메모리 구조 (heap 영역과 stack 영역)

프로그램이 실행되기 위해서는 먼저 프로그램이 메모리에 로드(load)되어야 합니다.

 

또한, 프로그램에서 사용되는 변수들을 저장할 메모리도 필요합니다.

 

따라서 컴퓨터의 운영체제는 프로그램의 실행을 위해 다양한 메모리 공간을 제공하고 있습니다.

 

프로그램이 운영체제로부터 할당받는 대표적인 메모리 공간(RAM)은 4가지가 있습니다.

 

1. 코드(code) 영역

2. 데이터(data) 영역

3. 스택(stack) 영역

4. 힙(heap) 영역

1. 코드(code) 영역

 

- 실행할 프로그램의 코드가 저장되는 영역으로 텍스트 영역이라고도 부릅니다.

- 프로그램이 시작하고 끝날 때까지 메모리에 계속 남아있습니다.

- 컴파일된 기계어가 들어갑니다.

- CPU는 코드 영역에 저장된 명령어를 하나씩 가져가서 처리하게 됩니다.

 

2. 데이터(data) 영역

 

- 프로그램의 전역 변수와 정적(static) 변수, 문자열 상수가 저장되는 영역입니다.

- 데이터 영역은 프로그램이 시작과 함께 할당되며, 프로그램이 종료되면 소멸합니다.

 

3. 스택(stack) 영역

 

- 함수의 호출과 관계되는 지역 변수와 매개변수가 저장되는 영역입니다.

- 스택 영역의 크기는 컴파일 시에 결정됩니다.

- 스택 영역은 함수의 호출과 함께 할당되며, 함수의 호출이 완료되면 소멸합니다.

- 이렇게 스택 영역에 저장되는 함수의 호출 정보를 스택 프레임(stack frame)이라고 합니다.

- 스택 영역은 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소의 방향으로 할당됩니다.

 

※장점

- 데이터 액세스가 빠른 편이며, 변수를 명시적으로 할당 or 해제할 필요가 없습니다.

- 하나의 명령으로 메모리 조작과 어드레스 조작이 가능합니다.

 

※단점

- 스택의 크기 제한이 있어(os 마다 다름) 한계를 초과하도록 삽입할 수 없습니다.

- 변수의 크기를 조정할 수 없습니다.

 

 

4. 힙(heap) 영역

 

- 사용자가 직접 관리할 수 있고, 관리해야만 하는 영역입니다.

- 힙 영역은 사용자에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제됩니다.

- malloc() (c) 또는 new연산자 (c++)를 통해 할당하고 free() (c) 또는 delete연산자 (c++)를 통해서 해제가 가능합니다.

- 힙 영역은 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소의 방향으로 할당됩니다.

- 런타임 시에 크기가 결정됩니다.

 

※장점

- 메모리 크기에 제한이 없습니다.

- 프로그램에 필요한 개체의 개수나 크기를 미리 알 수 없는 경우에 사용 가능합니다.

 

※단점

- 데이터 액세스가 상대적으로 느린 편이며, 메모리를 관리해야 합니다.

- 할당, 해제 작업으로 인한 속도 저하가 발생합니다.

- 힙 손상으로 인한 속도 저하가 발생합니다.

( 이중 해제, 해제 후 블록 사용, 블록 경계를 벗어나 덮어쓰기 등)

- 힙 경합으로 인한 속도 저하가 발생합니다.

( 두 개 이상의 쓰레드에서 동시에 데이터에 액세스 하려고 하면 경합이 발생하여 한쪽 쓰레드의 작업이 완료되어야 다른 쪽 쓰레드의 작업이 진행될 수 있다. 이 문제는 현재 다중 프로세서 시스템에서 발생하는 문제 중 가장 큰 문제)

 

 

★오버플로우(overflow)

stack의 지역변수는 사용되고 소멸하기 때문에 데이터 용량의 불확실성을 가진다. 따라서 stack 영역에서의 주소값은 밑에서부터 채워지며, 주소는 선언된 순서대로 정해진다. 반면 힙 영역에서의 주소값은 위에서부터 채워 내려가기 때문에, 두 메모리 영역의 주소가 겹치게 되는 오버플로우가 발생할 수 있다.