THINK-PRO BLOG

pintos 운영체제에는 자체 내장되어 있는 테스트 프로그램이 있습니다. 

src/userprog/ 디렉토리에서 'make check' 쉘 명령어를 입력하면, 76개의 테스트를 실행하며, 마지막에 테스트의 결과를 알려줍니다.

76개의 테스트 중 (제가 봤을 때) 제일 디버깅이 어려운 테스트는 'multi-oom'테스트입니다.

multi-oom테스트의 목적은 pintos운영체제의 메모리 누수가 존재하는지를 확인합니다.

메모리 누수가 일어나는 곳을 찾아야 하는데 쉽지 않습니다. 

multi-oom 테스트를 해결해나가는 약간의 팁을 제공하자면,

1) malloc - free를 정확하게 사용해라. 

malloc함수는 힙영역에 새로운 메모리를 할당하는 함수입니다. 만약에 어떤 함수에서 메모리를 새로 할당한 이후, 그 함수가 종료되기 전까지 할당한 메모리가 사라지지 않는다면, 계속해서 쓸모없는 메모리가 남게 되어 메모리 누수가 발생합니다. 따라서, 함수 루틴 안에서 반드시 malloc을 사용한 경우에는 그에 대응하는 free를 해주기 바랍니다. 참고로, malloc을 한 이후, 그 메모리를 가리키는 포인터를 다음에도 계속 가지고 있다면, 즉시 free를 해줄 필요는 없습니다. 최종적으로 그 메모리가 필요없게 되었을 때 정확히 free를 해주는 것이 관건인 것이지요.

간단히 말하자면, 함수 내에서 임시적으로 사용하기 위해 할당한 메모리는 그 함수가 끝나는 시점에서 즉시 free로 메모리 해제를 해주어야 하고, 스레드 내에서 파일 디스크립터 테이블과 같이 스레드가 죽을 때까지 가지고 있어야 하는 정보에 대한 메모리는 스레드가 죽을 때, 메모리 해제를 해주면 되는 것이지요.

2) 1)과 같은 이유로, palloc_get_page에 대응하는 palloc_free_page를 철저하게 사용하라.

1)과 동일한 이유입니다. palloc_get_page도 메모리를 할당하는 함수이고, palloc_free_page도 메모리를 해제하는 함수입니다.

3) 문자열에 대한 메모리 누수를 정확하게 계산하라.

운영체제를 건축하는 일은 C언어의 메모리 사용을 '정확히' 알아야 합니다.

하지만, 제가 학부생으로서 다른 친구들을 보았을 때 C언어의 메모리(포인터) 사용을 정확하게 아는 사람은 정말 드물어요.

아마 4학년 졸업한 후에도 10명 중 1명이 채 안될 겁니다. 정말 세밀한 부분까지 완벽하게 이해한 사람은 거의 없습니다.

물론 저도 아직 부족한 부분이 많고, 운영체제를 건축해보면서 더더욱 부족한 부분을 알게 되고 수정해나가네요.

그런 부분에서 큰 성장을 하는 것 같아 기분이 좋습니다. :) 

포인터가 여전히 해제된 메모리 영역을 가리키고 있다면, 이러한 포인터를 댕글링 포인터(Dangling Pointer)라고 한다. 댕글링 포인터가 가리키는 메모리는 더는 유효하지 않다. 댕글링 포인터는 premature free(조숙한 해제, 너무 급한 해제)라고 부르기도 한다.

댕글링 포인터의 사용은 아래 목록에 나열된 문제를 포함한 다양한 문제를 야기한다.

- 메모리 접근시 예측 불가능한 동작

- 메모리 접근 불가 시 Segmentation fault

- 잠재적인 보안 위험

이러한 유형의 문제는 다음과 같은 동작의 결과로 발생한다.

- 메모리 해제 후, 해제된 메모리에 접근

- 함수 호출에서 자동 변수를 가리키는 포인터의 반환

< 댕글링 포인터 예제 >

int * pi = (int * )malloc(sizeof(int)); *pi = 5;  printf("*pi: %d\n", *pi); free(pi);

free 함수로 메모리를 해제한 후에도 변수 pi는 여전히 메모리의 주소를 가리키고 있다. 그러나 이 메모리는 힙 관리자에 의해 재사용되거나 기존의 정수가 아닌 다른 타입으로도 사용될 수 있다. free 함수를 호출하면 원래 pi 포인터가 가리키고 있던 주소에 위치한 메모리는 해제되며 다시는 사용할 수 없다. 그러나 대부분의 런타임 시스템에서 해제 뒤에 발생하는 메모리의 접근이나 변경을 막지 않는다. 아래 코드에서 보듯이 여전히 해당 메모리에 접근하여 쓰기를 시도할 수 있으며, 이러한 시도의 결과는 예측할 수 없다.

