[System] 컴파일 과정의 링크(Link)와 오브젝트 파일(Object File)

C코드나 어셈블리 코드를 컴파일 할 때 결과를 지정할 때 Object File이 될 때도 있고,,, 기계어 코드가 될 때도 있고(?)해서 도대체 둘의 차이가 뭔지, 그리고 오브젝트 파일이라는게 정확하게 뭘 지칭하는지 궁금해서 정리해보려고 한다. 그리고 중간에 나오는 '링크'의 개념을 다뤄보고자 한다.

 

오늘 다룰 것은 다음과 같다

• 기계어 코드 vs 오브젝트 코드 (vs 어셈블리 코드)
• 링크(Link)의 개념
• gcc vs as

 

기계어 코드 vs 오브젝트 코드 (vs 어셈블리 코드) 는 아래 글을 참고하였다.

https://stackoverflow.com/questions/466790/assembly-code-vs-machine-code-vs-object-code#:~:text=Object%20code%20is%20a%20portion,code%20of%20a%20completed%20program.

Assembly code vs Machine code vs Object code?

긁어오면 다음과 같다.

 

Machine code is binary (1's and 0's) code that can be executed directly by the CPU. If you open a machine code file in a text editor you would see garbage, including unprintable characters (no, not those unprintable characters ;) ).

Object code is a portion of machine code not yet linked into a complete program. It's the machine code for one particular library or module that will make up the completed product. It may also contain placeholders or offsets not found in the machine code of a completed program. The linker will use these placeholders and offsets to connect everything together.

Assembly code is plain-text and (somewhat) human read-able source code that mostly has a direct 1:1 analog with machine instructions. This is accomplished using mnemonics for the actual instructions, registers, or other resources. Examples include JMP and MULT for the CPU's jump and multiplication instructions. Unlike machine code, the CPU does not understand assembly code. You convert assembly code to machine code with the use of an assembler or a compiler, though we usually think of compilers in association with high-level programming language that are abstracted further from the CPU instructions.

 

기계어 코드는 그냥 1과 0으로 이루어진 코드, 어셈블리 코드는 그러한 기계어 코드를 mov, push 와 같이 인간이 이해하기 쉽게 바꾼 저수준 코드인 건 대부분 사람들이 아실 것이다.

 

그렇다면 중간에 있는 저 Object Code(오브젝트 코드)는 뭘까.....?

 

 

Object Code (오브젝트 파일, 오브젝트 코드)

Object code는 최종 프로그램이 만들어지기 전에 아직 링크되지 않은 기계어파일이다.

다음은 add.S라는 어셈블리코드를 add.o라는 오브젝트 파일로 어셈블한 결과를 나타낸 것이다. (오브젝트 파일 확장자 : .o)

어셈블할 때는 아래같이 gcc 컴파일러를 사용하기도 하고 as 어셈블러를 사용하기도 한다.

 

$ gcc -c add.S -o add.o
$ file add.o
add.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
$ hexdump -C add.o
00000000  7f 45 4c 46 02 01 01 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.ELF............|
00000010  01 00 3e 00 01 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |..>.............|
00000020  00 00 00 00 00 00 00 00  10 02 00 00 00 00 00 00  |................|
00000030  00 00 00 00 40 00 00 00  00 00 40 00 0b 00 0a 00  |....@.....@.....|
00000040  55 48 89 e5 89 7d fc 89  75 f8 8b 55 fc 8b 45 f8  |UH...}..u..U..E.|
00000050  01 d0 5d c3 00 47 43 43  3a 20 28 55 62 75 6e 74  |..]..GCC: (Ubunt|
00000060  75 20 37 2e 35 2e 30 2d  33 75 62 75 6e 74 75 31  |u 7.5.0-3ubuntu1|
00000070  7e 31 38 2e 30 34 29 20  37 2e 35 2e 30 00 00 00  |~18.04) 7.5.0...|
00000080  14 00 00 00 00 00 00 00  01 7a 52 00 01 78 10 01  |.........zR..x..|
00000090  1b 0c 07 08 90 01 00 00  1c 00 00 00 1c 00 00 00  |................|
000000a0  00 00 00 00 14 00 00 00  00 41 0e 10 86 02 43 0d  |.........A....C.|
000000b0  06 4f 0c 07 08 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.O..............|

 

이처럼 오브젝트 파일도 기계어의 일종이다!

