메모리 관리 개념과 가상 메모리

✅ 1. 메모리 관리란?

➡ 컴퓨터가 여러 프로그램(프로세스)을 동시에 실행할 수 있도록 메모리를 효율적으로 나누고 관리하는 것이다.

📌 비유:

• 컴퓨터의 메모리는 책상과 같다.

• 책상이 크기가 제한되어 있어, 공간을 효율적으로 사용해야 한다.

• 여러 사람이 함께 사용하려면, 적절하게 공간을 배분하고 정리해야 한다.

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✅ 2. 메모리 관리가 중요한 이유

📌 메모리를 제대로 관리하지 않으면?

• 한 프로그램이 다른 프로그램의 데이터를 잘못 건드려 프로그램이 멈추거나 오류 발생 🚨

• 메모리 공간이 부족하여 새로운 프로그램 실행 불가 🛑

📌 책상 비유:

• 책상 위 물건을 정리하지 않으면 서로 물건이 섞이거나 떨어질 수 있다.

• 빈 공간이 없으면 새로운 사람이 책상을 사용할 수 없다.

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✅ 3. 메모리 관리의 핵심 역할

1️⃣ 메모리 공간 할당 (Allocation)

• 프로그램이 실행될 때 필요한 메모리 공간을 할당하는 과정이다.

• 📌 비유: 사용자가 책상에서 작업할 때 자리를 지정해 주는 것과 같다.

2️⃣ 메모리 공간 해제 (Deallocation)

• 프로그램이 끝나면 사용한 메모리 공간을 비워주는 과정이다.

• 📌 비유: 사용자가 다 쓴 공간을 정리해서 다음 사람이 사용할 수 있도록 하는 것과 같다.

3️⃣ 메모리 보호 (Memory Protection)

• 프로그램끼리 서로의 메모리 공간을 침범하지 못하도록 보호하는 기능이다.

• 📌 비유: 각자의 책상 공간을 테이프로 표시해 다른 사람이 건드리지 못하도록 하는 것과 같다.

4️⃣ 효율적인 메모리 관리

• 메모리 공간을 효율적으로 나눠서 최대한 많은 프로그램이 동시에 실행되도록 관리하는 것.

• 📌 비유: 큰 물건과 작은 물건을 적절히 배치해 책상 공간을 최대한 활용하는 것과 같다.

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✅ 메모리 주소 (Memory Address)

📌 메모리는 수많은 작은 방(공간)으로 구성된다.

• 각 방에는 고유한 번호(주소)가 있어 데이터를 저장하거나 찾을 때 사용된다.

• 이 고유 번호가 바로 메모리 주소이다.

📌 비유:

• 큰 아파트에 있는 수많은 방 → 각 방의 호수(101호, 102호 …) 와 같다.

• 프로그램이 데이터를 저장할 때, 주소를 사용해 정확한 위치를 찾는다.

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✅ 메모리 할당 (Memory Allocation)

📌 프로그램이 실행될 때 메모리의 일정 공간을 제공하는 과정이다.

📌 비유:

• 손님(프로그램)이 호텔에 왔을 때, 방을 할당받는 것과 같다. 🏨

• 손님이 필요한 만큼 방을 제공받으며, 다른 손님이 이미 사용 중인 방은 배정되지 않는다.

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✅ 메모리 해제 (Memory Release)

📌 프로그램이 종료되면, 사용하던 메모리 공간을 비워주는 과정이다.

📌 비유:

• 손님이 호텔을 떠나면, 방을 비워 다음 손님이 사용할 수 있도록 하는 것과 같다.

• 메모리를 해제하지 않으면 공간이 부족해지는 문제(메모리 누수)가 발생할 수 있다. 🚨

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✅ 연속 할당 vs 불연속 할당

📌 각각의 특징:

• 연속 할당: 빠르고 관리가 쉽지만, 공간이 부족하면 할당이 어려움

• 불연속 할당: 공간을 효율적으로 활용할 수 있지만, 관리가 복잡함

✅ 해결 방법: 가상 메모리(Virtual Memory)

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가상 메모리(Virtual Memory)란?

📌 실제 RAM보다 더 큰 공간을 프로그램이 사용할 수 있도록 운영체제가 관리하는 기술이다.

📌 비유:

• 책상이 작아도, 필요할 때마다 책을 책장에 보관하고 꺼내면서 사용하면 더 많은 일을 할 수 있다.

🔹 가상 메모리가 필요한 이유

1️⃣ 메모리 부족 문제 해결

• RAM이 부족해도, 디스크 공간을 활용해 부족한 메모리를 보완한다.

2️⃣ 큰 프로그램 실행 가능

• 실제 RAM보다 더 큰 프로그램도 실행할 수 있다.

3️⃣ 메모리 보호 및 안정성 증가

• 프로세스 간 충돌을 방지하고, 독립적인 주소 공간을 제공한다.

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✅ 가상 메모리의 핵심 개념

🔹 논리적 주소 (Logical Address) vs 물리적 주소 (Physical Address)

• 논리적 주소: 프로세스가 사용하는 가상의 주소

• 물리적 주소: 실제 RAM에서 사용하는 주소
  ✅ 운영체제는 논리적 주소를 물리적 주소로 변환하여 프로그램이 실행될 수 있도록 한다.

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✅ 프로세스의 메모리 구조

📌 비유:

• 코드는 요리 레시피 📜

• 데이터는 미리 준비된 재료 🥕

• 힙은 요리하면서 추가할 수 있는 재료 🎭

• 스택은 조리 과정에서 필요한 임시 도구 🍳

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✅ 페이지 교체(Page Replacement)

📌 메모리가 부족하면, 사용하지 않는 페이지를 내보내고 새로운 페이지를 불러오는 과정이다.

📌 비유:

• FIFO: 냉장고에서 가장 오래된 음식을 먼저 버림

• LRU: 최근에 사용하지 않은 재료부터 버림

• Optimal: 앞으로 필요 없는 재료를 먼저 버림

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✅ 핵심 정리

✔ 메모리 관리: 제한된 메모리를 효율적으로 나눠 사용하는 것
✔ 가상 메모리: 실제 RAM보다 더 큰 공간을 제공하는 개념
✔ 메모리 할당: 연속 할당 vs 불연속 할당
✔ 페이지 교체: FIFO, LRU, Optimal 알고리즘 사용

➡ 운영체제는 효율적인 메모리 관리를 통해 프로그램이 원활하게 실행되도록 돕는 역할을 한다.