지난 시간에 이어 메모리 세그먼테이션에 대해서 자세히 알아봅시다.
세그먼테이션은 x86 아키텍쳐에서 제공하는 메모리 관리 스킴 중에 하나로써, 메인 메모리 영역을 세그먼트라는 단위로 분할하여 관리합니다. 세그먼테이션을 수행한다는 의미는 하나의 세그먼트 영역의 베이스 어드레스와 오프셋으로 어떤 특정 메모리 위치를 참조하는 동작을 의미합니다. 이런 뻔한 설명을 드려도 세그먼테이션 개념이 와닿지 않는 핵심적인 의문 두가지가 있습니다. 세그먼테이션을 수행하는 주체는 무엇인가? 그리고 세그먼테이션은 언제 수행되는가? 우선 우리는 이 질문에 대답을 해보도록 합시다.
아래의 간단한 C언어 코드로 예를 들겠습니다.
unsigned int gValue; // 데이터 세그먼트 오프셋 0x1000에 전역 변수 gValue가 위치한다고 가정
int main(void)
{
gValue = 0x0000FFFF; // 0x0000FFFF 값을 전역 변수 gValue에 대입
return 0;
}
자, 이번에는 위의 C언어 코드를 CPU가 해석할 수 있도록 컴파일해서 저 간단한 프로그램을 실행했다고 가정하겠습니다. (사실, 의미없는 동작이기 때문에 컴파일러가 이를 최적화하지만 그냥 무시합시다)
그러면 메모리에 로딩된 프로그램은 대략적으로 아래의 어셈블리 코드로 동작할 것입니다.
0x4005000 MOV EAX, 0x0000FFFF
0x4005004 MOV DWORD PTR DS:[0x1000], EAX
1) 프로그램 카운터 0x4005000에서 명령어 MOV EAX, 0x0000FFFF을 패치하고 수행
- EAX 레지스터에 즉치값 0x0000FFFF 대입
2) 프로그램 카운터 0x4005004에서 명령어 MOV DWORD PTR DS:[0x1000], EAX를 패치하고 수행
- 데이터 세그먼트 베이스 어드레스로부터 오프셋 0x1000 위치에서 4바이트만큼 참조하여
0x0000FFFF을 쓰기
[그림1] CPU가 명령어를 실행할 때, 오퍼랜드에 기술된 메모리 위치를 참조하는 과정
세그먼테이션 동작을 전적으로 수행하는 주체는 CPU가 되고, 세그먼테이션을 수행하는 시점은 CPU가 하나의 명령어를 패치, 디코딩 후 오퍼랜드의 주소를 지정하기 위해 계산하는 시점입니다. 이때, 명령어 셋에 명시된 어드레싱 모드가 Immediate Addressing이 아닌 Direct Addressing, Register Indirect Addressing, 그리고 Base Addressing 등에 해당한다면 보호 모드(Protected Mode)에서는 세그먼트 어드레싱(Segmented Addressing) 즉, 세그먼테이션을 수행하게 됩니다. 여기선 세그먼테이션을 수행하는 시점을 알게 되었습니다만, 그 구체적인 과정에 대해서는 여전히 언급하지 않았습니다. 다음에는 위의 그림에 나오는 세그먼테이션 과정을 설명하기 앞서, 몇 가지 이해가 필요한 개념들의 정의를 짚고 넘어 가도록 합시다.
Notes and References
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1. http://cs.smith.edu/~thiebaut/ArtOfAssembly/CH03/CH03-3.html (Instruction Execution)
2. http://en.wikipedia.org/wiki/X86#Addressing_modes (Addressing Modes)
3. http://forum.osdev.org/viewtopic.php?f=11&t=26012&start=0 (To load a segment register, CPU operation)
4. http://www.supernovah.com/Tutorials/Assembly3.php (Addressing Modes)
5. IA-32 Intel Architecture Manual VOLUME 2A: Instruction Set Reference, A-M (Instruction Set Architecture)
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오늘은 시간이 늦었으니, 짧게 마무리하고 여기서 다시 추가로 계속 설명드리도록 하겠습니다.
편안한 밤 보내세요.
Written by Simhyeon, Choe
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