free(pi); *pi = 10; 

하나 이상의 포인터가 같은 메모리 영역을 가리키고 그 중 하나가 해제된 경우에는 좀 더 복잡하다. 아래 코드처럼 변수 p1과 p2는 둘 다 같은 메모리 영역을 가리키고 있으며, 이러한 상황을 포인터 에일리어싱(Aliasing)이라고 한다. 그런데, p1이 해제되었다.

int * p1 = (int *)malloc(sizeof(int)); *pi = 5; ... int * p2; p2 = p1; ... free(p1); ... *p2 = 10;          // p2는 댕글링 포인터이다. 

또 다른 예제가 있다. 아래 코드와 같이 블록 구문을 사용할 때도 다른 미묘한 문제가 발생한다. 변수 pi에는 tmp의 주소가 할당되며, 변수 pi는 전역 변수이거나 로컬 변수이다. 그러나 변수 tmp는 블록 안에서 선언되고 블록 구문이 닫힐 때 스택에서 제거되며, tmp의 주소는 더는 유효하지 않다.

int *pi; ... {     int tmp = 5;     pi = &tmp; } // 이 위치에서 pi는 댕글링 포인터가 된다. foo(); 

대부분 컴파일러는 블록 구문을 스택 프레임으로 다룬다. 변수 tmp는 블록 안의 스택 프레임에 할당되며, 이어서 블록 구문이 종료되면서 스택 프레임이 제거된다. 블록의 스택 프레임으로 사용된 메모리 영역은 나중에 다른 방식으로 재사용(예제에는 foo함수가 호출되므로 foo함수에 의해 재사용)되며, 변수 pi는 여전히 그 위치를 가리키고 있게 된다.

< 댕글링 포인터 다루기 >

포인터가 원인인 문제들의 디버깅은 떄로 해결하기 어려울 때가 있다. 댕글링 포인터 문제를 처리하기 위한 몇 가지 접근 방법을 아래에 나열하였다.

- 메모리 해제 후 포인터를 NULL로 설정하여라.

NULL로 설정한 포인터를 그 이후에 사용하면 애플리케이션이 종료할 것이다. 그러나 해당 포인터에 대한 다수의 복사본이 존재할 경우 문제는 여전히 발생한다. 포인터에 NULL을 설정하는 일은 많은 포인터 복사본 중에 단 하나의 포인터에만 영향을 미치기 때문이다. 이와 비슷한 문제를 앞 절 "이중 해제"에서 언급한 적이 있다.

- free 함수를 대체할 새로운 함수를 작성하여라.

- 몇몇 런타임 시스템이나 디버깅 시스템은 해제된 메모리를 특별한 값으로 덮어쓴다.

(예를 들어, 0xDEADBEEF - Visual Studio는 해제된 메모리의 종류에 따라 0xCC, 0xCD, 0xDD 값을 사용하여 덮어쓴다). 예외가 발생하지 않은 상황이라도 프로그래머는 예상치 못한 곳에 이러한 값이 포함된 것을 보고 프로그램이 해제된 메모리에 접근한 것을 알 수 있다.

- 댕글링 포인터와 다른 문제들을 발견하기 위해 서드파티 도구들을 사용하라.

< 메모리 누수 탐지 기능 >

마이크로소프트는 동적으로 할당된 메모리를 덮어쓰는 문제와 메모리 누수 문제를 해결하기 위한 기술을 제공하며, 이 접근 방식은 프로그램의 디버그 버전에서 아래에 나열된 특별한 메모리 관리 기술을 사용한다.

- 힙의 무결성 검사

- 메모리 누수 검사

- 힙 메모리가 부족한 상황 재현

마이크로소프트는 메모리 할당을 관리하기 위한 특별한 데이터 구조체를 사용한다. 그리고 이 구조체의 사용으로 위와 같은 메모리 관리 기술을 제공한다. 이 구조체는 malloc 함수가 호출된 파일명과 줄 번호와 같은 디버그 정보를 관리한다. 게다가, 메모리를 덮어쓴느 문제를 찾기 위해 메모리 할당 전후로 버퍼가 할당된다. 이 기술에 대한 추가적인 정보는 Microsoft Developer Network(http://bit.ly/12SftWV)에서 찾을 수 있다.

