예전에도 글로 쓴 적이 있지만, 16비트 윈도우 바이너리(exe/dll), 소위 NE 파일의 형태는 보면 볼수록 참 이상야릇하다고 느껴져서 흥미가 갑니다.

MZ로 시작하는 도스 EXE는 구조가 사실 매우 간단합니다. 맨 처음 32바이트 남짓한 구조체에다 몇몇 오프셋, 사이즈, 레지스터 초기값 따위를 넣고 재배치 정보(optional)만 넣어 주고 나면 그 뒤부터는 공통분모라는 게 없이 전적으로 프로그래머/컴파일러 재량입니다. COM은 아예 헤더란 것이 없고 곧장 코드+데이터가 등장하는 형태이니 초간단 패치 내지 램 상주 유틸리티, 혹은 심지어 바이러스를 만들 때 이보다 더 좋은 수단이 없었습니다.

하지만 좀더 복잡한 운영체제는 바이너리 파일에도 더 정교한 체계대로 구간별 역할을 딱딱 나누고 있습니다.
가령, EXE 뒤에다가 별도의 내장 데이터를 덧붙이는 것은 도스 시절에는 전적으로 컴파일러/링커 내지 해당 기능을 수동으로 제공하는 라이브러리의 재량이었습니다. 가령 볼랜드 컴파일러로 *.bgi 드라이버나 글꼴을 *.obj로 바꿔서 embed시키는 것은 운영체제보다 훨씬 더 상위 계층에서 행해지는 일이었죠.
하지만 윈도우에서는 운영체제 차원에서 바이너리 파일 안에 리소스라는 데이터 영역을 별도로 구분하여 관리해 주며, 이를 불러오는 API도 운영체제 차원에서 제공됩니다.

16비트 중에서도 윈도우 1.x(무려 1985년에 나온 바로 그것!), 2.x, 3.x의 포맷이 모두 서로 살짝 다르다고 하는데, 2.x 이상 바이너리는 오늘날 윈도우 운영체제의 NTVDM 하에서도 바로 실행 가능하다고 들었습니다. (9x 계열에서는 말할 나위도 없음.) 하지만 1.x도 리소스 데이터를 좀 변환하고 버전 플래그 같은 몇몇 값만 수정하면 곧장 실행할 수 있다고 하더군요. 윈도우가 하위 호환성을 상당히 잘 지키면서 버전업되어 왔다는 얘기가 되겠습니다.

0x3C 오프셋에 도스 바이너리가 아닌 실제 바이너리가 시작되는 위치가 기록되어 있다는 것은 NE(16비트 윈도우 바이너리), PE(오늘날의 32/64비트 바이너리) 모두 공통입니다. NE에도 PE와 마찬가지로 최소 운영체제 버전과 자신을 빌드한 링커의 버전이 헤더에 명시되어 있습니다.

윈도우 3.x 바이너리들은 대개 링커 버전이 5~6 정도로 잡혀 있던데 이건 비주얼 C++ 버전이 아니라 그 전신인 MS C 버전 기준이라고 보는 게 타당하겠습니다. 비주얼 C++ 1.5x는 MSC_VER의 값이 600밖에 안 되거든요. 그 반면 요즘 비주얼 C++ 200x는 이미 무려 1300~1500대까지 올라갔죠.

최소 운영체제 버전은 물론 3.10으로 잡으면 윈도우 3.1에서 실행 가능합니다. 하지만 이 수치를 더 높게 4.0으로 잡으면 “윈도우 3.1에서 실행되지 않는 16비트 윈도우 바이너리”를 만들 수 있습니다.

그런 예가 무엇이 있냐 하면 바로 윈도우 9x 이후에 제공되는 SysEdit.exe입니다. 이 프로그램은 16비트 EXE이지만 정작 윈도우 3.1에서는 실행이 안 됩니다. 하지만 윈도우 9x에서 실행하면 비록 16비트 EXE이지만 대화상자의 배경을 다른 32비트 프로그램들처럼 회색 입체 효과로 입혀 주며 16비트 프로그램과 호환되지 않는 일부 신규 메시지/API를 32비트 프로그램과 같은 스타일로 날려 줍니다. Win32s도 아니고 참 난감한 케이스이죠? 윈도우 9x가 나오던 당시, MS에서 내부적으로 기존 16비트 프로그램들의 외형 껍데기의 이질감을 줄이려고 넣은 꽁수에 가깝다고 보면 되겠습니다.

