C: Memory Layout of C Programs

C언어로 동작하는 프로세스는 크게 4가지의 메모리 영역(text, data, heap, stack)을 통해 구성된다. 전역 변수, 지역변수 등 사용되는 위치나 키워드 등에 따라 메모리 영역이 달라지게 된다. 작은 프로그램 단위에서는 크게 신경 쓰지 않아도 되지만, 다루는 자료구조의 크기가 큰 경우 stack overflow와 같은 오류에 직면할 수 있다. 이러한 오류를 방지하기 위해서는 메모리 영역에 대한 명확한 이해가 필요하다.

 

Memory Layout

https://aticleworld.com/memory-layout-of-c-program/

 

stack & heap

•  stack
  • 함수 호출 시 생성되고, 함수 종료 시 반환되는 영역이다.
  • 즉 지역 변수(local variable)이 할당되는 영역이다.
• heap
  • 동적으로 할당되는 변수를 위한 영역이다.
  • 예를 들면, malloc 또는 calloc을 통해 할당되는 경우 해당 영역에 할당된다.

`stack`과 `heap`은 같은 메모리 영역이지만 `heap`은 low address에서 high address로 메모리를 사용하고, `stack`은 이와 반대이다. 만약 `stack`이 `heap`의 영역을 침범하게 되면, `stack overflow`이며 이와 반대일 경우 `heap overflow`이다.

 

data

#include <stdio.h>

/* global variable stored in in initalized data (RW) */
char c1[] = "test1...";
/* global variable stored in in initalized data (RO)*/
const char s[] = "test2...";

/* Uninitialized variable stored in BSS */
char c2;

int main()
{
    /* static variable stored in initalized data */
    static int i = 1;
    /* Uninitialized static variable stored in BSS */
    static int j;
    
    return 0;
}

• uninitialized data (bss)
  • 초기화되지 않은 전역, 정적 변수가 할당되는 영역이다.
  • 런타임에 해당 영역을 0으로 초기화한다.
• initialized data
  •  초기화된 전역, 정적 변수가 할당되는 영역이다.

 

text

• 프로그램 코드(소스코드), 함수, 전역 상수, 문자열 등이 할당되는 영역이다.
• 읽기 전용 영역이다.

 

File size & Time

 실행하는 프로세스의 `File size`는 `text + data` 영역에 의해 결정된다. 또한 `run time`은 `heap`의 크기에 따라 결정되며, `compile time`은 `stack`의 크기에 따라 결정된다.

 

Reference

• https://medium.com/@vikasv210/memory-layout-in-c-fe4dffdaeed6
• https://www.tutorialspoint.com/memory-layout-of-c-programs
• https://www.geeksforgeeks.org/memory-layout-of-c-program/
• https://stackoverflow.com/questions/3080375/how-is-the-memory-layout-of-a-c-c-program