Mudflap 라이브러리(http://bit.ly/YilPI1) 사용하면 GCC에 비슷한 기능을 사용할 수 있다. Mudflap의 런타임 라이브러리는 수많은 기능을 제공하며 그중에서도 특히 메모리 누수 탐지 기능이 제공된다. 이 메모리 누수 탐지 기능은 포인터 역참조 연산들을 계산하고 측정하는 방식으로 수행된다.

/// 이 글의 출처는 "Understanding and Using C Pointers(리처드 리스 지음)"입니다.

This post is some part from the book called "Understanding and Using C Pointers".

사진 출처: Out4Mind

C언어에는 메모리 할당 및 해제에 대한 4가지 함수가 stdlib.h 라이브러리에서 제공되고 있다.

malloc, calloc, free, 그리고 realloc 함수이다.

이 4가지 함수들 중

realloc 함수의 동작 원리에 대해서 자세히 살펴보고자 한다.

realloc 함수의 프로토타입은 다음과 같다.

void * realloc(void * ptr, size_t size);

realloc 함수는 포인터에 할당된 메모리의 크기를 늘리거나 줄이는 일이 필요할 때 사용하는 함수이다. realloc함수는 호출 시 두 개의 인자를 취하며, 재할당된 영역의 포인터를 반호나한다. 첫 번째 인자는 기존 할당된 메모리에 대한 포인터이며, 두 번째 인자는 요청할 메모리의 크기다. 재할당된 메모리의 크기는 기존 메모리의 크기와 다르며 반환 값은 재할당된 메모리의 포인터다.

 두 개의 인자가 변함에 따라 realloc은 어떻게 작동할까? 아래의 표를 참고하면 한 눈에 이해할 수 있을 것이다.

오브젝티브-C는 대중적이고 이식성이 뛰어난 C언어를 우아한 스몰토크(Smalltalk)언어에 결합시키려는 목적으로 만들어진 언어입니다. 

이번 포스팅에서는 Xcode로 간단한 Hello World를 출력해 볼것입니다. Xcode에서 프로젝트를 만드는 방법과 오브젝티브-C언어를 이용해서 Hello World를 출력하는 방법에 대해서 설명을 드리고자 합니다.

포스팅하는 지금, Xcode 버전은 5.0.2 입니다.

1. Xcode를 앱스토어에서 다운받고, 실행시킵니다.

2.Xcode를 실행하였다면, "Create a new Xcode project" 버튼을 클릭해주세요.

3. 템플릿은 다음과 같이 선택하세요.

OS X > Application > Command Line Tool

4. 간단하게 프로젝트에 대한 필수 내용(제목 등)을 적습니다. 

5. 왼쪽 스테이터스 바에 main.m 등과 함께 프로젝트 파일의 구조, Hierarchy를 확인할 수 있습니다.

6. main.m 파일을 열고 아래와 같은 소스를 입력합니다.

7. 소스 코드 작성을 완료하였다면 결과물 확인을 위해 "실행"을 합니다.

8. 아래의 Output 윈도우에서 결과물을 확인합니다.

끝~! 어때요? 참 쉽죠?

<문제>

Input (Standard input)     

In the first line, the number of input keys N, and the integer M are given(1≤N,M≤30,000).     

In the next N lines, a key is given in each line. 

Output (Standard output)     

Print the key after the M steps of the selection sort. (Sort in increasing order.)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// parameter:
// 'arr' is the array to sort.
// 'len' is the length of the array.
// 'count' means the steps of the selection sort.
void SelectionSort( int arr[], int len, int count )
{
	int i, j, minIdx, tmp;

	for( i=0; i<count; i++ )
	{
		minIdx = i;
		
		for( j=i+1; j<len; j++ )
		{
			if( arr[j] < arr[minIdx] )
				minIdx = j;
		}

		if( i != minIdx)
		{
			tmp = arr[minIdx];
			arr[minIdx] = arr[i];
			arr[i] = tmp;
		}
	}
}

int main( void )
{
	int i;	// for repetition
	int len, count;
	int * arr;

	/* Input */
	scanf("%d %d", &len, &count); // 길이(N)와 스텝(M) 입력.

    arr = ( int* )malloc( sizeof(int) * len ); // 그 길이에 맞춘 배열 생성
    for( i=0; i < len; i++ )
    {
        scanf("%d", &arr[i]); // 배열 원소들의 값들 입력받기
    }
 
    /* Output */
    SelectionSort( arr, len, count );  // 선택 정렬.
    for( i=0; i < len; i++ )
    {
        printf("%d\n", arr[i]); // 각 값들 모두 출력하기
    }
    free(arr);
	return 0;
}