[TAOCP] 2.5 동적인 저장소 할당

[TAOCP]
2.5 동적인 저장소 할당

ohyecloudy
http://ohyecloudy.com
아꿈사
http://cafe.naver.com/architect1.cafe

2011.06.04

동적 저장소 할당 알고리즘dynamic storage allocation
커다란 저장소 영역에서
가변 크기 메모리 블록들을 예약하고 해제

예약
최초 적합법
해제
정렬된 목록을 이용한 해제
단짝buddy 시스템
단짝 시스템 예약
단짝 시스템 해제
50 퍼센트 규칙

메모리 맵
00000
20000
40000
60000
80000
100000

예약된 영역
자유 영역

가용 공간의

이러한 분할을

컴퓨터 안에서 어떻게 표현?

가용 조각segment들을 함께 연결
장소 SIZE LINK
0 101 632
632 42 1488
… … …
73654 1909 77519
77519 53553 Λ

마지막 링크 표시

가용 공간의 표현이 주어졌을 때,

크기가 n인 블록을 찾고 예약하는

알고리즘은 무엇인가?

최적 적합법best-fit method
크기가 n보다 크거나 같은 블록 중 가장 작은 블록
목록 전체를 검색 (크기가 같은 블록을 찾기 전까지)

최초 적합법first-fit method
크기가 n보다 크거나 같은 블록 중 최초로 발견된 것 선택

최적 적합법이 짱인가?
이름에 best가 붙었잖아
역사적으로 수년 동안 널리 쓰임
속도가 느리고 매우 작은 블록들 개수가 늘어남

메모리 요청 가용 공간(최초 적합) 가용 공간(최적 적합)
1300, 1200 1300, 1200
1000 300, 1200 1300, 200
1100 300, 100 200, 200
250 50, 100 실패

최초 적합법을 우선 선택하는 게 낫다.
두 방법 중
어느 것이 확실히 더 뛰어나지 않다.
그러니 걍 빠르고 더 단순한 걸 쓰자.

A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)

A2.[목록의 끝?]
P ← LINK(Q)
if (P == Λ) {FAIL!}

A3.[SIZE가 충분한가?]
if (SIZE(P)≥N) {goto A4} else { Q ← P, goto A2 }

A4.[N만큼 예약]
K ← SIZE(P) – N
if (K == 0) {LINK(Q) ← LINK(P)} else {SIZE(P) ← K}

AVAIL
A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
A2.[목록의 끝?]
P ← LINK(Q)


A4.[N만큼 예약]
K ← SIZE(P) – N

AVAIL
A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
A2.[목록의 끝?]
P
P ← LINK(Q)
LINK(LOC(AVAIL)) = AVAIL이라 가정


A4.[N만큼 예약]
K ← SIZE(P) – N

AVAIL
A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
A2.[목록의 끝?]
P
P ← LINK(Q)

A3.[SIZE가 충분한가?] 공간이 부족하다고 가정하고 진행


A4.[N만큼 예약]
K ← SIZE(P) – N

AVAIL
A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
A2.[목록의 끝?]
P
P ← LINK(Q)
사이즈가 충분하다고 가정
goto A4

A4.[N만큼 예약]
K ← SIZE(P) – N

AVAIL
A1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
A2.[목록의 끝?]
P
P ← LINK(Q)


공간이 남으면 SIZE만 업데이트
A4.[N만큼 예약] 남지 않으면 블록 제거
K ← SIZE(P) – N

좀 낭비하고 세부 사항 처리 부하 줄이기
SIZE(P)가 N+1과 같다면 크기가 1인 블록이 남는다.
쓰지도 못하고 세부 사항 처리 부하만 생김
안 써도 보너스로 붙여서 할당해버림

A4 단계를 변경
P509

쓰레기 수거 garbage collection 기법
현재 쓰이고 있는 모든 영역을 쉽게 찾기 X
메모리가 거의 차 있을 때에는 느려지는 경향
메모리를 필요 이상으로 잘게 분할

병합 문제
인접한 두 자유 영역을 하나로 합치기
쓰레기 수거 기법에 의존하지 않으려면 해결해야 함

세 영역을 합치기
두 가용 블록들로 감싸진 한 영역이 자유로워질 때
균형 잡힌 메모리 구성 (50퍼센트 규칙 참고)

어려워
반환된 블록의 양쪽 영역들이 사용 가능한지 판정

정렬된 AVAIL 목록
메모리 장소가 증가하는 순으로 유지
해결책

AVAIL 목록이 메모리 장소를 기준으로 정렬
B1.[초기화] LINK(P) != Λ 이면 LINK(P) > P
Q ← LOC(AVAIL)
P0에서 시작해
B2.[P 전진] 크기가 N인 블록을 AVAIL 목록에 추가

P ← LINK(Q)
if (P==Λ || P > P0) {goto B3} else {Q ← P, goto B2}

B3.[상계 점검]
if (P0+N==P && P!=Λ) {N←N+SIZE(P), LINK(P0)←LINK(P)}
else {LINK(P0) ← P}

B4.[하계 점검]
if (Q+SIZE(Q)==P0){SIZE(Q)←SIZE(Q)+N, LINK(Q)←LINK(P0)}
else {LINK(Q)←P0, SIZE(P0)←N}

AVAIL
B1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
SIZE = N
B2.[P 전진]
P0 AVAIL 목록에 추가할 블록
P ← LINK(Q)

