프레임 할당 (Frame Allocation)

핵심 개념

프레임 할당은 시스템의 물리 메모리 프레임을 여러 프로세스에 어떻게 나누어 줄 것인가를 결정하는 정책이다. 마치 기숙사 방을 학생들에게 배분하는 것처럼, 한정된 프레임을 프로세스들에게 공정하고 효율적으로 분배해야 한다.

각 프로세스는 정상 실행을 위해 최소 프레임 수가 필요하다. 이 최솟값은 CPU 아키텍처가 결정한다. 예를 들어 IBM 370의 MVC(Move Characters) 명령어는 source, destination, 명령어 자체를 위해 최소 6개 프레임이 필요하다.

동작 원리

할당 전략

전략	방식	특징
균등 할당 (Equal)	m개 프레임을 n개 프로세스에 m/n씩 배분	단순하지만 프로세스 크기 무시
비례 할당 (Proportional)	a_i = (s_i / S) x m (프로세스 크기에 비례)	크기에 맞는 배분, 공정함
우선순위 기반 할당	높은 우선순위 프로세스에 더 많은 프레임	중요 프로세스 성능 보장

여기서 s_i는 프로세스 i의 크기, S는 모든 프로세스 크기의 합, m은 총 가용 프레임 수이다.

교체 범위

페이지 교체 시 어디서 victim을 선택할 수 있는지에 따라 두 가지로 나뉜다.

Global Replacement                   Local Replacement
┌──────────────────────┐            ┌──────────────────────┐
│ P1: [a][b][c]        │            │ P1: [a][b][c]        │
│ P2: [d][e][f] ◄─victim│            │ P2: [d][e][f]        │
│ P3: [g][h][i]        │            │ P3: [g][h][i] ◄─victim│
│                      │            │    (P3 자신의 프레임만) │
│ 모든 프레임에서 선택    │            │                      │
└──────────────────────┘            └──────────────────────┘

방식	장점	단점
Global Replacement	처리량(throughput) 높음	다른 프로세스에 영향, 예측 불가
Local Replacement	예측 가능, 독립적	메모리 활용도 낮을 수 있음

Linux의 메모리 관리

• kswapd: 백그라운드 데몬이 여유 메모리를 모니터링하며, 부족하면 미리 페이지를 회수
• OOM Killer: 메모리가 극도로 부족하면 프로세스를 강제 종료하여 메모리 확보

예시

총 프레임: 60개, 프로세스 3개

프로세스 크기: P1=10KB, P2=30KB, P3=20KB (합계 S=60KB)

균등 할당:
  P1 = 60/3 = 20프레임
  P2 = 60/3 = 20프레임
  P3 = 60/3 = 20프레임

비례 할당:
  P1 = (10/60) × 60 = 10프레임
  P2 = (30/60) × 60 = 30프레임
  P3 = (20/60) × 60 = 20프레임

→ 비례 할당이 프로세스 크기에 맞는 공정한 배분

관련 개념

• 페이지 교체 기본 개념
• 스래싱
• 워킹셋 모델