[CS] 프로세스 메모리 구조

Code (Text)

• 프로그램에 있는 코드로, 함수, 제어문, 상수 등
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Static data (Data)

• 정적 변수 (global variables), 상수 배열 (constant arrays), 문자열 (strings)과 같은 정적 변수 (static variables)
• 초기화된 데이터는 data 영역에 저장되고, 초기화되지 않은 데이터는 BSS (Block Stated Symbol) 영역에 저장된다.
• 프로그램 실행 시 생성되고, 프로그램이 종료되면 시스템에 반환된다.
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Heap

• 할당해야할 메모리의 크기를 프로그램이 실행되는 동안 결정해야하는 경우. (런타임)

• 동적으로 할당된 메모리 공간. malloc, new 명령으로 할당

• 메모리 주소 값에 의해서만 참조되고 사용되는 영역

• 아래 → 위로 자라난다. 즉, 낮은 메모리 주소 → 높은 주소의 방향으로 할당 받는 것

    import Foundation
  
    let num = 5
    let arr = [Int](repeating: num, count: num)
  
    // 여기서 배열 arr에 할당해야할 메모리의 크기는 프로그램이 실행되는 동안 결정된다.

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Stack

• 스택 사이즈가 컴파일 시점에 결정

• 로컬 값 (local value), 배열 (array) 그리고 임시로 저장된 레지스터 값

• 프로그램이 자동으로 사용하는 임시 메모리 영역

• 함수를 호출할 때마다 지역 변수, 매개변수와 리턴 값등이 쌓인다.

• 위 → 아래로 자라난다. 즉, 높은 메모리 주소 → 낮은 메모리 주소의 방향으로 할당 받는 것.

• 아래 예시를 보면 factorial(10)을 호출했을 경우, factorial(10)에는 factorial(10)의 $fp, $sp가 할당된다. 그리고 차례대로 factorial(9), factorial(8)... 을 호출하면서 스택 영역에 할당한다. 이 때 factorial(9)의 $fp에는 factorial(10)의 리턴 주소가 할당된다. factorial(9)가 리턴되면 돌아갈 곳의 주소를 저장해야하기 때문이다. factorial(1)까지 호출을 다 하면, 차례대로 다시 리턴이 되면서 스택을 원래 상태로 복원한다.

    func factorial(n: Int) -> Int {
        if n < 1 { return 1 }
        else {
            return n * factorial(n: n - 1)
        }
    }
  
    factorial(10)
    // 여기서 factorial(10) -> factorial(9) -> .. factorial(

$fp (frame pointer)

• 프레임의 시작 주소
• 항상 현재 스택 프레임의 base (시작 위치)를 가리킨다. 여기에 return address가 들어간다.
• 스택 프레임은 프로시저 프레임, 활성화 레코드라고도 부른다.
• $fp는 $sp를 호출함으로써 초기화되고, $sp는 return 시 $fp를 사용하여 복원된다.
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$sp (stack pointer)

• 스택의 top을 가리키는데, stack의 last word를 가리킨다고도 한다.
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왜 recursive 함수의 비용이 비싼가?

• 모든 프로세서 안의 레지스터 정보를 스택에 보관해두고, 나중에 다시 가져오는 작업이 빈번하기 때문에 메모리 연산이 많이 일어나서 성능이 늘어날 수 있다.