[Linux] Memory Layout
Stack Frame을 정리하다가 Memory Layout도 제대로 정리하면 좋을거 같아서 Memory Layout 정리글을 올린다.
Linux Memory Layout
8086메모리는 4GB 메모리 기준으로 2GB 커널 영역과 2GB 유저 영역이 존재한다. 이번 포스팅에서 집중해야할 부분은 유저 영역이다.
유저 영역은 세그먼트1라는 단위로 프로세스들이 들어가는데 CPU는 이 세그먼트를 병렬적으로 처리한다. 세그먼트는 스택 영역, 힙 영역, BSS 영역, 데이터 영역, 코드 영역등 여러개의 구역으로 나누어 진다.
위 사진을 보면 코드 세그먼트, 데이터 세그먼트, BSS 세그먼트, 힙 세그먼트, 스택 세그먼트가 있다.
Code Segment
코드 세그먼트(Code Segment)는 실행 가능한 기계 코드가 위치하는 영역으로 텍스트 세그먼트(Text Segment)라고도 불린다.
1
int main() { return 31337 }
위 코드를 컴파일 하면 554889e5b8697a00005dc3라는 기계 코드로 변환되는데, 이 기계코드가 코드 세그먼트에 위치한다.
Data Segment
데이터 세그먼트(Data Segment)는 컴파일 시점에 값이 정해진 전역 변수 및 전역 상수들이 위치한다.
1
2
3
int data = 26 // data
const int const_data = 19990813 // rodata
int main() { ... }
데이터 세그먼트에는 Data Segment와 Rodata(read-only data) Segment로 나뉜다. Data Segment에는 프로그램이 실행되면서 값이 변할 수 있는 데이터들이 위치하는데, RoData Segment에는 프로그램이 실행되면서 값이 변하면 안되는 데이터들이 위치한다.
BSS Segment
BSS 세그먼트(BSS Segment, Block Started By Symbol Segment)는 컴파일 시점에 값이 정해지지 않은 전역 변수가 위치하는 메모리 영역이다.
1
2
int data;
int main() { ... }
BSS Segment의 메모리 영역은 프로그램이 시작할 때 모두 0으로 초기화 된다.
Stack Segment
스택 세그먼트(Stack Segment)는 프로세스의 스택이 위치하는 영역으로, 함수의 인자나 지역 변수들이 실행 중 Stack Segment에 저장된다. 스택 세그먼트는 스택 프레임(Stack Frame)이라는 단위로 사용되는데, 이는 함수가 호출될 때 생성되고 반환될 때 해제된다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
void func()
{
int choice = 0;
scanf("%d", &choice);
if (choice)
call_true();
else
call_false();
return 0;
}
위 코드는 choice에 따라 call_true()가 호출될 수도, call_false()가 호출될 수 있다. 이처럼 어떤 프로세스가 실행될 때 해당 프로세스가 얼마 만큼의 스택 프레임을 사용하게 될 지를 미리 계산하는 것은 거의 불가능하다. 그래서 운영체제는 프로세스를 시작할 때 작은 크기의 스택 세그먼트를 먼저 할당해주고, 부족해 질 때마다 이를 확장한다. 스택에 대해서 아래로 자란다라는 표현을 종종 사용하는데, 이는 스택이 확장될 때, 기존 주소보다 낮은 주소로 확장되기 때문입니다.
Heap Segment
힙 세그먼트(Heap Segment)는 힙 데이터가 위치하는 세그먼트로, 스택과 마찬가지로 실행중에 동적으로 할당될 수 있으며, 리눅스에서는 스택 세그먼트와 반대 방향으로 자란다.
C언어에서는 malloc(), calloc()등을 호출해서 할당받는 메모리가 이 세그먼트에 위치한다.
힙과 스택 세그먼트가 자라는 방향이 반대인 이유는 동일 방향으로 자라게 된다면 충돌할 수 있다. 그래서 스택은 메모리 끝에 위치하고, 힙과 반대로 자라게 한다.
Ref
[1] 드림핵 시스템 해킹 강의 Background: Linux Memory Layout
[2] 스택 구조
Footnote
세그먼트: 적재되는 데이터의 용도별로 메모리의 구획을 나눈 것 ↩︎