[OS] 메모리 구조 (Memory Structure) - code, data, stack, heap

컴퓨터의 메모리 구조에 대해 알아보자.

 

 

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먼저, 아래 그림은 프로그램의 정보를 읽어 메모리에 로드되는 과정으로

프로그램이 실행하게 되면 OS는 메모리(RAM)에 공간을 할당해줍니다.

 

 

이 메모리 공간(RAM)은 아래 그림과 같이,

크게 코드(Code), 데이터(Data), 스택(Stack), 힙(Heap) 영역으로 나뉩니다.

(마음에 드는 이미지가 없어서 직접 만들다....!!😖)

 

 

메모리 공간

그럼 각 영역이 어떤 역할을 하는지 알아봅시다 :)

 

 

 

▶ 코드(Code) 영역

• 우리가 작성한 소스코드가 저장되는 영역으로 기계어 형태(0,1)로 저장
• 실행 파일을 구성하는 명령어들이 올라가는 메모리 영역으로 함수, 제어문, 상수 등이 여기에 지정된다.
• CPU는 코드 영역에 저장된 명령어들을 하나씩 가져가서 실행한다.

 

 

 

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▶ 데이터(Data) 영역 

• 전역 변수와 static 변수가 할당되는 영역
• main함수 전에 선언되어 프로그램의 시작과 동시에 할당되고 프로그램이 종료되어야 메모리에서 소멸됨

var a: Int = 10;	// 전역변수로 데이터 영역에 할당
var b: Int = 20;	// 전역변수로 데이터 영역에 할당

struct dataFunc(){
	static let data = "data" // 정적(static) 변수로 데이터 영역에 할당
}

 

 

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▶ 힙(Heap) 영역

• 동적으로 할당된 변수가 할당되는 영역(Dynamic Memory Allocation)
• C++에서 new 연산자를 사용해서 메모리를 할당하면 이 메모리는 응용 프로그램의 힙 세그먼트에 할당

int* ptr = new int; // ptr은 힙에서 4바이트로 할당된다. 
int* array = new int[10]; // array는 힙에서 40바이트로 할당된다.

동적으로 할당된 변수가 삭제되면 메모리는 힙으로 "반환"되고, 이후 다시 할당될 수 있다. 포인터를 삭제하면 변수가 삭제되는 것이 아니라 관련 주소의 메모리를 운영 체제에 반환하는 것이다.

• 프로그래머가 원하는 시점에 변수를 할당(malloc, calloc)하고 소멸을 가능하도록 하는 영역
• 사용하고 난 후 반드시 메모리 해제를 해줘야 함, 그렇지 않으면 memory leak 발생.(응용 프로그램이 종료될때까지 유지됨)
• 영역 중 유일하게 런타임 시 크기가 결정
• (In Swift) 클래스 인스턴스(Class Instance), 클로저같은 참조 타입의 값이 부분에 해당.
  • Swift는 ARC를 통해 힙에 할당된 메모리가 더 이상 쓸모 없어지면(참조되지 않으면) 자동으로 해제해줌
• 메모리 위쪽 주소부터 할당되는 선입선출(FIFO) 구조.

class Person {
    var name: String?
    var age: Int?
}

var person: Person = Person()    // 클래스 인스턴스는 힙, person 변수는 스택 영역에 할당

 

 

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▶ 스택(Stack) 영역

• 함수 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개 변수가 저장되는 영역
• 함수 호출이 완료되면 저장된 메모리도 해제됨
• 메모리 아래쪽 주소부터 할당되는 후입선출(LIFO) 구조.

func add(_ a: Int, _ b: Int) -> Int {	// 파라미터 a,b 는 스택에 할당
      let result = a + b		// 지역변수 result는 스택에 할당
    return result
}