(3) 프로세스 주소 공간

1. 프로세스 주소란?

1-1) 정의

프로그램이 CPU에 의해 실행되고 난 후

프로세스가 생성되고 메모리에 프로세스 주소 공간이 할당됨

> 프로세스 메모리 공간은 다음과 같이 이루어져 있음

 

1-2) 메모리 구성

• 코드 Segment : 프로그램 소스 코드 저장
• 데이터 Segment : 전역변수 저장
  - 전역변수, static(Java/C) 로 할당되는 영역, 어디서든 접근 가능
  - 프로그램 시작과 동시에 할당, 프로그램 종료되어야 메모리에서 소멸
  - [예시▼]
  

  #include <stdio.h> 
  int a = 10; // 데이터 영역에 할당 
  int b = 20; // 데이터 영역에 할당 
  
  int main() { 
      ... 
      return 0; 
  }

  위와 같은 코드에서 int형 변수 a, b는 프로그램 실행시
  main 함수가 호출되기 전에 데이터 영역에 할당된다.

  그렇기 때문에 프로그램이 종료될 때까지 메모리상에 존재

  (전역변수가 프로그램이 종료될 때 까지 존재하는 이유)

   

  

  
  
  출처: https://dsnight.tistory.com/50 [Development Assemble]

   

• 스택 Segment : 함수, 지역변수 저장
  - 함수 /  block 이용시 생성(이용)되는 지역변수, 매개변수, 함수 리턴값 등이 저장되는 영역
  - 후입 선출 구조로 release되며 함수 호출 완료시 스택에서 제거
  - [예시▼]

   

  #include <stdio.h> 
  
  void fct1(int); 
  void fct2(int); 
  
  int a = 10; // 데이터 영역에 할당 
  int b = 20; // 데이터 영역에 할당 
  
  int main() { 
      int i = 100; // 지역변수 i가 스택 영역에 할당 
      
      fct1(i); 
      fct2(i); 
      
      return 0; } 
      
  void fct1(int c) { 
      int d = 30; // 매개변수 c와 지역변수 d가 스택영역에 할당 
      } 
      
  void fct2(int e) { 
      int f = 40; // 매개변수 e와 지역변수 f가 스택영역에 할당 
      }
  

  main함수와 fct1, fct2라는 함수를 추가하였다. 

  a, b를 데이터 영역에 할당한 뒤에 main함수를 호출하면서 int형 변수 i는 지역변수로서 스택영역에 할당된다.

  그 뒤에 fct1()이라는 함수를 호출하면서 fct1함수의 매개변수인 c와 d가 스택영역에 할당된다.

  fct1()이라는 함수호출이 끝나면 c와 d는 스택영역에서 삭제되며, 

  그 뒤 fct2()라는 함수를 호출하면서 매개변수 e와 지역변수 f가 스택영역에 할당된다.

  스택영역은 그 이름그대로 스택의 성질을 띄고있다.

   

  

  
  출처: https://dsnight.tistory.com/50 [Development Assemble]

• 힙 Segment : 동적변수 (+전역변수)
  - 어떤 상황이던 동적으로 메모리 할당이 필요한 경우
  ※ 컴파일시 init되지 않은 "변수" 등에 의한 의존적인 코드인 경우 메모리가 동적으로 필요해질 수 있기 때문에
  heap 영역에 메모리를 할당할 필요성이 있음
  - [예시▼]

   

  /* CASE 1 */
  int main() { 
      // 정상적인 배열선언 
      int arr[10]; 
      
      // 비 정상적인 배열선언
      // input from user
      int i = 0; 
      scanf("%d", &i); int arr[i]; 
      
      return 0; 
      }
  
  
  /* CASE 2 */
  int main() { 
      int i = 10; 
      int arr[i]; 
      
      return 0; 
      }
  

   1) Case 1

  배열의 길이를 사용자가 입력한 숫자로 잡아주는 것은 비 정상적인 배열선언이다. 왜 비 정상적일까?

  메모리 구조에 대해서 잘 파악하고 있다면 당연한 이야기다.

   

  제일 첫번째 그림을 다시보자, 스택 영역에 할당될 메모리의 크기는 컴파일 타임(컴파일 하는 동안)에 결정된다고 되어있다.

  정상적인 배열 선언의 경우 arr이라는 배열의 크기가 40바이트 라는것을 알 수 있다.

  하지만 비 정상적인 배열선언의 경우 i의 크기가 4바이트 라는 것을 알 수 는 있으나, arr이라는 배열의 크기는 알 수 없다.
  

  ---

  
  2) Case 2
  

  i 라는 변수가 10이기 때문에 arr이라는 배열의 크기가 10이라는 것을 알 수 있지 않을까?

  결과는 아니다.

   

  컴파일을 하는 동안 i가 4바이트의 크기라는 것을 알 수는 있으나, 그 값이 10으로 초기화 되었다는 사실은 무시하고 넘어간다. 값이 10으로 초기화 되었다는 사실은 실행되는 동안, 즉 런타임에 결정된다.

  그렇기 때문에 컴파일러는 arr의 크기가 40바이트가 된다는 사실을 알 수 없다. 

   

  사용자의 요구에 맞게 메모리를 할당해 주기 위해서는(런타임에 메모리 크기를 결정하고 싶을 때) 메모리 동적 할당을 통해 힙 영역에 메모리를 할당해야 한다.

   

  힙 영역 : 할당해야 할 메모리의 크기를 프로그램이 실행되는 동안 결정해야 하는 경우(런 타임때) 유용하게 사용되는 공간
  출처: https://dsnight.tistory.com/50 [Development Assemble]
  

   

 

※ 이전 글 비교
https://korshika.tistory.com/132

• Code : 코드 자체를 담고 있는 메모리 영역(프로그램 명령)
• Data : 전역변수, 정적변수, 배열 등 (초기화 된 데이터)
• Heap : 동적 할당시 사용 (new(), mallock())
• Stack : 지역변수, 매개변수, 리턴 값 (임시 메모리 영역)

 

 

1-3) 메모리 구성 이유

위와 같이 구역을 나눈 이유는 공유 메모리 영역을 늘려 메모리 사용량을 줄이기 위함.

1. Code는 어느 시점에서 참조하여도 Process 내부에서는 항상 같은 내용이기 때문에 따로 관리함
2. Stack / Data의 분리는 스택 구조의 특성 + 전역 변수의 활용성을 위한 것

 

또한, 모든 공통적으로 사용되는 함수 등은 따로 data 영역에 포함되도록 전역함수로 설정해주면 메모리를 아낄 수 있음

ex) 함수 블록 안에 다른곳에서 "reuse"될 수 있는 함수의 중복 선언 등은 메모리 낭비

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참조

https://gyoogle.dev/blog/computer-science/operating-system/Process%20Address%20Space.html

프로세스의 주소 공간 | 👨🏻‍💻 Tech Interview

https://dsnight.tistory.com/50

[C] 스택(Stack), 힙(Heap), 데이터(Data)영역