Program Memory Layout & Concurrency

Program Memory Layout & Concurrency

Genel Bellek Yerleşimi (Process Memory Layout)

+-----------------------------+  Yüksek Adresler
|            STACK            |  (Thread’e özel)
|  - Local değişkenler        |
|  - Fonksiyon çağrı frame’leri
+-----------------------------+
|             HEAP            |  (Dinamik bellek)
|  - new / malloc alanı      |
+-----------------------------+
|            .BSS             |  (Zero-initialized globals)
|  - int x;                   |
|  - static int y;            |
+-----------------------------+
|            .DATA            |  (Initialized globals)
|  - int x = 5;               |
|  - static bool ready=true; |
+-----------------------------+
|           .RODATA           |  (Read-only constants)
|  - String literal’ler       |
|  - constexpr tablolar       |
+-----------------------------+
|            .TEXT            |  (Makine kodu)
|  - Fonksiyonlar             |
|  - Program talimatları      |
+-----------------------------+  Düşük Adresler

---

1. .text Segmenti (Kod)

• Programın derlenmiş makine kodu burada bulunur.
• Salt-okunur ve çalıştırılabilirdir (R-X).
• Tüm thread'ler aynı .text segmentini paylaşır.
• Concurrency açısından veri yarışı içermez, çünkü state değil koddur.

---

2. .rodata Segmenti (Salt-Okunur Veriler)

• String literal'ler ve constexpr veriler.
• Thread-safe'dir çünkü değiştirilemez.
• Cache açısından en verimli alandır.

---

3. .data Segmenti (Initialized Globals)

int x = 42;
static bool ready = false;

• Program başlamadan önce değerleri hazırdır.
• Tüm thread'ler tarafından paylaşılır.
• Başlangıç değeri deterministiktir.
• Concurrency için güvenli bir başlangıç alanıdır.

---

4. .bss Segmenti (Zero-Initialized Globals)

int x;
static bool ready;

• Açık initializer yoktur ama program başlarken otomatik sıfırlanır.
• OS loader + runtime tarafından sıfırlanır.
• Global ready için false garanti edilir.

---

5. Heap (Dinamik Bellek Alanı)

auto p = new int;      // Çöp değer
auto q = new int(0);  // Güvenli

• Otomatik sıfırlanmaz.
• Tüm thread'ler tarafından paylaşılabilir.
• Başlangıç değeri mutlaka programcı tarafından atanmalıdır.

---

6. Stack (Thread-Özel Bellek)

void f() {
    int x;                    // Thread’e özel, çöp
    std::atomic<bool> ready;  // Sıfırlanmaz
}

• Her thread'in kendi stack'i vardır.
• Başlangıç değeri belirsizdir.
• Paylaşımlı değildir; ancak pointer/reference ile paylaşılabilir.

---

7. Thread Oluşturma ve Stack İlişkisi

• std::thread her çağrıldığında:
  • OS yeni kernel thread oluşturur.
  • Yeni bir stack alanı tahsis eder.
• Lambda veya fonksiyon o stack üzerinde çalışır.

---

8. Concurrency Bağlantılı Kritik Kurallar

• Güvenli başlangıç sadece:
  • .data
  • .bss segmentlerinden gelir.
• Heap ve stack için açık başlangıç zorunludur.
• Thread'ler başlatılmadan önce paylaşılan state hazır olmalıdır.

---

9. False Sharing Stack'te Olur mu? (Ön Bilgi)

• Stack değişkenleri thread'e özel olduğu için doğrudan false sharing olmaz.
• Ancak:
  • Bir struct pointer ile başka thread'e verilirse
  • Aynı cache line'a düşen iki farklı thread stack'i temas ederse dolaylı false sharing oluşabilir.

(Bunu ayrıca özel başlık olarak detaylandıracağız.)

---

Kısa Özet Tablosu

Alan	Sıfırlı mı	Paylaşımlı mı	Thread-Safe Başlangıç
.text	Evet	Evet	Evet
.rodata	Evet	Evet	Evet
.data	Evet	Evet	Evet
.bss	Evet	Evet	Evet
heap	Hayır	Evet	Hayır
stack	Hayır	Hayır	Hayır

---

Referanslar

• Ulrich Drepper -- What Every Programmer Should Know About Memory
• Intel Software Developer Manual, Vol 3
• C++ Standard -- Object Lifetime, Storage Duration
• Linux Process Memory Layout Documentation