공간이 쪼개지며 나타납니다.

해결 방법

• 메모리 압축(Compaction): 메모리의 빈 공간을 한 곳으로 모아 연속된 큰 공간을 만듭니다. 하지만 메모리 압축은 많은 시간과 CPU 자원을 소모하므로 효율적이지 않을 수 있습니다.
• 페이징(Paging)과 세그멘테이션(Segmentation): 프로그램을 작은 단위로 나누어 물리 메모리의 비연속적인 공간에 저장하여 연속된 공간을 요구하지 않도록 합니다.

2. 내부 단편화 (Internal Fragmentation)

• 개념: 프로세스가 고정된 크기의 메모리 블록을 할당받았을 때, 필요보다 큰 메모리를 할당받아 남은 공간이 낭비되는 현상입니다.
• 예시: 프로세스가 18KB의 메모리를 요청했을 때, 시스템이 20KB 단위로 메모리를 할당하면 2KB가 남아 내부 단편화가 발생합니다.
• 주로 발생하는 경우: 고정 크기 메모리 할당 방식에서 발생하며, 메모리 블록 크기와 실제 사용 크기가 일치하지 않아 자원이 낭비될 수 있습니다.

해결 방법

• 가변 크기 메모리 할당: 고정 크기 대신 가변 크기의 메모리를 할당하여 프로세스가 실제로 필요로 하는 크기만큼 메모리를 할당합니다.
• 효율적인 메모리 할당 알고리즘: 예를 들어, 최적 적합(First Fit), 최소 적합(Best Fit), 최악 적합(Worst Fit) 등을 활용해 적합한 블록 크기로 메모리를 할당합니다.

메모리 단편화의 차이점 요약

구분외부 단편화 (External Fragmentation)내부 단편화 (Internal Fragmentation)

발생 원인	가변 크기 메모리 할당 시 연속된 공간이 부족할 때 발생	고정 크기 메모리 할당 시 프로세스가 남는 공간이 생길 때
해결 방법	메모리 압축, 페이징, 세그멘테이션	가변 크기 메모리 할당, 효율적 할당 알고리즘
주요 예시	여러 작은 빈 공간이 흩어져 있어 큰 메모리 할당이 불가능	고정 크기 블록 할당 시, 프로세스 크기보다 큰 공간 할당됨

결론

메모리 단편화는 시스템의 메모리 자원 낭비를 초래하여 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 메모리 관리 기법(페이징, 세그멘테이션)이나 효율적인 할당 알고리즘을 사용하여 메모리를 최대한 효율적으로 활용하는 것이 중요합니다.