Представление кучи и стека

#память #стек

Как физически выглядят куча и стек в оперативной памяти?    

Ответы

Ответ 1

И стек и куча оба находятся физически в RAM (не рассматриваем архитектурные вывихи
с использованием спец. процессоров/компов)
Их размеры и расположение определяются осью
При этом куча может быть фрагментирована (иногда довольно сильно). Обычно у осей
бывают специальные процедуры для дефрагментации кучи.
Стек обычно никогда не фрагментирован (наверное можно придумать реализации стека
с фрагментацией, но это оксюморон).
Стек как бы быстрее потому, что у него единственный параметр с которым работает -
это указатель положения стека (обычно регистр) - поэтому все операции со стеком работают
в разы быстрее чем с кучей. Операция извлечения/записи из стека это 1 телодвижение
процессора POP/PUSH
С кучей сложнее именно из-за его фрагментации и простая операция извлечения значения
из него может вылиться в десятки (если не сотни) телодвижений процессора.
Минусы стека в малости его размера (он всегда по сравнению с кучей на порядок меньше)
- ну и в том, что доступ к нему только последовательный.


Ответ 2

Хоть и прошло много времени с тех пор как вы задали вопрос, хотелось бы ответить,
ведь все равно данный вопрос "гуглится" и, я думаю, что многие ещё посетят эту страницу.

Как вам уже ответили "физически" - это транзисторы и конденсаторы.
Так что сам вопрос скорее всего был поставлен не совсем корректно. 
Наверное, вы имели в виду что-то вроде - "Где находится куча и стек, как они устроены".

Также , наверное , вас интересует как в целом устроена память, полностью осветить
этот вопрос у меня не выйдет, но я хочу вам показать, исчерпывающий на мой взгляд,
материал и дать ссылки на них. Материалы на русском. 
Вам нужно разобраться, что такое виртуальное память и как она транслируется в физическую.

Вот пример организации сегментной памяти.



Суть в том, что адресное представление в "виртуальной памяти" отличается от физической.
Но для процесса(программы) это не важно, т.к. распределением памяти(выделением/освобождением)
для занимается не она. Этим занимаются различные механизмы ОС и MMU

Для более глубинного понимания, вам нужно ознакомиться с понятием "виртуальная память",
а также со способами её организации "Сегментная адресация памяти","Страничная память"

Это кратко и немного по поводу представления виртуальной памяти в физическую.

По поводу устройства памяти внутри процесса:



Снова вкратце, процесс думает, что ему выделяется цельное пространство, в котором
уже размещаются области - "код","стек", "куча".
Стек заполняется и растет при вызове новых методов в свободную область в сторону
УМЕНЬШЕНИЯ адресов. Куча растет наоборот в сторону УВЕЛИЧЕНИЯ адресов. За тем, чтобы
памяти хватило снова-таки следит ОС.

Что хранится в блоке CODE, а также о много другом вы можете узнать из рекоммендованных
мной материалов в этой ответе.

Рекоммендую читать в расположенном мной порядке, предложенные мной статьи к ознакомлению. 


Азы устройства памяти 
Известная статья "Что каждый программист должен знать о памяти" 
Организация виртуальной памяти. Таблицы страниц и прочее. 
Преобразование логического адреса в линейный. 
Устройство MMU 
Элемент списка


Мне  не совсем понятны "рейтинговые ответы" на ваш вопрос, поскольку люди в них ушли,
на мой некомпетентный взгляд, в обсуждение других тем.


Ответ 3

Лучше сказать так. Типичными операциями при работе с памятью являются её выделение/освобождение
и чтение/запись. Операции выделения и освобождения памяти работают в куче медленнее.
Доступ к данным (чтение/запись) происходит практически с одинаковой скоростью. Практически
- потому что в стеке типичным является доступ к значениям напрямую, а в куче - через
указатель. Напрямую на самом деле тоже означает что-нибудь в духе ptr [esp+10h], т.е.
чтобы получить данные, процессору нужно прибавить некоторое число к значению регистра
esp и обратиться к памяти по этому адресу. Если (типичная ситуация) указатель на фрагмент
памяти в куче лежит на стеке, то возникает два уровня косвенности - сначала надо получить
значение указателя через "ptr [esp+10h]", а потом прочитать значение по этому адресу.
Если же мы, например, заводим указатель на данные, лежащие в стеке, то разницы в
скорости доступа не будет абсолютно никакой.