[OS] 프로세스 주소 공간

메모리 배치(출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC_%EB%A7%B5)

1. Code(Text)
   • 우리가 작성한 소스코드가 들어 가는 부분. 즉, 실행할 프로그램의 코드가 저장되는 영역으로 텍스트(code)영역 이라고도 부른다.
   • 코드영역은 실행 파일을 구성하는 명령어들이 올라가는 메모리 영역으로 함수, 제어문, 상수 등 함수에 대한 기계어 코드가 여기에 지정된다.
   • 컴파일 타임에 결정되고 중간에 코드를 바꿀 수 없게 Read-Only 로 지정돼있다.
2. Data
   • 프로그램의 초기값 있는 전역 변수, 배열, 정적(static) 변수가 저장되는 영역이다. 즉, 프로그램이 구동되는 동안 항상 접근 가능한 변수가 저장되는 영역이다.
   • 전역변수, static 값을 참조한 코드는 컴파일 하고 나면 Data 영역의 주소값을 가르키도록 바뀐다.
   • 데이터 영역은 프로그램의 시작과 함께 할당되며, 프로그램이 종료되면 소멸한다.
   • 실행 중도에 전역변수가 변경 될 수도 있으니 이 영역은 Read-Write로 지정돼있다.
3. BSS(Block Stated Symbol)
   • 초기값 없는 전역변수, 배열, 정적(static) 변수가 저장되는 영역이다.
   • 초기화 된 데이터는 Data 영역에 저장되고, 초기화 되지 않은 데이터는 BSS(Block Stated Symbol)영역에 저장된다.
     • 초기화되지 않은 변수는 프로그램이 실행될 때 영역만 잡아주면 되고 그 값을 프로그램에 저장하고 있을 필요는 없으나, 초기화가 되는 변수는 그 값도 프로그램에 저장하고 있어야 하기 때문이다. 따라서 BSS영역 변수들이 많아져도 프로그램의 실행코드 사이즈를 늘리지 않는다.
4. Stack
   • 함수의 호출과 관계되는 지역 변수와 매개변수가 저장되는 영역이다.
   • Stack은 함수의 호출과 함께 할당되며, 함수의 호출이 완료되면 소멸한다.
   • 원시타입의 데이터가 값과 함께 할당된다.
   • Heap 영역에 생성된 Object 타입의 데이터 참조값이 할당된다.
   • LIFO(가장 나중에 들어간게 먼저 나옴)특성을 가짐
   • 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소의 방향으로 할당된다.
     • 프로그램이 실행되며 메모리를 얼마나 사용할지 미리 계산할 수 없다. 그래서 stack 함수의 뒷부분에서부터 변수의 주소가 매겨진다(code는 0에서 stack FFFFFFFF까지 메모리 값을 가지고, stack은 FFFFFFFF 근처의 메모리 값을 가진다). 즉, 변수 선언 순서에 따라 높은 주소에서 낮은 주소로 내려간다.
   • 컴파일 타임에 크기가 결정되기 때문에 무한히 할당 할 수 없다. 재귀함수가 너무 깊게 호출되거나 함수가 지역변수를 너무 많이 가지고 있어 stack 영역을 초과하면 stack overflow 에러가 발생한다.
5. Heap
   • 런타임에 크기가 결정되는 메모리 영역이다.
   • 사용자에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제된다.
   • 참조형의 데이터의 값이 저장된다.
   • 예를 들어 클래스, 클로저가 이 부분에 해당 된다.
   • Heap은 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소의 방향으로 할당된다.
   • HEAP과 STACK영역은 사실 같은 공간을 공유한다. HEAP이 메모리 위쪽 주소부터 할당되면 STACK은 아래쪽부터 할당되는 식이다. 그래서 각 영역이 상대 공간을 침범하는 일이 발생할 수 있는데 이를 각각 HEAP OVERFLOW, STACK OVERFLOW라고 칭한다.

 

프로그램을 작성하면 Code 영역이 늘어난다.

Code, Data, BSS 는 Compile time에 크기가 결정되고 이후로 변동되지 않고(고정),
Stack, Heap은 Runtime시에 메모리 사용이 결정된다. Heap은 아래로, Stack은 위로 주소값을 매긴다.


Q. 이렇게 구역을 나눈 이유는?

최대한 데이터를 공유하여 메모리 사용량을 줄이기 위함.
Code는 같은 프로그램 자체에서는 모두 같은 내용이기 때문에 따로 관리하여 공유한다.
Stack과 Data를 나눈 이유는, 스택 구조의 특성과 전역 변수의 활용성을 위한 것이다.
프로그램의 함수와 지역 변수는, LIFO(가장 나중에 들어간게 먼저 나옴)특성을 가진 스택에서 실행된다.
따라서 이 함수들 안에서 공통으로 사용하는 '전역 함수'는 따로 지정해주면 메모리를 아낄 수 있다.

 

참고

• https://gona.tistory.com/4
• https://donghwada.tistory.com/entry/%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EC%98%81%EC%97%AD-Code-Data-BSS-HEAP-Stack-Little-Endian-Stack%EC%9D%98-%EC%9D%B4%ED%95%B4
• https://gyoogle.dev/blog/computer-science/operating-system/Process%20Address%20Space.html