⚡ 운영체제 - 메모리 단편화와 해결 기법

🔹 단편화(Fragmentation)란?

• 단편화는 메모리 공간이 비효율적으로 분할되어 사용되지 못하는 현상을 말한다.
• 주로 메모리 할당과 해제가 반복되면서 발생하며, 전체 메모리 용량이 충분하더라도 실제 할당이 불가능한 상황이 발생할 수 있다.
• 크게 내부 단편화와 외부 단편화로 나뉜다.

🔹 내부 단편화(Internal Fragmentation)

▫️ 정의

• 할당된 메모리 블록 내부에 사용되지 않는 공간이 존재하는 경우
• 고정 크기 메모리 블록을 사용하는 시스템에서 발생

▫️ 예시

• 프로세스가 18KB 필요하지만, 시스템은 20KB 단위로만 할당 → 2KB 낭비

▫️ 특징

• 블록 내부의 미사용 공간
• 사용자 입장에서는 접근 불가
• 해결이 어려움

🔹 외부 단편화(External Fragmentation)

▫️ 정의

• 메모리 전체에는 충분한 여유 공간이 존재하지만, 연속된 공간이 부족해서 할당이 불가능한 경우

▫️ 예시

• 5KB, 8KB, 3KB 조각이 흩어져 있지만, 10KB 연속 공간이 없음

▫️ 특징

• 블록 외부의 조각난 공간
• 동적 할당이 잦은 시스템에서 자주 발생

🔹 단편화 해결 기법

▫️ 압축(Compaction)

• 외부 단편화를 줄이기 위해 조각난 메모리를 한쪽으로 몰아 연속 공간 확보
• 전체 프로세스를 이동시켜야 하므로 비용이 큼

▫️ 페이징(Paging)

• 물리 메모리를 고정 크기의 프레임으로 나누고, 가상 메모리를 페이지 단위로 관리
• 연속된 물리 공간이 필요 없어 외부 단편화 발생하지 않음
• 내부 단편화는 여전히 존재할 수 있음

▫️ 세그멘테이션(Segmentation)

• 메모리를 의미 단위(세그먼트)로 나누어 관리
• 논리 구조는 좋지만, 여전히 외부 단편화는 발생

🔹 비교 요약

구분	내부 단편화	외부 단편화
발생 위치	블록 내부 미사용 공간	블록 외부 조각 공간
원인	고정 크기 블록 할당	연속된 공간 부족
해결 방식	제한적 (해결 어려움)	압축, 페이징 등으로 해결 가능

🔹 정리

• 단편화는 메모리 효율성에 직접적인 영향을 주는 문제이며, 메모리 관리 전략 선정의 기준이 된다.
• 운영체제 설계, GC 튜닝, 메모리 최적화 문제 등에서도 단편화 개념은 유효하게 작동한다.
• 페이징과 세그멘테이션은 단편화 해결을 위한 대표적인 구조이며, 각각의 장단점을 숙지해야 한다.