[C programming] 메모리에 대한 기본 이론

<본 블로그는 최호성 님의 열혈강의 C 프로그래밍 서적을 참고해서 공부하며 작성하였습니다 :-)>

 

🌝 메모리에 대한 기본 이론

⛅ 메모리 계층 구조

• 레지스터 : CPU 내부의 작은 메모리로, 휘발성이며 속도가 가장 빠르고, 기억 용량이 가장 적다
• 캐시 : L1, L2, L3 캐시를 지칭하고 휘발성이며, 속도가 빠르나 기억 용량이 적다
• 주기억장치(메모리) : RAM을 가리키고 휘발성이며, 속도와 기억 용량은 보통이다
• 보조기억장치(디스크) : HDD, SDD를 일컬으며 비휘발성이다. 속도는 낮으며 기억 용량이 많다

 

⛅ 메모리

- 코드(code) 영역

메모리의 코드(code) 영역은 실행할 프로그램의 코드가 저장되는 영역

CPU는 코드 영역에 저장된 명령어를 하나씩 가져가서 처리

 

- 데이터(data) 영역

메모리의 데이터(data) 영역은 프로그램의 전역 변수와 정적(static) 변수가 저장되는 영역

프로그램의 시작과 함께 할당되며, 프로그램이 종료되면 소멸

글로벌하게 쓰고 싶어서 전역변수로 다 사용해버린다면
항상 데이터 영역으로 시작과 함께 할당되어 데이터 영역 불필요하게 차지함!!

 

- 힙(heap) 영역

메모리의 힙(heap) 영역은 사용자가 직접 관리할 수 있는 ‘그리고 해야만 하는’  메모리 영역

힙 영역은 사용자에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제

힙 영역은 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소의 방향으로 할당

 

✅ 버퍼(buffer)
: 데이터를 한 곳에서 다른 한 곳으로 전송하는 동안 일시적으로 그 데이터를 보관하는 메모리의 영역

✅ 버퍼링(buffering)
: 버퍼를 활용하는 방식 또는 버퍼를 채우는 동작 : 다른 말로 '큐(Queue)'라고도 표현

✅ 버퍼 오버플로우 공격
Stack Buffer Overflow
: 스택이 힙 영역을 침범함
: 스택(함수 처리를 위해 지역 및 매개변수가 위치하는 메모리 영역) 구조 상, 할당된 버퍼들이 정의된 버퍼 한계치를 넘는 경우, 복귀 주소를 변경하여 공격자가 임의 코드를 수행

Heap Buffer Overflow
: 힙이 스택 영역을 침범함
: 힙(malloc()등의 메모리 할당 함수로 사용자가 동적으로 할당하는 메모리 영역) 구조 상, 최초 정의된 힙의 메모리 사이즈를 초과하는 문자열들이 힙의 버퍼에 할당될 시, 공격자가 데이터 변경 및 함수 주소 변경으로 임의 코드를 수행

✅ 버퍼와 캐시의 차이점

buffer	cache
버퍼는 데이터를 교환하거나 사용하는 두 프로세스 간의 속도 차이를 보상하는 데 사용	캐시는 컴퓨터에서 더 작고 빠른 메모리 구성 요소
주로 입/출력 프로세스에 사용	디스크에서 읽기 및 쓰기 프로세스 중에 사용
임시 저장을 위한 램의 일반 저장 영역	임시 저장을 위한 고속 저장 영역
데이터의 원본 복사본을 저장	원본 데이터의 복사본을 저장
항상 주 메모리(RAM)에 구현	디스크뿐만 아니라 RAM에서도 구현
다이나믹 램으로 제작	스태틱 램으로 제작
액세스 시간이 늘어나지 않음	CPU의 액세스 속도를 높임
타이핑 실수를 편집하기 위해 키보드에서 사용	그런 기능이 없음

 

- 스택(stack) 영역

메모리의 스택(stack) 영역은 함수의 호출과 관계되는 지역 변수와 매개변수가 저장되는 영역

스택 영역은 함수의 호출과 함께 할당되며, 함수의 호출이 완료되면 소멸

스택 영역에 저장되는 함수의 호출 정보를 스택 프레임(stack frame)

스택 영역은 푸시(push) 동작으로 데이터를 저장하고, 팝(pop) 동작으로 데이터를 인출

후입선출(LIFO, Last-In First-Out) 방식에 따라 동작하므로, 가장 늦게 저장된 데이터가 가장 먼저 인출

스택 영역은 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소의 방향으로 할당