B3.[상계 점검]

B4.[하계 점검]

P
AVAIL
B1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
SIZE = N
B2.[P 전진]
P0
P ← LINK(Q)

B3.[상계 점검]

B4.[하계 점검]

P
AVAIL
B1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
Q
SIZE = N + SIZE(P)
B2.[P 전진]
P0
P ← LINK(Q)

B3.[상계 점검]

B4.[하계 점검]

AVAIL
B1.[초기화]
SIZE = N + SIZE(P) + SIZE(Q)
Q ← LOC(AVAIL)
Q
SIZE = N + SIZE(P)
B2.[P 전진]
P0
P ← LINK(Q)

B3.[상계 점검]

B4.[하계 점검]

B1.[초기화]
Q ← LOC(AVAIL)
병합하지 못할 때, 링크를 이어주고 사이즈 조정
즉, 사이에 예약된 공간이 있을 때 처리
B2.[P 전진]
P ← LINK(Q)

B3.[상계 점검]

B4.[하계 점검]

AVAIL 목록 검색이 필수인 알고리즘
평균적으로 AVAIL 목록의 반정도

검색이 필요 없는 알고리즘은 없을까?
이중 연결 방식 AVAIL 목록, TAG 필드 사용으로 가능
P512

모든 블록의 길이가 2의 거듭제곱

계층적으로 블록을 둘로 나눔
요청한 크기에 맞을 때까지
나누어서 생긴 두 블록들을 단짝buddy이라고 부름

36인데, 4를 요청한다면
36 → 16 + 16, 16 → 8 + 8, 8 → 4 + 4
4는 예약된 블록,
16, 8, 4 는 자유 블록

단짝 주소를 쉽게 알 수 있다.
블록의 주소와 블록의 크기를 알아야 함
주소가 101110010110000 블록에서 크기가 16인 단짝은?
101110010100000

R1.[블록을 찾는다]
k≤j ≤m이며 AVAILF[j]≠LOC(AVAIL[j])가 되는 j를 찾음

R2.[목록에서 제거]
L ← AVAILF[j], P ← LINKF[L], AVAILF[j] ← P
LINKB(P) ← LOC(AVAIL[j]), TAG(L) ← 0

R3.[분할이 필요한가?]
if (j==k)이면 끝

R4.[분할한다]
j ← j-1, P←L+2�� ,TAG(P)←1,KVAL(P)←j,
LINKF(P)←LINKB(P)←LOC(AVAIL[j]), AVAIL[j]←AVAILB[j]←P
goto R3


R2.[목록에서 제거] 분할이 안 된 자유 블록이 있다고 가정
크기는 4. 즉 22 .
L ← AVAILF[j], P ← LINKF[L], AVAILF[j] ← P m=2
크기가 2인 블록을 할당 받고 싶다고 한다.
R3.[분할이 필요한가?] k=1
즉,
if (j==k)이면 끝
분할이 안 됐기 때문에 j=2.
R4.[분할한다]
j ← j-1, P←L+2�� ,TAG(P)←1,KVAL(P)←j,
goto R3



R3.[분할이 필요한가?] AVAIL 목록에서 블록을 제거
if (j==k)이면 끝
L은 찾아서 예약한 블록
R4.[분할한다]
j ← j-1, P←L+2�� ,TAG(P)←1,KVAL(P)←j,
goto R3


j를 1 줄이고 단짝으로 블록을 나눈다.
R3.[분할이 필요한가?]
if (j==k)이면 끝 L은 단짝 중 예약된 블록이고
P는 가용한 블록으로 만든다.
R4.[분할한다]
P는 AVAIL[j] 목록에 넣는다.
j ← j-1, P←L+2�� ,TAG(P)←1,KVAL(P)←j,
goto R3

S1.[단짝이 가용인가?]
P ← �� (L)
if ((k=m || TAG(P) == 0) || (TAG(P)==1 && KVAL(P)≠k)
{goto S3}

S2.[단짝과 합친다]
LINKF(LINKB(P))←LINKF(P),LINKB(LINKF(P)←LINKB(P)
k←k+1, if(P<L) {L←P}
goto S1

S3.[목록에 추가]
TAG(L)←1, P←AVAILF[k], LINKF(L) ←P, LINKB(P)←L
KVAL(L)←k, LINKB(L)←LOC(AVAIL[k]),AVAIL[k]←L

P ← �� (L)
{goto S3}
단짝이 예약됐다면
k=m, 즉 최고 큰 블록이라면
합치지 않고
k←k+1, if(P<L) {L←P} S3로 가서 목록에 추가하고 끝
goto S1


P ← �� (L)
{goto S3} AVAIL[k] 목록에서 블록 P를 제거

S2.[단짝과 합친다] L이 합쳐진 단짝 처음을 가리킨다.
goto S1


P ← �� (L)
{goto S3}

goto S1

블록 L을 AVAIL[k] 목록에 넣는다.

평형 상태로 가는 경향이 생기도록
알고리즘 A와 B를 연속해서 사용한다면

1
가용 블록의 평균 개수는
��
2
�� – 시스템 예약된 블록들 평균 개수
�� – 알고리즘 A의 수량 K가 0이 아닐 확률
재사용될 가능성이 낮은 수량.

증명
p516

시뮬레이션
p517 ~ p522

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