[2023-09-28] Process Address Space

02-OPERATING_SYSTEM/Process Address Space.md

@@ -0,0 +1,108 @@
+# Process Address Space
+## 💡 프로세스 주소공간에 대해 설명해주세요.
+
+<p align="center"><img src="https://github.com/RecoRecoNi/Tech-Interview/assets/63551948/76522482-2055-4326-ba25-cc157b490913" align="center" width="50%"></p>
+
+`프로세스 주소 공간(Process Address Space)`은 컴퓨터에서 실행 중인 각 프로세스가 메모리에서 사용하는 공간을 나타냅니다. 하나의 프로세스는 메모리의 사용자 영역에 크게 `코드 영역`, `데이터 영역`, `힙 영역`,`스택 영역`으로 나뉘어 저장됩니다.
+
+- `코드(Code) 영역`
+    - 실행할 수 있는 코드, 즉 기계어로 이루어진 명령어가 저장되며 text 영역이라고도 합니다. 데이터가 아닌 CPU가 실행할 명령어가 담겨 있기 때문에 쓰기가 금지되어있습니다. (읽기 전용 공간)
+- `데이터(Data) 영역`
+    - 잠깐 썼다가 없앨 데이터가 아닌 **프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간**입니다. **전역 변수**가 대표적입니다.
+    - 코드 영역과 데이터 영역은 크기가 고정된 영역이라는 점에서 **정적 할당 영역**이라고도 부릅니다.
+- `힙(Heap) 영역`
+    - 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장 공간입니다. 프로그래밍 과정에서 힙 영역에 메모리 공간을 할당했다면 언젠가는 해당 공간을 반환해야 합니다.
+- `스택(Stack) 영역`
+    - 데이터를 일시적으로 저장하는 공간입니다. 함수의 실행이 끝나면 사라지는 **매개 변수**,**지역 변수** 등이 저장됩니다.
+    - 힙 영역과 스택 영역은 실시간으로 그 크기가 변할 수 있기 때문에 **동적 할당 영역**이라고 부릅니다.
+
+<br>
+
+## 📑 꼬리질문
+### 초기화 하지 않은 변수들은 어디에 저장될까요?
+<p align="center"><img src="https://github.com/RecoRecoNi/Tech-Interview/assets/63551948/84f39c52-7f0e-4847-8c28-8944dd7f8736" align="center" width="50%"></p>
+
+- 프로세스의 데이터 영역(Data Segment) 중에서 `BSS(Block Started by Symbol)` 섹션에 저장됩니다.
+- 이 섹션은 프로세스의 메모리 공간에서 초기화 되지 않은 **전역 변수, 배열, 정적 변수 등**을 저장하는데 사용됩니다.
+
+### 일반적인 주소공간 그림처럼, Stack과 Heap의 크기는 매우 크다고 할 수 있을까요? 그렇지 않다면, 그 크기는 언제 결정될까요?
+- 무조건적으로 크기가 크다고 할 수는 없지만 data와 code 영역은 프로그램 실행 전에 이미 정의되고 크기가 결정되는 **정적 할당 영역**이며, stack과 heap 영역은 프로그램 실행 중에 **동적으로 관리**되므로 상대적으로 작거나 큰 경우가 있을 수 있습니다.
+
+- `Stack`은 함수의 호출과 관계있는 **지역 변수**와 **매개 변수**가 저장되는 영역으로 **컴파일 타임에 크기가 결정**되고 `Heap`은 **런타임에 크기가 결정되는 메모리 영역**입니다.
+
+### Stack과 Heap 공간에 대해, 접근 속도가 더 빠른 공간은 어디일까요?
+
+- `Stack`은 CPU에 의해 효율적으로 관리되고 메모리는 단편화되지 않기 때문에 **접근이 매우 빠릅니다.**
+- `Heap`은 메모리를 직접 관리해야하기 때문에 Stack에 비해 **접근 속도가 느립니다.**
+
+### 다음과 같이 공간을 분할하는 이유가 있을까요?
+- **데이터를 공유하여 메모리 사용량을 줄이기** 위해서입니다.
