Hello World를 출력하는 것은 매우 쉽지만, 코드가 어셈블리어로 작성되었다면 이야기가 다르다. 최근 진행하는 스터디 내용을 더욱 잘 이해하기 위해서 어셈블리를 찾아보고 있는데, 봐도 이해가 잘 안되어서 뜯어 보기로 했다.

해당 실습은 MacOS 10.15.4 ( Catalina ) 에서 진행되었다.

global : 특정 심볼을 global로 정의

어셈블리에서는 기본적으로 모든 코드가 private이다. 이때 다른 모듈이 해당 코드에 접근할 수 있게 하기 위해서 global instruction을 이용하여 심볼에 다른 코드가 접근할 수 있도록 해 준다. 이렇게 명시하지 않는다면 링커에서 아무런 심볼을 찾을 수 없다는 오류가 발생한다.

section : 섹션을 정의

섹션을 정의하는데, .text 섹션은 일반적으로 읽기 전용 **코드, 즉 실행 가능한 코드**가 들어간다. 실제로 IA32e ( Intel의 x86-64 모드 ) 에서는 해당 섹션은 수정할 수 없다.

위 정보를 토대로, 우리는 start 심볼 안에 있는 코드가 Hello World를 출력할 것을 유추할 수 있다.

_main 심볼의 코드 톺아보기

_main:
    mov rax, 0x02000004 
    mov rdi, 1 
    mov rsi, message 
    mov rdx, 13
    syscall 
    mov rax, 0x02000001
    xor rdi, rdi
    syscall

뭔가 syscall 명령어를 기점으로 나뉘는 거 같으니, syscall 이 무엇인지 알아보자.

📞 System Call

우리가 작성하는 프로그램은 사용자 공간에서 작동하는데, 해당 공간에서는 특정한 명령어 실행이 불가능하다. 이 때 파일 입출력과 같이 우리가 원하는 동작을 수행하기 위해서는 커널에 의존하여야 한다. 이 때 커널에 원하는 요청을 제공하는 방법을 system call이라고 한다.

우리가 하고자 하는 콘솔 창 출력 또한 system call을 이용해야 한다. Mac OS x86-64의 System Call 테이블은 다음과 같은데, 우리가 써야 하는 건 sys_write 와 sys_exit 이 두가지이다.

1	AUE_EXIT	ALL	{ void exit(int rval) NO_SYSCALL_STUB; } 
4	AUE_NULL	ALL	{ user_ssize_t write(int fd, user_addr_t cbuf, user_size_t nbyte); }

syscall 명령은 현재 레지스터에 담겨 있는 값을 토대로 알맞은 system call을 호출한다.

☝️ 첫번째 System call, 출력

    mov rax, 0x02000004 
    mov rdi, 1 
    mov rsi, message 
    mov rdx, 13
    syscall 

sys_write 식별자 지정

우리가 가장 먼저 실행하고자 하는 system call은 write 이고, 이는 4라는 식별자를 갖고 있다. 어떤 system call을 실행할 지는 %rax 레지스터를 참조하기 때문에 %rax 에 0x0200004 값을 넣어준다. ( Mac OS에에서는 식별자에 0x02000000 를 더해 주어야 한다 )

File Descriptor 지정

콘솔 창 출력 ( STDOUT )을 하고 싶으므로, POSIX FD에 의거하여 값 1을 지정한다. 첫번째 매개 변수로는 %rdi 를 사용한다.

Buffer와 크기 지정

Hello, World를 출력하고 싶으므로 "Hello, World" 값을 지정한다. 사이즈는 13을 지정한다. 두번째와 세번째 매개 변수로는 각각 %rsi, %rdx 를 사용한다.

나머지 매개 변수들은?

%rcx , %r8 , %r9 등이 각각 4번째, 5번째, 6번째 매개변수로 이용된다.

이렇게 필요한 값을 지정 레지스터에 저장한 후 syscall 을 호출하면 Hello, World 를 출력한다.

✌️ 두번째 System call, 종료

    mov rax, 0x02000001
    xor rdi, rdi
    syscall

Exit 0을 하고 싶으므로, sys_exit 식별자를 %rax 에 추가한 후 %rdi 를 0으로 만들어 주는 코드이다.

🏃 실행하기

하여 완성된 코드는 다음과 같다. 위에 코드와 동일하지만 올라가기 귀찮으니 한번 더 보여주는 것이다.

다음과 같은 쉘 명령어를 이용해 해당 코드를 object 파일로 만들 수 있다. 우리는 Mac OS 64비트 운영체제이므로 -f 를 이용해 macho64 를 지정하여 준다.

> nasm -f macho64 hello_world.asm

이 명령어를 이용하면 hello_world.o 목적 파일이 생성된다. 이 파일을 실행 가능한 파일로 만들기 위해서는 링크 과정이 필요하다.

> ld -lSystem hello_world.o -o hello_world

이 명령어를 이용하면 원활히 실행 가능하다.