컴파일 과정 & 오브젝트 파일 & 링킹

컴파일 과정

C 코드를 컴파일 할 때 가장 먼저 수행되는 것은 전처리기.

전처리기에서 처리된 결과는 임시 파일로 저장 >> 생성된 파일은 컴파일러에서 하드웨어 종속적인 어셈블리 코드를 생성

>> 어셈블러는 생성된 어셈블리 코드를 처리해서 오브젝트 파일을 생성 >> 오브젝트 파일들은 링킹과 재배치 과정을 거쳐 실행 파일로 생성

* 컴파일 과정(GNU C compiler인 gcc 경우)

test.c -> 전처리기 -> test.i  -> 컴파일러 -> test.s -> 어셈블러 -> test.o -> 링커 -> test(실행파일) 

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Object File

* 오브젝트 파일(Object file) : PE(Portable Executable) - 윈도우에서 사용 , COFF(Common Object File Format), ELF(Executable and Linking Format) - 유닉스, 리눅스, 솔라리스에서 사용 

* 오브젝트 파일의 3가지 타입

1) 재배치 가능 파일 : 코드와 데이터로 구성, 다른 오브젝트 파일과 결합하여 실행 가능 파일이나 공유 오브젝트 파일을 생성

2) 실행 가능 파일: 실행 가능한 프로그램을 가지고 있음.

3) 공유 오브젝트 파일 : 코드와 데이터로 구성, 재배치 가능한 오브젝트 파일로 프로그램 실행 시 도적으로 로드 및 링킹되는 파일

* 오브젝트 파일 구성 : 헤더와 섹셩 

1) 헤더 : 파일 구성에 대한 정보

2) 섹션 : 실행코드나 데이터를 저장, 링킹에 필요한 제어 정보를 가지고 있음 

- 컴파일된 바이너리 코드 : Text  섹션

- 상수같은 읽기 전용 데이터 : rodata 섹션

- 초기화 된 전역 변수나 정적 변수 : data 섹션

- 초기화 되지 않은 전역 변수가 정적 변수 : bss 섹션

- 프로그램에서 정의된 전역변수와 함수들에 대한 참조 정보 : symtab 섹션

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Linking

* Linking : 여러 개로 나눠진 오브젝트 파일들을 하나로 합치는 역할

- 컴파일에서 만들어진 오브젝트 파일들의 포맷은 그대로 유지, 파일들의 모든 코드와 데이터를 포함하는 새로운 오브젝트 파일을 생성

- 여러 오브젝트 파일들의 코드는 text 섹션에, 초기화된 전역 변수와 정적변수는 data 섹션에, 초기화되지 않은 전역변수와 정적 변수는 bss 섹션으로 묶여져 하나의 파일을 이룸.

- 결정되지 않은 심볼을 찾아 값을 결정해 주는 일도 수행함

- 링커는 재배치가 가능한 오브젝트 파일을 생성함

- 심볼 해석의 역할 : 심볼 테이블에는 배치나 재배치를 할 때 필요한 프로그램의 심볼의 정의나 참조값에 대한 정보가 들어있다. 

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Relocation

* 재배치(relocation) : 심볼 정의와 심볼 참조를 연결하는 과정 

- 프로그램에서 함수를 호출하면 함수 분기 명령을 적합한 목적 주소로 변환하는 작업이 재배치 과정에서 일어남. 그래서 재배치 가능 파일은 각 섹션 내용을 정렬하는 정보가 필요 >> 여러 개의 오브젝트 파일이 결합할 경우, 같은 이름의 섹션들은 하나의 섹션에 저장. 이 과정을 거치면 실행 가능 파일이나 공유 오브젝트 파일들이 실행 이미지에서 필요한 올바른 정보를 갖게 한다.