+- `Code` 영역은 같은 프로그램 내에서 모두 같고, 수정될 일이 없기 때문에 따로 관리하여 공유하고, `Stack` 영역과 `Data` 영역을 나누어 지역변수와 전역변수를 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 합니다.
+- 또한 여러 스레드가 하나의 프로세스를 독립적으로 제어하기 위한 영역 외의 공통되는 `Code` 영역, `Data` 영역, `Heap` 영역을 공유하여 메모리를 절약하기 위함입니다.
+
+### 스레드의 주소공간은 어떻게 구성되어 있을까요?
+<p align="center"><img src="https://github.com/RecoRecoNi/Tech-Interview/assets/63551948/37951b77-4e67-4ba0-8814-e85e298edb08" align="center" width="50%"></p>
+
+`스레드 주소 공간`
+스레드 주소 공간이란 스레드가 생성되고 실행되는 동안 접근 가능한 메모리 영역으로 프로세스 주소 공간 내에 형성합니다.
+
+- `코드 영역` : 스레드가 실행할 작업의 함수가 있으며 스레드는 프로세스 코드 영역에 있는 다른 모든 함수를 호출 할 수 있습니다.
+- `데이터 영역` : 개별 스레드 전용 공간인 스레드 로컬 스토리지와 프로세스에 의해 공유되는 변수 공간이 있습니다.
+- `힙 영역` : 모든 스레드가 동적 할당을 받는 공간으로 프로세스의 힙 공간을 사용합니다.
+- `스택 영역` : 프로세스 스택의 일부분을 할당합니다.
+
+### "스택"영역과 "힙"영역은 정말 자료구조의 스택/힙과 연관이 있는 걸까요? 만약 그렇다면, 각 주소공간의 동작과정과 연계해서 설명해 주세요.
+
+- `Stack` 영역의 동작은 LIFO(Last In First Out) 원칙에 따라 메모리의 함수 호출과 관련된 변수, 함수 호출 정보, 복귀 주소 등을 입출력하는 측면에서 자료구조의 Stack과 연관이 있습니다.
+- `Heap` 영역의 동작은 프로그램의 실행 중에 사용자에 의해 동적으로 할당되고 해제되는 방식으로 객체를 관리하는 특징이 있습니다. 따라서 자료구조의 Heap과는 연관이 없습니다.
+
+### IPC의 Shared Memory 기법은 프로세스 주소공간의 어디에 들어가나요? 그런 이유가 있을까요?
+- `Shared Memory`는 여러 프로세스가 동시에 접근할 수 있는 메모리 영역으로, **공유 메모리 세션**에 위치하게 됩니다.
+    - 공유 메모리 섹션은 프로세스의 코드(Code), 데이터(Data), 스택(Stack), 또는 힙(Heap) 중 어느 부분에도 직접 위치하지 않습니다.
+    - 공유 메모리 세션은 메모리에서 독립적으로 관리되며 저장하는 데이터는 각각의 프로세스 주소 공간에 매핑 될 수 있습니다.
+        - `데이터 세그먼트(Data Segment)`: 공유 데이터(공유 메모리에 저장된 데이터)는 프로세스의 데이터 세그먼트에 매핑됩니다. 이렇게 하면 프로세스가 공유 데이터를 읽고 쓸 수 있습니다.
+        - `힙(Heap)`: 공유 메모리 섹션을 힙에 매핑하여 동적으로 할당된 데이터를 저장할 수 있습니다. 이는 동적으로 생성되는 데이터 구조 또는 공유 자원에 접근하기 위해 사용될 수 있습니다.
+        - `기타 세그먼트`: 코드 세그먼트나 스택 세그먼트에 공유 메모리 섹션을 직접 매핑하는 것은 일반적이지 않습니다. 코드 세그먼트는 프로그램 코드를 저장하고, 스택 세그먼트는 함수 호출과 관련된 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 공유 데이터는 주로 데이터 세그먼트나 힙에서 관리됩니다.
+
+<br>
+
+## 🐍 꼬꼬무
+### Python에서는 Stack과 Heap 영역을 어떻게 구분할까요?
