멀티태스킹 운영체제에는 한 주소 공간에 여러 프로그램들이 동시에 실행될 수 있다. 그렇기 때문에 그런 환경에서 동작하는 프로그램이라면 자기가 메모리의 어느 위치에 적재되는지를 신경써야 하며, 임의의 위치에 올라가더라도 잘 실행될 준비가 되어 있어야 한다.
과거 도스 시절에는 EXE말고 COM이라는 실행 파일이 있었는데, 이것은 최소한의 헤더 같은 것도 없고 코드와 데이터가 다 16비트 공간 안에 막혀 있으며(과거 메모리 모델로 치면 제일 작은 tiny와 동일), 메모리 주소도 고정 붙박이식이어서 오늘날의 컴퓨터 환경과는 도저히 어울릴 수 없는 과거 유물이 되어 있다.
윈도우 운영체제의 실행 파일이 사용하는 PE 포맷은 position dependent code 방식이다. 즉, preferred base라는 개념이 존재하여 자기는 32비트 주소 공간에서 어디에 적재되는 게 이상적인 경우라고 이미 가정하고 만들어져 있다는 뜻이다. 어떤 EXE나 DLL이 거기에 바로 적재가 가능하다면 가장 빠르고 좋지만, 만약 이 선호하는 주소에다 적재가 못 된다면 별도의 재배치 작업이 필요하다. 즉, 마치 퀵 정렬처럼 잘 될 때와 못 될 때의 성능 편차가 크며 일종의 모험이 동반된다는 뜻이다.
이는 유닉스의 shared library와는 다른 디자인이다. 그쪽은 이렇다할 preferred base 주소가 없으며, 코드 자체가 어느 메모리 주소에 적재되든 동일한 성능으로.. 하지만 딱히 최적의 성능을 발휘하지는 않는 구도로 동작한다. 일종의 힙 정렬이나 병합 정렬처럼 동작한다는 뜻.
윈도우 PE 포맷에는 실제로 실행되는 기계어 코드인 code 섹션도 있고 data라든가 리소스(rsrc)와 더불어 재배치 정보를 나타내는 섹션(reloc)도 있다. preferred base에서 동작하지 못할 때, 코드의 어느 부분을 쫙 수정해 주면 preferred base가 아닌 다른 지점을 기준으로 이 프로그램이 잘 돌아갈 수 있는지를 따로 기록해 놓은 것이다. 사실 이런 개념의 재배치 정보는 도스 EXE나 16비트 윈도우 EXE에도 있긴 했다.
그런데 32비트 윈도우 EXE만은(물론 64비트도 포함) 원칙상 이런 재배치 정보가 필요하지 않게 됐다. 32비트 환경부터는 모든 EXE들이 나만의 독립된 주소 공간을 가지기 때문에, preferred base가 무엇이든지에 무관하게 EXE는 무조건 내가 원하는 위치에 가장 먼저 적재되는 게 보장되기 때문이다.
그래서 통상 EXE들은 재배치 정보를 넣지 않는다. 필요가 없기 때문에, 넣지 않는 게 파일 크기를 줄이는 데도 도움이 되기 때문이다.
그럼에도 불구하고 재배치 정보가 필요한 경우는 다음과 같다.
1. EXE가 아닌 DLL은 반드시 필요하다. DLL은 다른 EXE의 밑에 붙어서 동작한다는 특성상 자신만의 주소 공간을 갖고 있지 않다. 나의 preferred base에 EXE라든가 다른 DLL이 이미 선점되어 있다면 응당 재배치가 필요하다. DLL은 그런 상황을 언제든지 대비해야 한다.
2. Win32s에서 돌아가는 32비트 프로그램이라면 EXE라도 재배치 정보가 반드시 있어야 한다. Win32s는 과거 윈도우 3.1에서 일부 32비트 프로그램을 구동하기 위해 제공되었던 일종의 운영체제 익스텐더로, 32비트 프로그램을 실행만 해 줄 뿐, 16비트 윈도우 3.1이 지니고 있던 시스템적인 한계는 그대로 답습하고 있다.
멀티스레딩을 지원하지 않으며 32비트까지 포함해 모든 EXE가 독립이 아니라 단일 주소 공간을 공유한다!
프로그램을 실행할 때마다 EXE의 핸들이 제각각인 값이 들어오며, 로딩도 preferred base에 정확하게 절대로 되지 않는다. 여기에 대해서는 추후 실험해 볼 예정.
실제로 테스트를 해 보면 핸들이 0x1xxx 이렇게 아주 작은 값으로 들어온다는 게 매우 흥미롭다. 윈도우 NT에서는 그렇게 낮은 주소는 아예 무조건 에러로 간주하는 반면, Win32s에는 그게 여전히 쓰인다는 소리이다. 포인터가 아니라 진짜로 다른 번호에 가깝다.
3. 비주얼 C++ 2008에서 추가된 '시작 주소 랜덤화' 기능을 사용하려면 재배치 정보가 필요하다.
보안을 위해 성능을 희생하듯, 윈도우 비스타부터는 PE 실행 파일도 일종의 position independent (과거의 dependent가 아닌) code처럼 써먹으려는 것 같다.
이 방식으로 빌드된 EXE는 운영체제가 일부러 EXE의 preferred base와는 다른 임의의 위치에다가 로딩을 해 준다. 즉, 이 EXE의 특정 지점의 코드나 데이터를 딱 맞춰 수정하는 프로그램이 제대로 동작하지 않게 위해서이다. (스타크로 치면 맵핵 같은 프로그램)
Posted by 사무엘
