Linux Memory Layout

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강의 주소

리눅스 프로세스의 메모리 구조

리눅스에서는 프로세스의 메모리를 크게 5가지 세그먼트(Segment)로 구분한다.

1. 코드 세그먼트
2. 데이터 세그먼트
3. BSS 세그먼트
4. 힙 세그먼트
5. 스택 세그먼트

운영체제가 메모리를 용도별로 나누면, 각 용도에 맞게 권한( 읽기 , 쓰기 , 실행 )을 부여할 수 있다는 장점이 있다.

코드 세그먼트

Code Segment (Text Segment)는 실행 가능한 기계코드가 위치하는 영역이다.

ex) main( )

프로그램이 동작하려면 실행 할 수 있어야 하므로 읽기 권한 & 실행 권한 이 부여된다. ( 쓰기 권한이 있으면 악의적으로 코드를 넣을 수 있으니 쓰기 권한은 제거 )

데이터 세그먼트

Data segment는 컴파일 시점에서 값이 정해진 전역 변수 및 전역 상수들이 위치하는 영역이다.

데이터를 읽어야되기 때문에 읽기 권한 이 부여된다.

• 전역 변수 같이 값이 변할수 있는 데이터들은 쓰기 가능, Data Segment 라고 부른다.
• 전역 상수 같이 값이 변할 수 없는 데이터들은 쓰기 불가능 , Rodata(REad-only_data) Segment라고 부른다.

ex)

int data_num = 31337; // data

char data_rwstr[] = "writable_data"; // data

const char data_rostr[] = "readonly_data"; // rodata

char * str_ptr = "readonly" //str_ptr은 data, 문자열은 rodata

BSS 세그먼트

BSS Segment( Block Started By Symbol Segment )는 컴파일 시점에서 값이 정해지지 않은 전역 변수가 위치하는 영역이다. ( 선언만 하고 초기화 하지 않은 변수들도 포함 )

프로그램이 시작될때 세그먼트 영역은 모두 0으로 값이 초기화 된다.

이 세그먼트에는 읽기 권한 및 쓰기 권한 이 부여된다.

ex)

아래 코드에서 초기화되지 않은 전역 변수인 bss_data가 BSS세그먼트에 위치하게 된다.

int bss_data;

int main()
{
    printf("%d\n",bss_data); //0
    return 0;
}

스택 세그먼트

Stack Segment는 프로세스의 스택이 위치하는 영역이다. 함수의 인자나 지역변수와 같은 임시 변수들이 실행중 위치한다.

스택 세그먼트는 스택 프레임( Stack Frame )이라는 단위를 사용한다. 스택 프레임은 함수가 호출될 때 생성되고, 반환될 때 해제된다. ( 얼마나 필요한지는 값에 따라 달라져서 정확한 계산이 불가 )

운영체제는 프로세스가 시작할 때 작은 크기의 스택 세그먼트를 먼저 할당하고 부족할때 마다 확장한다. 스택은 아래로 자란다 라는 표현을 사용한다 ( 확장할 때 낮은 주소로 확장된다 )

이영역은 CPU가 자유롭게 값을 읽고 써야되서 읽기 권한 및 쓰기 권한 이 부여된다.

ex)

아래에 코드에서는 지역변수 choice가 스택에 저장된다.

void func()
{
    int choice = 0;

    scanf("%d",&choice);

    if (choice)
    {
        call_true();
    }
    else
    {
        call_false();
    }

    return 0;
}

힙 세그먼트

Heap Segment는 힙데이터가 위치하는 영역이다. 스택과 같이 실행중 동적으로 할당될 수 있으며, 리눅스에서는 스택 세그먼트와 반대 방향으로 자란다. ( 충동을 피하기 위함 )

C언어에서 malloc(), calloc() 등 동적으로 할당 받는 메모리가 이 세그먼트에 위치한다.

스택 세그먼트와 같이 읽기 권한 및 쓰기 권한 이 부여된다.

ex)

int main()
{
    int *heap_data_ptr = malloc(sizeof(*heap_data_ptr));
    // 동적 할당한 힙 영역의 주소를 가리킴

    *heap_data_ptr = 31337
    // 힙 영역에 값을 씀

    printf("%d\n",*heap_data_ptr);
    // 힙 영역의 값을 사용함

    return 0;
 }

요약

세그먼트	역할	일반적인 권한	사용 예
코드 세그먼트	실행가능한 코드가 저장된 영역	읽기, 실행	main()등의 함수 코드
데이터 세그먼트	초기화된 전역변수 또는 상수가 위치하는 영역	읽기 와 쓰기 or 읽기 전용	초기화된 전역변수, 전역 상수
BSS 세그먼트	초기화되지 않은 데이터가 위치하는 영역	읽기, 쓰기	초기화가 되지않은 전역변수
스택 세그먼트	임시 변수가 저장되는 영역	읽기, 쓰기	지역변수, 함수의 인자등
힙세그먼트	실행중에 동적으로 사용되는 영역	읽기, 쓰기	malloc(),calloc()등으로 할당받은 메모리