+- 파이썬은 Stack영역과 Heap 영역의 **관리를 추상화** 한 언어입니다.
+- 따라서 개발자가 **직접 스택 및 힙을 명시적으로 제어**하지 않고, 파이썬 인터프리터와 가비지 컬렉터가 메모리를 관리합니다.
+- 세부적으로, 대부분의 참조자는 Stack 영역에 생성되고, 객체는 heap 영역에 생성됩니다.
+
+- 대부분 참조자는 Stack 영역에 생성되고 객체는 heap 영역에 생성된다.
+<p align="center"><img src="https://github.com/RecoRecoNi/Tech-Interview/assets/63551948/31025b16-6cee-4e45-9469-e76e33392536" align="center" width="50%"></p>
+
+### Stack과 Heap 공간에 대해, 할당 속도가 더 빠른 공간은 어디일까요?
+
+- 스택은 이미 할당되어있는 공간을 사용하는 것이고 힙은 사용자가 따로 할당해서 사용 할 수 있는 공간이기 때문에 스택이 훨씬 빠릅니다.
+    - 스택에서 할당의 의미는 이미 생성되어 있는 스택에 대해 포인터의 위치만 바꿔주는 단순한 CPU Instruction입니다.
+    - 힙에서의 할당의 의미는 요청된 Chunk의 크기, 현재 메모리 Fragmentation 상황 등 다양한 요소를 고려하기 때문에 더 많은 CPU Instruction이 필요합니다.
+
+### 왜 초기화 하지 않은 변수들을 BSS 섹션에 저장할까요 (data영역과 bss 영역을 구분 하는 이유)?
+- 초기화가 되지 않는 변수는 프로그램이 실행될때 값은 저장하지 않고 저장될 영역만 잡아주면 됩니다.
+- 초기화된 변수는 그 값도 프로그램에 저장하고 있어야 하기때문에 두 가지를 구분해서 영역을 잡아줍니다.
+- 이것이 bss영역과 data 영역을 구분하는 이유입니다.
+
+- 따라서 이러한 bss영역 변수들은 많아져도 프로그램의 실행 코드 사이즈를 늘이지 않게 됩니다.
+
+<br>
+
+## 📚 Reference
+
+- [티스토리 - 프로세스(Process)의 주소공간(Address Space)](https://whereisusb.tistory.com/10)
+- [티스토리 - 프로세스 주소 공간에 대해 설명해주세요](https://seongeun-it.tistory.com/181)
+- [벨로그 - [운영체제] 프로세스 주소 공간](https://velog.io/@klm03025/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%EC%A3%BC%EC%86%8C-%EA%B3%B5%EA%B0%84)
+- [티스토리 - 27. 프로세스 - IPC 기법(shared memory)](https://devraphy.tistory.com/418)
+- [벨로그 - [운영체제] 프로세스 주소공간](https://velog.io/@klloo/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%EC%A3%BC%EC%86%8C%EA%B3%B5%EA%B0%84)
+- [티스토리 - [OS] 프로세스 주소 공간](https://dar0m.tistory.com/258)
+- [티스토리 - 힙(Heap)과 스택(Stack)의 최대 할당 크기](https://bozeury.tistory.com/90)
+- [벨로그 - 메모리 구조를 알아보자](https://velog.io/@hidaehyunlee/%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EA%B5%AC%EC%A1%B0%EB%A5%BC-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EC%9E%90)
+- [티스토리 - 스레드의 공유자원 관리(동기화)](https://development-sehee.tistory.com/24)
+- [티스토리 - [OS] 프로세스 간 통신(Inter-Process Communication,IPC)](https://junghyungil.tistory.com/146)
+- [티스토리 - CS - 메모리 구조(feat.스택 Vs 힙](https://leemyungjic.tistory.com/26)
+- [티스토리 - 스택과 힙 메모리 영역,Stack Heap Memory](https://luv-n-interest.tistory.com/1046)
+- [티스토리 - #3 python의 메모리 할당과 관리](https://hkim-data.tistory.com/182)
+- [티스토리 - 운영체제 - Process](https://dev-ahn.tistory.com/15)