OS가 관리하는 메모리 영역

 

 

 

프로세스의 메모리 공간

운영체제가 관리하는 메모리 영역은 컴퓨터 시스템에서 프로세스들이 실행되고 데이터를 저장하기 위해 사용되는 메모리 공간을 의미합니다. 이 메모리 영역은 각각의 프로세스가 안전하게 실행되고 다른 프로세스와 격리되도록 관리됩니다. 다양한 메모리 영역은 프로세스의 실행 단계와 역할에 따라 분류됩니다. 일반적으로는 다음과 같은 메모리 영역이 있습니다.

1. 코드(Code) 영역:
   - 실행 가능한 프로그램 코드가 저장되는 영역입니다.
   - 프로세스의 명령어들이 저장되어 CPU에 의해 실행됩니다.
   - 읽기 전용으로 설정되어 있어 프로그램 코드를 수정할 수 없습니다.

2. 데이터(Data) 영역:
   - 전역 변수와 정적(static) 변수가 저장되는 영역입니다.
   - 프로그램의 시작과 함께 할당되며 종료될 때까지 유지됩니다.
   - 초기화된 데이터와 초기화되지 않은 데이터 영역으로 나뉩니다.

3. 스택(Stack) 영역:
   - 함수 호출과 관련된 정보가 저장되는 영역입니다.
   - 지역 변수, 매개 변수, 함수의 반환 주소 등이 저장됩니다.
   - 후입선출(LIFO) 방식으로 동작하며 함수 호출과 함께 생성되고 반환됩니다.

4. 힙(Heap) 영역:
   - 런타임에 동적으로 할당되는 데이터가 저장되는 영역입니다.
   - 프로그래머가 직접 관리해야 하며, 필요에 따라 메모리를 할당하고 해제합니다.
   - 동적으로 할당된 데이터는 힙 영역에 저장되며, 이를 통해 동적 데이터 구조를 생성할 수 있습니다.

운영체제는 이러한 메모리 영역을 관리하면서 다중 프로세스 간의 충돌이나 데이터 침범을 방지하고, 각 프로세스가 적절한 메모리 영역을 사용하도록 조정합니다. 이를 통해 안정적이고 효율적인 프로세스 실행 및 메모리 관리가 가능해집니다.

 

 

 

 

컴파일러와 메모리 할당

코드 실행 단계에서의 메모리 영역 구조

 

code(text), data, stack 영역은 컴파일러가 알아서 메모리영역을 결정합니다. 즉 컴파일 할 때 data영역과 stack영역의 크기를 계산해서 필요한 메모리 공간을 가집니다.  heap 영역은 개발자가 작성한 코드에 의해 프로그램 동작시 결정됩니다.

code, data, heap 영역은 하위 메모리부터 할당되고, stack 영역은 상위 메모리부터 할당됩니다.

메모리 할당은 할당 시점에 따라 아래와 같이 나뉩니다.

1. SMA (Static Memory Allocation) : 정적 메모리, 메모리의 data 영역, stack 영역을 사용합니다.

- Data 영역 : 프로그램 시작과 동시에 할당된 영역이 잡히고 끝나면 OS 에 반환합니다.

- Stack 영역 : 함수 시작과 동시에 할당된 영역이 잡히고 끝나면 OS에 반환합니다.

 

2) DMA (Dynamic Memory Allocation) : 동적 메모리, 메모리의 heap 영역을 사용합니다.

- Heap 영역 : stack에서 pointer 변수를 할당하고, 그 pointer가 가리키는 heap 영역의 임의의 공간부터 원하는

크기 만큼 할당해 사용합니다.

 

 

HEAP overflow는 heap이 위에서부터 주소값을 채워져 내려오다가 stack영역을 침범하는 경우이고 Stack overflow는 stack영역이 heap 영역을 침범한 경우입니다.

 

 

 

BSS영역

BSS(Block Started by Symbol) 영역은 프로그램의 데이터 섹션 중 하나로, 초기화되지 않은 전역 변수와 정적(static) 변수가 저장되는 메모리 영역을 나타냅니다. 이 영역은 프로그램이 실행되기 전에 운영체제에 의해 0으로 초기화됩니다. BSS영역은 데이터 영역 옆에 위치합니다.(BSS영역을 데이터 영역에 포함해서 보기도 합니다)

BSS 영역에 저장되는 변수들은 초기값을 가지지 않기 때문에, 명시적으로 초기화하지 않으면 0으로 초기화됩니다. 따라서 프로그래머가 아무런 값을 할당하지 않아도 변수는 0으로 초기화되어 시작하게 됩니다. 초기화되지 않은 변수들은 실행 시간에 메모리에 할당되며, 이러한 변수들은 프로그램의 크기에 영향을 미치지만 실행 시에 실제로 필요한 메모리 양은 0으로 초기화된 값만큼만 사용됩니다.

예를 들어, 다음과 같은 C 프로그램 코드를 생각해보겠습니다.

#include <stdio.h>

int global_var; // 초기화되지 않은 전역 변수

int main() {
    static int static_var; // 초기화되지 않은 정적 변수
    return 0;
}

위의 코드에서 global_var와 static_var는 초기화되지 않았지만, 실행 시에 BSS 영역에 할당되고 0으로 초기화됩니다.

요약하면, BSS 영역은 초기화되지 않은 전역 변수와 정적 변수가 할당되는 영역으로, 이 변수들은 프로그램 실행 전에 0으로 초기화되어 시작합니다.