가상메모리 영역

이 페이지는 C언어를 기준으로 가상메모리 영역에 대해 설명하고 있다.

메모리

• 데이터와 명령어를 저장하는 곳
• 컴퓨터가 작업을 할 때 그 작업을 어떻게 하는지 참고하기위한 자료가 메모리에 있다.
• 메모리는 한정되어 있으므로 잘 사용해야 한다.

가상메모리

32비트 시스템에서 프로세스(실행중인 프로그램) 생성시 4GB의 메모리를 할당받을 수 있는데, 이는 RAM 만으로는 충당하기에 부족하다. 그래서 OS는 RAM과 하드디스크를 하나로 묶어 가상메모리로 관리한다.

대부분의 시스템에서는 주로 페이징(paging)이라는 기법으로 가상메모리를 관리한다.

가상메모리 영역은 code, data(data, BSS), heap, stack 영역으로 나뉜다.

code 영역 (text)

• 코드 자체를 구성하는 메모리 영역으로 Hex 파일이나 BIN 파일 메모리다.
• 프로그램 명령이 위치하는 곳으로 기계어로 제어되는 메모리 영역이다.

int a; 를 선언 후 실행
컴파일시 생성되는 기계어가 code 영역에 들어가는데, 위 예시에서는 "4byte 공간을 stack에 생성하라" 라는 명령이 code 영역에 들어간다.

data 영역

• 전역변수(global), 정적변수(static), 배열(array), 구조체(structure) 등이 저장된다.
• data 영역은 "data 영역", "BSS 영역"으로 나뉜다.
  • data 영역: 초기화된 데이터가 저장됨
  • BSS(Block Stated Symbol) 영역: 초기화되지 않은 데이터가 저장됨
• 프로그램이 실행될 때 생성되고, 프로그램이 종료되면 시스템에 반환된다.
• 함수 내부에 선언된 static 변수는 프로그램이 실행될 때 공간만 할당되고, 그 함수가 실행될 때 초기화 된다.

heap 영역

• 메모리를 동적으로 할당하고자 할 때 위치하는 메모리 영역으로, 동적 데이터 영역이라고 부르며 메모리 주소 값에 의해서만 참조되고 사용되는 영역이다.
• 이 영역에 데이터를 저장하기 위해서 C는 malloc(), C++은 new() 함수를 사용한다.

static 영역

• 프로그램이 자동으로 사용하는 임시 메모리 영역이다.
• 지역(local)변수, 매개변수(parameter), 리턴 값 등 잠시 사용 되었다가 사라지는 데이터를 저장하는 영역이다.
• 함수 호출시 생성되고, 함수가 끝나면 시스템에 반환된다.
• 스택 사이즈는 각 프로세스 마다 할당되지만 프로세스가 메모리에 로드될 때 스택 사이즈가 고정되어 있어 런타임시에 스택 사이즈를 바꿀 수는 없다.
• 명령 실행시 자동 증가/감소하기 때문에 보통 메모리의 마지막 번지를 지정한다.

메모리 할당 영역

code(text), data, stack 영역은 컴파일러가 알아서 메모리 영역을 결정한다. 즉, 컴파일할 때 data 영역과 stack 영역의 크기를 계산해서 필요한 메모리 공간을 가지게 된다. heap 영역은 개발자에 의해 프로그램 동작시 결정된다.

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

SMA (Static Memory Allocation)

• 정적 메모리; 메모리의 data, stack 영역을 사용
• data 영역: 프로그램 시작과 동시에 할당된 영역이 잡히고 끝나면 OS에 반환
• stack 영역: 함수 시작과 동시에 할당된 영역이 잡히고 끝나면 OS에 반환

DMA (Dynamic Memory Allocation)

• 동적 메모리; 메모리의 heap 영역을 사용
• heap 영역: stack에서 pointer 변수를 할당하고, 그 pointer가 가리키는 heap 영역의 임의의 공간부터 원하는 크기만큼 할당해 사용한다.

HEAP overflow, STACK overflow

• HEAP overflow: heap이 아래서부터 위로 주소값을 채우다가 stack 영역을 침범하는 경우
• STACK overflow: stack이 heap 영역을 침범하는 경우