프로세스 메모리 사용 구조와 동작원리
프로세스는 메모리를 여러 영역으로 나누어 사용합니다. 각 영역은 주소 공간(Address Space)을 차지하며, 프로세스는 이러한 영역을 사용하여 실행 중인 프로그램과 관련된 데이터를 저장하고 관리합니다. 일반적으로 대부분의 운영 체제는 프로세스를 위한 4개의 주요 메모리 영역을 제공합니다.
텍스트 영역 (Text Segment 또는 Code Segment)
실행 파일에 포함된 코드를 저장하는 메모리 영역입니다.
이 영역은 읽기 전용으로 지정되며, 프로그램 코드가 저장되어 있습니다.
데이터 영역 (Data Segment)
전역 변수와 정적(static) 변수를 저장하는 메모리 영역입니다. 이 영역은 초기화된 데이터를 저장합니다.
BSS (Block Started by Symbol) 영역
초기화되지 않은 전역 변수와 정적 변수를 저장하는 메모리 영역입니다.
이 영역은 초기값이 0으로 설정된 변수를 저장합니다.
데이터 영역(Data segment)과 BSS(Block Started by Symbol) 영역은 모두 프로그램의 전역 변수(global variable)와 정적 변수(static variable)를 저장하는 데 사용되는 메모리 공간입니다.
하지만 데이터 영역은 초기화된 전역 변수와 정적 변수를 저장하는 데 사용되며, BSS 영역은 초기화되지 않은 전역 변수와 정적 변수를 저장하는 데 사용됩니다. 따라서 BSS 영역은 초기화되지 않은 데이터 영역이라고 생각할 수 있습니다.
BSS 영역은 프로그램이 실행될 때 모든 변수를 0 또는 NULL 값으로 초기화합니다. 이렇게 하면 초기화되지 않은 변수를 실수로 사용하는 오류를 방지할 수 있습니다. 반면에 데이터 영역은 프로그램 실행 전에 이미 초기화된 값을 가지고 있습니다.
힙 영역 (Heap)
프로그램에서 동적으로 할당한 메모리를 저장하는 메모리 영역입니다.
이 영역은 프로그램 실행 중에 크기가 동적으로 변할 수 있습니다.
스택 영역 (Stack)
함수 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개변수를 저장하는 메모리 영역입니다.
이 영역은 함수 호출이 끝나면 메모리가 해제됩니다.
프로세스 메모리 구조는 프로그램이 실행될 때 운영체제에 의해 할당되며, 이 구조는 프로그램의 수명 주기에 따라 동적으로 변합니다.
프로그램이 실행되면 먼저 코드 영역이 할당되고 실행 파일의 명령어가 메모리에 로드됩니다. 그리고 프로그램의 전역 변수 및 정적 변수는 데이터 영역과 BSS 영역에 할당됩니다. 이후에는 프로그램에서 동적으로 할당되는 메모리인 힙과 스택이 할당됩니다.
동적 할당 메모리인 힙은 실행 중에 malloc()과 같은 함수를 사용하여 할당되고, 할당한 메모리를 해제하기 전까지는 계속 유지됩니다. 스택은 함수 호출과 관련된 데이터를 저장하는 데 사용되며, 함수가 반환될 때 해당 데이터가 제거됩니다.
프로세스 메모리 구조는 프로그램이 실행되는 동안 운영체제가 제어하므로, 운영체제는 메모리 관리 및 보호를 위해 다양한 메커니즘을 사용합니다. 이러한 메커니즘에는 가상 메모리, 메모리 보호 및 메모리 공유 등이 있습니다
프로그래머인 우리가 이런 프로세스 메모리 구조를 알고 있어야 하는 이유가 무엇일까요 ??
프로그램의 성능 개선
프로세스 메모리 사용 구조를 이해하면 프로그램의 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 전역 변수를 많이 사용하는 프로그램에서는 전역 변수가 데이터 영역에 저장되기 때문에 메모리를 많이 사용할 수 있습니다. 이런 경우, 스택이나 힙을 사용하여 전역 변수를 지역 변수로 변경하거나, 필요한 변수만 동적으로 할당하여 메모리 사용량을 줄일 수 있습니다.
메모리 누수 방지
프로세스 메모리 사용 구조를 이해하면 메모리 누수를 방지하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 스택에 할당된 메모리는 함수가 종료될 때 자동으로 해제되지만, 힙에 할당된 메모리는 해제를 직접 관리해야 합니다. 이때, 메모리 누수가 발생하지 않도록 메모리 할당과 해제를 정확하게 관리해야 합니다.
보안 강화
프로세스 메모리 사용 구조를 이해하면 보안을 강화하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 스택 오버플로우와 같은 보안 취약점을 방지하기 위해서는 스택과 힙의 메모리 사용 방식을 이해하고, 적절한 메모리 보호 기법을 사용해야 합니다.
시스템 리소스 사용 최적화
프로세스 메모리 사용 구조를 이해하면 시스템 리소스 사용을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 동시에 실행되는 여러 프로세스가 메모리를 공유하도록 메모리 맵 파일을 사용하면, 디스크 입출력을 최소화하고 시스템 리소스를 효율적으로 사용할 수 있습니다.