프로그램이 만들어지는 과정

컴파일러 (Compiler)

• 역할

  • 사람이 이해할 수 있는 프로그래밍 언어로 작성된 Source Code를 컴퓨터(CPU)가 이해할 수 있는 기계어로 표현된 Object 파일로 변환
    • CPU가 다르다면 이해못할 수 있다.

• Source Code ( .c file )

  • 프로그램이 수행하고자하는 작업을 프로그래밍 언어로 표현

• Object ( .o file )

  • 컴퓨터(CPU)가 이해할 수 있는 기계어로 구성된 파일
    • 자체로는 동작하지 않는다.
    • 프로세스로 변환되기 위한 정보가 삽입되어야 함
  • Relocatiable Address (Relative Address)로 표현

    • 심볼들의 주소가 상대적인 값으로 표현

      ex) 시작주소로 부터 26byte 지점

• Cross-Compiler

  • 한 컴퓨서에서 다른 아키텍처를 가진 시스템(Target)을 위해 실행 파일(.o)을 생성하는 컴파일러

• Compilation vs Translation

  

  • 커널 확장 및 가상화 소프트웨어와 같은 시스템 수준의 코드는 번역하지 못한다.

링커 (Linker)

• 역할
  • 관련된 여러 Object 파일들과 라이브러리들을 연결 → 메모리로 로드될 수 있는 하나의 executable(.exe)로 변환
    • include 해둔 것들을 모두 엮는다.
  • Executable (.exe)
    • 특정한 OS에서 수행될 수 있는 파일
    • 프로세스로의 변환을 위한 Header, 작업 내용인 Text, 필요한 데이터 Data를 포함한다.
    • Absolute Address로 표현
      • 심볼들의 주소가 절대값으로 표현
      • .o 의 상대주소를 변환한 값
  • 컴파일러와 링커는 결과물이 수행될 OS와 CPU에 따라 다른 형태의 파일을 만듬

로더 (Loader)

• 역할
  • Executable을 실제 메모리에 올려주는 역할
  • 실행파일의 SSD 주소에 접근해서 memory에 올림
• 동작과정
  1. Executable 의 header을 읽어, Text 와 Data의 크기 결정
     • 실행할때 필요한 메모리의 양 결정
  2. 프로그램을 위한 Address Space를 생성
  3. 실행 명령어와 Data들을 Executable로부터 생성한 Address Space로 복사
  4. 프로그램의 Argument들을 Stack으로 복사
  5. CPU내 Register를 초기화하고, Start-up Routine으로 Jump
     • Main Func를 실행하기 위함

Runtime System

• 역할
  • Runtime System은 응용 프로그램의 효율적인 실행을 지원하기 위해, 프로그램과 연결하여 상호 작용
    • 운영체제의 기능과 애플리케이션 사이를 연결
  • xv6에서는 include 되어있는 것을 사용
• C Runtime System Program Execution
  1. include 해둔 라이브러리 헤더들을 포함시켜준다.
  2. GCC는 Start-up Code Object파일을 추가하여 프로그램을 컴파일, 이때 기본라이브러리들도 동적으로 링크된다.
  3. Process를 시작하기 위해 커널은 프로그램 카운터를 _start함수의 주소로 지정한다.
  4. _start 함수는 동적으로 링크된 C 라이브러리 및 쓰레드 환경을 초기화하기 위해 _libc_start_main 함수를 호출한다.
  5. 라이브러리 초기화 진행 후, 프로그램의 main 함수가 호출된다.

Process Concept

• Process - Abstraction for Program

  • Execution Unit : 프로세스는 스케줄링의 단위

  • Protection Domain : 프로세스는 독립된 메모리 공간을 가지며, 다른 프로세스의 메모리 공간을 침범하지 못합니다.

    

• Process - Implemented with

  • Program Counter : 현재 실행 중인 명령어의 위치를 저장
  • Stack : 함수 호출과 지역 변수를 저장
  • Data Section : 전역 변수와 초기화된 데이터를 저장
  • 기타 등등
    • 메모리 맵, 파일 디스크립터, 입출력 관련 데이터