 

gcc vs as 접는글

GCC (GNU Compiler Collection)는 여러 가지 언어 (C, C++, Objective-C, Fortran, Ada, 등)의 컴파일을 지원하는 컴파일러이며, 어셈블리 코드를 생성하는 기능도 있다.

 

반면에 as는 어셈블러(assembler)라고 불리며, 어셈블리 코드를 기계어 코드로 변환하는 역할을 합니다. as는 GCC의 일부분이기 때문에 GCC를 설치하면 자동으로 as도 설치된다.

 

 

as 명령어 설명

https://www.ibm.com/docs/en/aix/7.2?topic=program-assembling-as-command

 

 

링크( Link)

 

하지만 우리는 오브젝트 파일이 '링크'하기 전 파일이라는 것을 이제 안다. 그렇다면 링크는 무엇일까??

링크(Link)는 "여러 목적 파일들을 연결"하여 최종적으로 실행 가능한 바이너리로 만드는 과정이다. 

 

• 그림 1번은 컴파일(compile)에 해당한다.
• 그림 2번은 링크(Link)에 해당한다.
• 1번과 2번 두과정을 합쳐서 빌드(Build)라고 한다.

그림 출처 : https://kimvampa.tistory.com/27

 

예를들어 우리가 만든 C코드에서 printf 함수가 등장한다고 가정하자. 그 코드를 어셈블리어로 바꾸면 call printf 이런 코드가 등장할 것이다. 그리고 그 어셈블리 코드를 오브젝트 파일로 만들 것이다.

 

하지만 printf 함수의 내용은 우리가 만든 코드에 존재하지 않는다. 이는 libc라는 다른 라이브러리에 존재한다. 

이때 우리가 만든 코드에 libc의 printf함수 부분을 가져오는 것을 링킹(linking)한다고 하는 것이다!!! libc는 gcc의 기본 라이브러리 경로에 있는데, 링커는 바이너리가 printf를 호출하면 libc의 함수가 실행될 수 있도록 연결해 준다!!

그리고 이렇게 링크를 해주는 아이를 링커(Linker)라고 한다.

 

정적링크와 동적 링크

링크는 정적 링크(static link)와 동적 링크(dynamic link)로 나뉜다.

• 정적 링크 : 컴파일된 소스파일을 연결해서 실행가능한 파일을 만드는 것 -> 실행파일에다 필요한 라이브러리를 다 복사해서 실행파일 만듦. 하지만 실행 파일 내에 라이브러리 코드가 들어가서 메모리 오지게 잡아먹음
• 동적 링크 : 프로그램 실행 도중 프로그램 외부에 존재하는 코드를 찾아서 연결하는 작업.(동적 링크는 링커가 필요가 없다.) ->메모리 요구사항이 훨씬 적음

 

이미지 출처 : https://codedragon.tistory.com/8461

 

그러니까 정적 링크는 프로그램 만들기 전에 이미 한 파일에 다 라이브러리 등 다 포함 시키는 거고, 동적 링크는 실행중에 계속 동적으로 참조하는것을 말하는 것같다.

 

잘 설명해주신 참고할 만한 글 : https://jhnyang.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9CStatic-Linking-vs-Dynamic-Linkingshared-Library-%EC%A0%95%EC%A0%81%EB%A7%81%ED%82%B9-vs-%EB%8F%99%EC%A0%81%EB%A7%81%ED%82%B9

[운영체제]Static Linking vs Dynamic Linking(shared Library) 정적링킹 vs 동적링킹

 

 

컴파일 과정을 나타내면 아래와 같다!

 

컴파일 과정 설명한 그림

 

 

 

References

https://kimvampa.tistory.com/27

컴파일(Compile), 링크(Link), 빌드(Build) 정리

https://learn.dreamhack.io/67

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https://stackoverflow.com/questions/466790/assembly-code-vs-machine-code-vs-object-code#:~:text=Object%20code%20is%20a%20portion,code%20of%20a%20completed%20program.

Assembly code vs Machine code vs Object code?

https://jhnyang.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9CStatic-Linking-vs-Dynamic-Linkingshared-Library-%EC%A0%95%EC%A0%81%EB%A7%81%ED%82%B9-vs-%EB%8F%99%EC%A0%81%EB%A7%81%ED%82%B9

[운영체제]Static Linking vs Dynamic Linking(shared Library) 정적링킹 vs 동적링킹