메모리 구조

메모리 모델

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메모리 모델

stack 영역

• 프로그램이 자동으로 사용하는 메모리 영역이다.
• 함수호출과 관계되는 지역변수와 매개변수가 저장된다.
• 함수 호출 시 생성되며, 함수가 끝나면 반환된다.
• stack 사이즈는 각 프로세스마다 할당되지만 프로세스가 메모리에 로드될 때 stack 사이즈가 고정되어 있어 런타임 시 stack 사이즈를 바꿀 수 없다.
• 명령 실행 시 자동으로 증가 or 감소하기 때문에 보통 메모리의 마지막 번지를 지정한다.

heap 영역

• 필요에 의해 동적으로 할당할 때 사용하는 메모리 영역이다.
• C에서 malloc(), calloc() 등의 함수를 사용하여 메모리 크기를 할당할 수 있다.
• 메모리 주소 값에 의해서만 참조되는 영역이다.
• stack영역과 heap영역은 사실 같은 공간을 공유한다.
  • heap이 메모리의 낮은 주소부터 할당되면 stack은 높은 주소부터 할당되는 식이다.
  • 그래서 각 영역이 상대공간은 침범할 수 있는데 이를 각 stack overflow, heap overflow라 한다.

Data 영역 (BSS, GVAR)

• 프로그램이 실행될 때 생성되고 프로그램이 종료되면 시스템에 반환된다.
• 전역변수, 정적변수, 배열, 구조체 등이 저장된다.
• GVAR은 초기값을 0이아닌 특정한 값으로 지정한 경우 사용한다.
• 초기화된 데이터는 Data영역에, 초기화되지 않은 데이터는 BSS 영역에 저장된다.

Text (Code) 영역

• 텍스트 영역은 실행 명령을 포함하는 코드들이 들어가는 부분이다.
• 프로그램을 시작 할 때 컴파일한 프로그램(기계어)이 저장되어 있고, 읽기 전용 영역이기에 프로세스가 함부로 변경 할 수 없고 변경 시 오류를 발생시킨다.
• 코드 자체를 구성하는 메모리 영역으로 Hex 파일이나 Bin 파일 메모리이다. 프로그램 명령이 위치하는 곳으로 기계어로 제어되는 메모리 영역이다.

iOS에서의 메모리 관리방법, ARC

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ARC 자동 참조 카운팅

• 스위프트는 ARC를 사용해서 앱 내 메모리 사용을 추적하고 관리한다.
• 대부분의 상황에서 swift 내에서 자동으로 메모리를 관리해주는 것을 의미한다.
• Reference Counting은 클래스 인스턴스에서만 적용된다.
• 구조체나 열거형은 값타입이며 ARC의 영향을 받지 않는다.

어떻게 ARC가 작동할까?

• 매번 새로운 Class 인스턴스를 생성할 때마다, ARC는 인스턴스 정보를 적재하기 위해 메모리의 덩어리를 할당한다.
• 이 메모리는 인스턴스 타입에 대한 정보를 해당 인스턴스와 관련되어 저장된 프로퍼티들의 값을 함께 포함하여 유지한다.
• 추가적으로, 인스턴스가 더이상 필요하지 않게 될 때, ARC는 해당 인스턴스에 의해 사용되는 메모리를 해제하고, 해제된 메모리를 다른 목적을 위해 사용될 수 있게 된다.
• 만약 ARC가 여전히 사용중인 클래스 인스턴스 메모리를 해제하게 된다면, 해당 인스턴스의 프로퍼티들에 더이상 접근하지 못하게 되거나, 인스턴스 메서드를 호출하지 못할 수 도 있다.
• 필요한 인스턴스들이 사라지지 않도록 보장하기 위해서 ARC는 현재 각각의 인스턴스들에 대해 얼마나 많은 프로퍼티, 상수, 변수들이 참조하고 있는지 추적한다.
• ARC는 인스턴스들이 여전히 존재할 수 있도록, 최소 1개의 활성 참조가 있는 한 인스턴스를 해제하지 않는다.
• 클래스 인스턴스에 프로퍼티, 상수, 변수를 할당할 때마다, 이러한 프로퍼티, 상수, 변수들은 인스턴스에 strong 참조를 생성한다.
• strong 참조는 인스턴스를 강하게 잡고 유지하며, 최소 1개 이상의 참조가 남아있는 한 인스턴스가 해제되는 것을 허용하지않는다.

MRC

• 수동으로 RC(참조 횟수)를 계산하는 방식

메모리 단편화

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메모리 단편화

• 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져 사용가능한 메모리가 충분하지만 할당이 불가능한 상태를 의미한다.

내부 단편화 (Internal Fragmentation)

• 메모리를 할당할 때 프로세스가 필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당되어서 프로세스에서 공간이 낭비되는 상황

외부 단편화 (External Fragmentation)

• 메모리가 할당되고 해제되는 작업이 반복될 때 작은 메모리가 중간중간 존재하게 된다. 이 때 중간중간에 생긴 사용하지 않는 메모리가 많이 존재해서 총 메모리 공간은 충분하지만 실제로 할당할 수 없는 상황

메모리 단편화 문제 해결방법

• 페이징(Paging)기법
  • 가상메모리를 나눈 것을 페이지라 하고, RAM을 페이지와 같은 크기로 나눈 것을 프레임이라고 할 때, 사용하지 않는 프레임을 페이지에 옮기고, 필요한 메모리를 페이지 단위로 프레임에 옮기는 기법
  • 페이지와 프레임을 대응시키기 위해 page mapping과정이 필요해서 paging table을 만든다.
  • 페이징 기법을 사용하면 연속적이지 않은 공간도 활용할 수 있기 때문에 외부 단편화 문제를 해결 할 수 있다.
  • 내부 단편화 문제를 해결할 경우 오히려 효율이 떨어질 수도 있다.
• 세그멘테이션(Segmentation)기법
  • 가상 메모리를 서로 크기가 다른 논리적 단위인 세그먼트로 분할해서 메모리를 할당한다.
  • 각 세그먼트는 연속적인 공간에 저장되어 있다.
  • 프로세스가 필요한 메모리만큼 할당해주기 때문에 내부 단편화는 일어나지 않으나 여전히 중간에 프로세스가 메모리를 해제하면 생기는 구멍, 외부 단편화 문제는 여전히 존재한다.
• 메모리 풀(Memory Pool)
  • 필요한 메모리 공간을 필요한 크기, 개수 만큼 사용자가 직접 지정하여 미리 할당받아 놓고 필요할 때마다 사용하고 반납하는 기법
  • 미리 공간을 할당해놓고 가져다 쓰고 반납하므로 할당과 해제로 인한 외부 단편화가 발생하지 않는다.
  • 필요한 크기만큼 할당하니까 내부 단편화 또한 생기지 않는다.
  • 미리 할당해두고 사용하지 않는 순간에도 계속 할당하니까 메모리 누수가 있다.