[OSTEP] 14. 메모리 API (Memory API)

1.1 스택 메모리 (Stack Memory)#

• 관리 주체: 컴파일러 (암묵적 할당 및 해제)
• 특징: 함수 호출 시 지역 변수 등을 저장하기 위해 자동으로 할당되며, 함수가 반환되면 자동으로 해제됩니다. 이러한 특성 때문에 **자동 메모리(Automatic Memory)**라고도 합니다.
• 선언 예시:

1
void func() {
2
    int x; // 스택에 정수형 변수 선언
3
    // 함수 종료 시 x는 자동 해제됨
4
}

1.2 힙 메모리 (Heap Memory)#

• 관리 주체: 프로그래머 (명시적 할당 및 해제)
• 특징: 프로그램 실행 중 동적으로 크기가 결정되거나, 함수 반환 이후에도 데이터가 유지되어야 할 때 사용합니다. 프로그래머가 명시적으로 할당하고 해제해야 합니다.
• 선언 예시:

1
void func() {
2
    int *x = (int *) malloc(sizeof(int)); // 힙에 메모리 할당 요청
3
    // ...
4
    free(x); // 사용 후 반드시 해제
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}

사용 시 주의사항#

1. sizeof() 연산자 사용: malloc(sizeof(int))와 같이 sizeof() 연산자를 사용하여 타입의 크기를 정확하게 전달해야 합니다. 숫자를 직접 입력하는 것은 이식성을 떨어뜨립니다.
2. 문자열 할당: 문자열을 위한 공간을 할당할 때는 반드시 종료 문자(\0)를 고려하여 malloc(strlen(s) + 1)과 같이 1바이트를 더 할당해야 합니다. sizeof()는 포인터 자체의 크기만 반환하므로 문자열 길이를 구할 때는 적합하지 않습니다.

4.1 메모리 할당 누락 (Forgetting To Allocate Memory)#

포인터를 선언한 후 메모리를 할당하지 않고 데이터를 복사하려는 경우입니다. 이 경우 Segmentation Fault가 발생합니다.

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char *src = "hello";
2
char *dst; // 메모리 할당되지 않음
3
strcpy(dst, src); // Segfault 발생

4.2 메모리 공간 부족 (Not Allocating Enough Memory)#

필요한 크기보다 적게 메모리를 할당하는 경우로, 버퍼 오버플로우(Buffer Overflow) 라고 합니다. 주로 문자열 종료 문자 공간을 계산하지 않았을 때 발생합니다.

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char *src = "hello";
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char *dst = (char *) malloc(strlen(src)); // 종료 문자 공간 부족
3
strcpy(dst, src); // 힙 영역 침범 발생

4.3 초기화 누락 (Forgetting to Initialize)#

malloc()은 메모리 공간만 확보할 뿐 데이터를 초기화하지 않습니다. 초기화하지 않은 메모리를 읽을 경우 예측할 수 없는 값(Garbage Value)을 읽게 됩니다(Uninitialized Read).

4.4 메모리 해제 누락 (Memory Leak)#

할당한 메모리를 free()로 해제하지 않는 경우 **메모리 누수(Memory Leak)**가 발생합니다. 장시간 실행되는 서버 프로그램 등에서 메모리 누수가 누적되면 시스템 메모리가 고갈될 수 있습니다.

NOTE

참고: 프로세스가 종료되면 운영체제가 해당 프로세스의 모든 메모리를 회수합니다. 따라서 단기 실행 프로그램에서는 치명적이지 않을 수 있으나, 항상 메모리를 해제하는 습관을 갖는 것이 권장됩니다.

4.5 해제된 메모리 사용 (Dangling Pointer)#

이미 free()를 통해 반환된 메모리 주소에 접근하는 오류입니다. 프로그램이 충돌하거나, 해당 주소에 다른 데이터가 할당되었을 경우 데이터 무결성이 훼손될 수 있습니다.

4.6 중복 해제 (Double Free)#

동일한 포인터에 대해 free()를 두 번 이상 호출하는 오류입니다. 메모리 할당 라이브러리의 관리 구조가 손상되어 크래시가 발생할 수 있습니다.

5.1 brk / sbrk#

프로그램의 힙 영역 끝(Program Break) 위치를 변경하는 시스템 콜입니다. sbrk를 호출하여 힙의 크기를 늘리거나 줄일 수 있습니다. 현대 프로그래밍에서는 이를 직접 호출하지 않고 malloc을 사용합니다.

5.2 mmap#

mmap() 시스템 콜을 사용하여 운영체제로부터 익명 메모리 페이지(Anonymous Memory Region)를 직접 할당받을 수 있습니다. malloc 구현체는 대용량 메모리를 할당할 때 brk 대신 mmap을 사용하기도 합니다.