요즘은 파일 포맷을 설계할 때 최대한 확장성을 고려하여 chunk 테이블부터 넣는 게 일반적입니다. MIDI(음악), TTF(글꼴), PNG(그래픽)들이 다 그렇죠. PE도 마찬가지여서 text, data, reloc, rsrc 같은 청크 식별자가 존재합니다. 하지만 NE는 나중에 등장한 PE와는 달리 그런 구분은 존재하지 않으며 헤더, 세그먼트 테이블, 리소스 테이블, 이름 테이블 등 미리 정해진 정보가 순차적으로 쭉~ 등장하는 형태입니다.

kernel, user, gdi처럼 내가 참조하여 import하는 다른 모듈의 API에 대한 정보는 있지만 PE처럼 함수명이 그대로 기록되어 있지는 않고 그냥 서열 번호만 들어가는 것 같습니다. 또한 윈도우 1.x가 맨 처음에 파스칼로 개발되어서 그 영향을 받아서인지, export하는 심볼 이름들은 다 대문자로만 적혀 있고 대소문자 구분은 딱히 안 하는 걸로 보입니다. 물론 윈도우 내부 API가 SDK 형태로 최초로 정식 공개된 3.0 시절에는 이미 다 C언어 기반으로 바뀌었지만.

끝으로, NE에는 PE에 전혀 없는 개념인 name table이라는 게 있습니다. 프로젝트 빌드할 때 *.DEF 파일로부터 링커가 생성해 주는 테이블일 겁니다.
그것도 resident name, non-resident name이라 하여 언제나 메모리에 상주하는 것, 아니면 언제나 상주시키지 않기는 때문에(메모리 아끼기 위해) 불러오는 데 시간이 좀 걸릴 수도 있는 것으로 종류도 나뉘어 있습니다. 둘 다 자신이 export하는 함수들의 명칭 같은데 정확한 용도가 무엇인지, 그리고 또 왜 이런 식으로 분류를 했는지는 알 길이 없습니다. 인터넷으로도 이런 게 있다는 식으로 기계적으로 설명해 놓은 자료만 있지, NE 포맷을 왜 이런 식으로 만들 수밖에 없었는지 같은 친절한 설명은 정말 찾을 수 없더군요.

또한 이 테이블에는 꼭 export symbol만 들어가는 게 아니라, non-resident name의 1순위로는 이 프로그램의 full name도 같이 들어갑니다. 즉, 버전 리소스를 굳이 안 뒤져도 여기를 찾아봐도 “Microsoft Visual C++”, “FontMania” 같은 정보를 얻을 수 있다는 것이죠. 오늘날 쓰이는 PE에는 이런 정보가 없습니다.

윈도우 3.1의 기본 프로그램인 문서 작성기, 페인트 등의 EXE를 들여다보면 마치 DLL처럼 프로그램의 내부 함수로 추정되는 명칭(특히 윈도우/대화상자 프로시저)을 상당수 non-resident name table에다가 export해 놓은 것을 알 수 있습니다. PageInfoWndProc, DialogGoto, BroadcastChildEnum 등. 왜 이렇게 해 놓은지는 저는 16비트 윈도우 개발 경험이 없으니 알 길이 없습니다. 메모리가 캐 부족하던 시절에 아마 한 번 만들어 놓은 코드는 EXE, DLL을 불문하고 최대한 많이 재사용하려고 이렇게 한 게 아닌가 싶습니다.

그나마 resident name table은 거의 쓰지도 않는 거 같던데 왜 만들었는지도 모르겠고.. 수수께끼이군요. 참고로 32비트 시대로 와서는 리소스 같은 건 free 한다는 개념 자체가 없어졌습니다. 당연히 resident, non-resident 같은 구분도 전혀 필요 없죠.

대략 이렇게 NE 포맷에 대해서 살펴봤는데, PE까지 그대로 이어지고 있는 개념도 있는 반면 어떤 것은 완전히 다른 것도 존재한다는 걸 알 수 있었습니다. 역시 16비트와 32비트 사이에는 넘사벽 같은 gap이 있는 듯이 보입니다.

Posted by 사무엘

2010/01/11 00:18 2010/01/11 00:18
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