메모리(Memory)란? - 메모리를 제어하는 개발자

건우(gunoo) 2023. 5. 8. 03:28

1. 메모리가 부족해요

[JS]

"Out of memory: process ran out of memory"
"RangeError: out of memory"

[SWIFT]

"Fatal error: Out of memory"
"Thread 1: EXC_RESOURCE RESOURCE_TYPE_MEMORY (limit=XX MB, unused=0x0)"

[JAVA / KOTLIN]

"java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space"
"java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded"

개발자들에게 "메모리가 부족" 하다는 문제는 친숙하게 느껴진다.

-. 위와 같은 에러메세지로 만나본적도 있고,

-. 유저들로 부터 "로딩이 너무 느려요" 와 같은 문제로 만나본적도 있으며,

-. 어떠한 에러에 대해 "메모리 부족인가?" 와 같은 원인을 추측해보기도 한다.

[메모리] 부족의 문제를 나는 구체적으로 어떻게 해결했는지 생각해보면, 물론 정확하게 원인을 찾아 수정한 경우도 있었지만, 시간이 흘렀거나, 재부팅, 앱을 껏다 키는 행위 등을 통해 문제가 해결되어 버린 경우도 많은 것 같다.

메모리를 정확하게 알고 조작하는 레벨로 오르기를 바라며, [메모리]에 대한 지식을 정리해보려고 한다.

2. 컴퓨터의 작업 방식

1) CPU 와 Memory 의 협업

컴퓨터가 작동하는 방식을 간략하게 표현하자면, 외부에서 들어오는 다양한 입력값(Input)을 CPU가 처리하여 출력(Output)하는 방식이다.

위의 문장을 도식화하면 아래와 같이 나타낼 수 있다.

CPU가 처리하는 것 중 대표적인 2가지로 [Control Unit] 과 [Logic Unit]이 있다.

[Control Unit] 은 정보처리 역할로, 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리에 대한 순서를 결정한다.

[Logic Unit] 은 계산 또는 연산을 처리하는 역할을 담당한다.

명령어들을 [Control Unit]이 해석하고, 순서를 결정하여 [Logic Unit]을 통해 연산하여 결과를 출력 한다고 보면 된다.

그러나 위와 같이 CPU만 있으면 조금이라도 복잡한 로직은 처리할 수 없게된다.

어떻게 계산할지, 무엇을 계산하지를 CPU는 기억할 수 없기 때문이다.

예를 들어 아래와 같은 코드가 있다고 가정했을 때,

func setCase(a:Int) -> Bool {
    if(a === 0){
        return false
    }else{
        return true
    }
}

setCase(a:0)
//Swift

setCase 라는 함수를 기억하지 못하면 컴퓨터는 어떻게 계산해야 하는지 알 수 없어 해당 함수를 가진 명령어가 들어와도 처리할 수 없게 된다.

이를 도와주는 것이 [Memory]이며 컴퓨터는 완전한 작동을 위해 아래와 같이 구성된다.

이제 이렇게 생각해볼 수 있을 것 같다.

개발자는 [Memory]에 어떤 방식으로 유저의 입력을 처리할지 저장하는 것이고, CPU는 이를 꺼내서 연산하고 출력하는 것이다.

3. Memory의 종류

좋은 성능을 가지도록 한 개발은 CPU가 빠르게 메모리의 정보를 읽고 쓰도록(access) 하는 개발이라고 볼 수 있는것 같다.

CPU가 상황에 맞게 메모리에 access할 수 있도록 한다면 출력이 원활할 수 있을 것이다.

먼저 종류를 알아보자

1) RAM (Random Access Memory)

컴퓨터 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 메모리 형태이다.
CPU가 데이터와 명령어에 빠르게 엑세스 할 수 있도록 정보를 저장한다.
데이터를 읽고 쓰는 데에 높은 속도를 가지며, 임의로 엑세스 할 수 있다는 특징을 가지고 있다.
전원이 꺼지면 저장된 데이터가 사라지는 휘발성 메모리이다.

2) ROM (Read-Only Memory)

읽기 전용 메모리이다.
시스템 초기화 및 부팅 프로세스와 관련된 기본적인 정보를 저장한다.
전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 메모리이다.

3) Cache Memory

CPU와 메모리 사이에서 데이터와 명령어를 임시로 저장하는 고속 메모리 이다.
CPU가 반복적으로 엑세스하는 데이터를 미리 저장하여 엑세스 시간을 단축시키고 성능을 향상 시킬수 있다.
하드웨어 수준에서 관리되는 메모리이다.

4) Virtual Memory

RAM용량을 넘어서는 프로그램 및 데이터를 처리하기 위한 기술이다.
물리적인 메모리 제약을 극복하고 다중 프로그램 실행 및 성능 향상을 지원한다.

5) Flash Memory

비휘발성 메모리로, 전원이 꺼져도 데이터가 저장된다.
데이터를 영구적으로 저장할 수 있는 소형 반도체 기억장치이다.
주로 휴대폰, 카메라, USB드라이브, SSD 등에서 사용된다.

메모리 종류와 각각의 특징을 간단하게 정리해 보았다.

이제 개발자가 활용할 수 있는 메모리는 어떤것이 있을까?

나는 iOS와 WEB 서비스를 개발하고 있어, 브라우저의 메모리는 추후 살펴보기로 하고

네이티브 개발자가 다룰 수 있는 메모리를 분류해 보았다.

RAM
- 생명주기 관리 ( 메모리 누수 방지 / 메모리 사용 최적화 )
- 리소스 관리 (이미지, 동영상 등)
- 캐싱 ( 자주 사용되는 데이터, 중복 계산 결과를 캐싱하여 로딩 속도 최소화 )
- 비동기 처리
- 메모리 프로파일 (메모리 누수, 사용량 분석)
Virtual Memory
- Java, Kotlin 안드로이드 제어 가능
- Swift iOS 제어 불가능
Flash Memory
- File System
- Storage Access Framework [AOS]
- 데이터베이스
  - SQLite
  - [iOS] UserDefaults, CoreData
  - [aOS] SharedPreferences

4. 정리

가장 중요한것은 CPU가 빠르게 메모리에 엑세스 할 수 있도록 하는 것이다.

내가 다루는 기술이 접근할 수 있는 메모리의 종류와 특성을 알았으니, 이제 상황에 맞춰 어떻게 CPU가 메모리에 빠르게 접근 할 수 있도록 할지 설계하면 된다.

어떤 상황에 어떤 메모리에 접근해야 하는지 특징과 용어를 알게 되었으니, 메모리에 접근하여 제어하는 명령어들은 검색하면 된다.

큰 틀에 대해서 알아보았으니, 점점 더 깊게 알아보고 정리하려고 한다.

RAM은 개발을 하면서 일반적으로 가장 많이 제어하는 메모리인 만큼 RAM에 대한 정보를 더 알아보는 방향으로 정하였다.