✍️ 들어가며
과제를 하다 보면 메모리에 관련해서 생각해야 될 부분이 많다. 한정된 자원 안에서 효율적으로 프로그램을 실행하려면 항상 메모리를 염두에 두어야 한다.
🤔 그렇다면 메모리란 무엇이고, 내가 작성한 파일, 코드, 등 모든 것들은 어디에 어떻게 저장되는 것일까?
🎒 메모리란?
먼저 메모리가 무엇인지 생각해 보아야 한다. 메모리는 무엇이고 왜 필요한 것일까?
우리가 주로 말하는 메모리란 주기억장치(RAM과 ROM)을 의미하며 말 그대로 저정공간이라는 뜻이다. 그럼 메모리가 왜 이렇게 중요한 것일까?
프로그램이 실행되려면 로드(load) 되어야 한다. 로드는 프로그램이나 데이터를 CPU가 바로 사용할 수 있도록 주기억장치로 옮기는 과정이다. 이 과정에서 이때 메모리에 저장공간을 아래 나오는 4가지 영역으로 할당해준다.
🤖 메모리의 구조
메모리는 크게 code, data, heap, stack 4가지 영역으로 나누어진다. 검색을 하다 메모리의 구조와 위치를 한눈에 보기 좋은 그림이 있어 가져왔다.
위 그림과 같이 메모리의 영역은 Code → Data → Heap → Stack으로 나뉘어진다.
📍 Code영역
Code 영역 사용자가 작성한 코드가 저장되는 영역으로 컴파일 된 후 기계어 형태로 저장되어 있다. Code 영역은 물리적으로 ROM에 위치해있다.
📍 Data영역
Data영역은 전역변수(global variable), 정적 변수(static variable)가 저장되는 영역이며, 프로그램의 시작과 함께 main 함수가 호출되기 전 할당되며, 프로그램이 종료되면 소멸한다.
데이터영역은 전체적으로 BSS영역과 Data영역으로 나뉜다.
위 그림을 보면 ROM에도 Data영역이 있고, RAM에도 데이터 영역이 있다.
ROM의 Data영역에는 초기화된 변수들이 저장되며, ROM은 read only memory라서 수정이 불가능하며 계속 초깃값만을 가지고 있을 수 밖에 없다. 그래서 Data 영역을 RAM에 복사하여 프로그램이 실행될 시 변경되는 값을 저장할 수 있도록 한다.
BSS 영역은 어떤 역할을 할까? 아직 초기화되지 않은 데이터들까지 ROM에 저장하려면 더 큰 공간이 필요하기 때문에 BSS(Block Started by Symbol)영역에 초기화되지 않은 전역 데이터를 저장하는 영역이다.
📍 Heap 영역
Heap 영역은 프로그램이 실행되는 동안 동적으로 할당하는 데이터가 저장되는 영역이다. 사용자가 직접 관리하는 영역으로 C언어에서 malloc, free를 하면 이 영역에 저장된다.
📍 Stack 영역
Stack 영역은 함수 호출 시 생성되는 지역변수와 매개변수가 저장된다. 함수 호출 시 할당되며 실행이 끝나면 메모리에서 해제된다. Stack 영역과 Heap 영역은 같은 공간을 나눠서 사용한다. 그래서 한 영역이 커지면 다른 한쪽은 작아진다. 한 쪽의 저장 공간이 부족하면 상대의 영역을 침범하게 되는데 이를 스택 오버플로우, 힙 오버플로우 라고 부른다.
✏️ 마치며
과제를 하면서 단순히 메모리 누수가 난다, 메모리에 저장된다는 말이 추상적으로 느껴져 어려웠는데 메모리의 구조와 내가 선언한 변수가 어떤 공간에 어떻게 저장될지 이해하고 있으면 메모리에 관련된 문제를 쉽게 풀 수 있을 것이다.
📚 reference
