실행 가능 목적파일의 로딩

1. 실행 파일 로딩이란?

• 정의: 디스크에 저장된 실행 파일을 메모리에 복사하고, 그 프로그램의 첫 명령어로 점프(jump)하여 실행하는 과정.
• 시작 방식: 리눅스 쉘에서 ./prog처럼 실행하면 loader가 호출되어 시작됨.

2. 누가 실행하는가?

• loader (로더): 운영체제 안에 항상 상주하는 커널 코드.
• 프로그램을 실행할 때 execve() 시스템 호출을 통해 로더가 프로그램을 메모리에 올림.

3. 로더의 역할

• ELF 실행 파일을 열고, 내부의 program header table을 분석.
• .text, .data, .rodata, .bss 등 각 섹션을 지정된 런타임 주소에 복사.
• .bss는 0으로 초기화.
• entry point(첫 명령어 위치)로 점프하여 실행 시작.

런타임 메모리 구조 (Figure 7.15 참고)

• x86-64 리눅스 메모리 배치도:

0xFFFFFFFF_FFFFFFFF  ← 커널 공간
        |
    사용자 스택 (아래로 성장)
        |
   공유 라이브러리 영역
        |
   힙 (malloc이 쓰는 공간, 위로 성장)
        |
   .data 섹션
        |
   .text 섹션 (실행 코드, 0x400000부터 시작)
0x00000000_00000000

• 주소 예시:
  • .text 시작 주소: 0x400000
  • .data: .text 뒤쪽에 위치
  • .bss: .data 끝에 있고 0으로 초기화됨
  • 힙: .bss 위에 위치하고 malloc()으로 동적 증가
  • 스택: 높은 주소에서 시작해 아래로 감소

ELF 실행 파일이 로딩되는 이유

• 실행 파일은 이미 링커에 의해 모든 심볼과 주소가 결정된 상태.
• 따라서 로더는 단순히 “정해진 주소에 옮기기만 하면 된다.”
• 이로 인해 실행 속도가 빠르고, 추가적인 링크 단계가 필요 없음.

메모리 정렬 (Alignment)

• 데이터나 코드 섹션을 올릴 때는 align 조건을 만족해야 함.
• 예: .data가 0x200000 (2MB) 정렬을 요구한다면, 시작 주소가 그 배수여야 함.
• 이는 페이지 단위 전송 최적화를 위해 필요하며, 가상 메모리와 관련 있음.

핵심 정리

용어	설명
Loader	execve() 호출 시 실행 파일을 메모리에 올리고 첫 명령어로 jump하는 커널 코드
execve()	실행 파일을 로딩하는 시스템 콜
Program Header Table	ELF 파일의 로딩 정보를 담은 테이블. 어떤 섹션을 어디에 옮길지 명시
Entry Point	프로그램 실행이 시작되는 주소
.bss	초기값 없는 전역/정적 변수의 공간. 런타임에 0으로 초기화됨
Alignment	특정 메모리 주소 배치 조건 (예: 2MB 정렬)

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요약

OS는 실행 파일(예: ELF)을 메모리에 로딩하고, 프로그램을 실행할 준비를 한다. 이 과정에서 주소 공간을 설정함.

실행할 때 시스템 콜 execve()가 호출됨:

execve("./main", argv, envp);

1. ELF 포맷을 파싱 (ELF header + program header table)
2. .text, .data, .rodata, .bss 등 섹션을 메모리에 매핑
3. stack과 heap 영역 생성
4. entry point 주소로 점프 → main() 실행됨

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추가 정보

• OS는 가상 메모리(Virtual Memory)를 사용하여 각 프로세스에 독립적인 주소 공간 제공
• 주소 무작위화(ASLR)는 .text, .heap, .stack 위치를 실행할 때마다 바꿔 보안 강화