운영체제 레포트 - 기억장치의 개념과 주기억장치의 할당에 대해 설명하시오.

I. 서론

프로그램을 여러 개 띄운 노트북이 갑자기 느려질 때 나는 예전에는 저장공간부터 확인했다. SSD에 빈 공간이 많은데도 왜 느린지 이해하지 못했다. 운영체제 수업에서 주기억장치와 보조기억장치의 차이를 배우고 나서야 실행 중인 프로그램이 쓰는 공간과 파일을 장기간 보관하는 공간이 다르다는 점이 분명해졌다. CPU가 명령을 실행하려면 필요한 코드와 데이터가 접근 가능한 기억장치에 있어야 하고, 운영체제는 여러 프로세스가 한정된 주기억장치를 안전하게 나누어 쓰게 해야 한다. 주기억장치 할당 문제는 빈 칸에 프로그램을 넣는 퍼즐보다 복잡하다. 주소 변환, 보호, 단편화, 공유, 속도를 함께 고려해야 하며 현대 시스템에서는 페이징과 가상기억장치가 그 문제를 다루는 중심 방법이 됐다.

II. 본론

1) CPU와 저장장치 사이에서 기억장치가 맡는 자리

기억장치는 컴퓨터가 명령과 데이터를 저장하고 필요할 때 읽고 쓰는 장치를 넓게 가리킨다. CPU 내부의 레지스터와 캐시, 주기억장치인 RAM, SSD나 하드디스크 같은 보조기억장치는 속도와 용량, 가격, 휘발성에서 차이가 있다. CPU에 가까운 저장계층일수록 보통 접근 속도가 빠르지만 용량이 작고 비싸며, 보조기억장치는 큰 용량을 비교적 저렴하게 제공하지만 접근 시간이 길다. 운영체제는 이 계층을 이용해 자주 필요한 정보는 빠른 곳에 두고 덜 급한 정보는 느린 곳에 두는 방향으로 자원을 관리한다.

주기억장치는 실행 중인 프로그램의 코드와 데이터가 놓이는 핵심 공간이다. 전원이 꺼지면 내용이 사라지는 휘발성 메모리지만 CPU가 보조기억장치보다 훨씬 빠르게 접근할 수 있다. 프로그램 파일이 SSD에 저장돼 있어도 실행할 때 필요한 부분은 메모리로 적재된다. 여러 프로그램이 동시에 실행되면 각 프로세스의 코드, 전역 데이터, 힙, 스택과 운영체제 영역이 한정된 물리 메모리를 나눠 쓴다. 이때 운영체제는 어느 주소를 어느 프로세스가 사용할 수 있는지 관리한다.

주소에는 프로그램이 보는 논리 주소 또는 가상 주소와 실제 RAM 위치를 뜻하는 물리 주소를 구분할 필요가 있다. 프로그램이 매번 실제 물리 위치를 알아야 한다면 메모리의 빈 곳이 달라질 때마다 코드를 바꿔야 하고 다른 프로세스와 충돌하기 쉽다. 주소 변환 기능을 두면 각 프로세스는 일정한 형태의 가상 주소 공간을 사용하고 하드웨어와 운영체제가 그 주소를 실제 물리 위치로 대응시킨다. 이 분리는 재배치와 보호를 쉽게 만든다.

메모리 보호도 할당의 핵심 목적이다. 한 프로세스가 실수로 다른 프로세스의 코드나 데이터를 덮어쓰면 시스템 전체가 불안정해질 수 있다. 사용자 프로그램이 운영체제 커널 영역을 마음대로 수정하는 일은 더 큰 문제다. 주소 범위를 검사하고 페이지마다 읽기, 쓰기, 실행 권한을 두는 이유가 여기에 있다. 메모리 관리 장치는 주소 변환 과정에서 권한을 검사해 허용되지 않은 접근을 막는다.