🔸 Linux Memory Layout

Quiz: Linux Memory Layout

  
#include <stdlib.h>
int a = 0xa;
const char b[] = "d_str";
int c;
int foo(int arg) {
  int d = 0xd;
  return 0;
}
int main()
{
  int *e = malloc(sizeof(*e));
  return 0;
}

Q1. a가 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. 데이터 세그먼트

→ 데이터 세그먼트에는 컴파일 시점에 정해지는 전역변수 및 전역 상수가 위치. a는 전역변수.

Q2. b가 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. 데이터 세그먼트

→ b는 전역 상수.

Q3. foo가 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. 코드 세그먼트

→ 실행 가능한 함수의 코드 데이터는 코드 세그먼트에 위치.

Q4. “d_str”이 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. 읽기 전용 데이터 (rodata) 세그먼트

→ 전역 상수와 같은 데이터는 데이터 세그먼트 중에서도 쓰기 권한이 부여되지 않은 세그먼트에 저장됨.

Q5. d가 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. 스택 세그먼트

→ 함수의 인자, 지역변수, 매개변수와 같은 임시 변수들은 프로그램 중에 동적으로 할당 받아 스택 세그먼트에 저장됨.

Q6. c가 위치하는 세그먼트는 어디인가?

A. BSS 세그먼트

→ 초기화하지 않은 전역 변수처럼 컴파일 시점에 값이 정해지지 않는 데이터는 BSS 세그먼트 저장됨. 프로그램 시작 시 0으로 초기화.

Q7. e는 어느 세그먼트의 데이터를 가리키는가?

A. 힙 세그먼트

→ malloc(), calloc()과 같은 함수를 통해 프로그램 중 동적으로 힙 세그먼트에 할당 받음.

🔸 Computer Architecture

명령어 집합구조(Instruction Set Architecture, ISA) : 컴퓨터 구조 중에서 CPU가 사용하는 명령어와 관련된 설계. ex) 인텔의 x86-64 아키텍처

컴퓨터 구조의 세부 분야
- 기능 구조의 설계
  - 폰 노이만 구조
  - 하버드 구조
  - 수정된 하버드 구조
- 명령어 집합구조
  - x86, x86-64
  - ARM
  - MIPS
  - AVR
- 마이크로 아키텍처
  - 캐시 설계
  - 파이프라이닝
  - 슈퍼 스칼라
  - 분기 예측
  - 비순차적 명령어 처리
- 하드웨어 및 컴퓨팅 방법론
  - 직접 메모리 접근

폰 노이만 구조
연산과 제어는 중앙처리장치(CPU), 저장은 기억장치(memory), 장치간에 데이터나 제어 신호 교환은 버스(bus)를 사용.
- 중앙처리장치
  - 산술논리장치(ALU) - 산술/논리 연산 처리
  - 제어장치(Control Unit) - CPU 제어
  - 레지스터(Register) - CPU에 필요한 데이터를 저장
- 기억장치
  - 주기억장치 : 프로그램 실행 과정에서 필요한 데이터 임시 저장에 사용
    1. 램(Random-Access Memory, RAM)
  - 보조기억장치 : 운영체제, 프로그램과 같은 데이터 장기간 보관에 사용
    1. 하드 드라이브
    2. SSD
- 버스
  - 데이터 버스(Data Bus)
  - 주소 버스(Address Bus)
  - 제어 버스(Control Bus)
  - 랜선
  - 프로토콜
레지스터가 존재함에도 CPU 안에 레지스터가 필요한 이유
CPU의 연산속도가 기억장치와의 데이터 교환속도보다 압도적으로 빠르기 때문에, 기억장치만을 사용하면 병목현상이 발생. 따라서 교환속도를 단축하기 위해 레지스터와 캐시라는 저장장치를 내부에 갖고 있음.

x86-64 아키텍처
[Study] Register

🔶 x86 Assembly

[Study] Assembly

Quiz: x86 Assembly 1

[Register]
rbx = 0x401A40

=================================

[Memory]
0x401a40 | 0x0000000012345678
0x401a48 | 0x0000000000C0FFEE
0x401a50 | 0x00000000DEADBEEF
0x401a58 | 0x00000000CAFEBABE
0x401a60 | 0x0000000087654321

=================================

[Code]
1: mov rax, [rbx+8]
2: lea rax, [rbx+8]

Q1. 레지스터, 메모리 및 코드가 다음과 같다. Code를 1까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0xC0FFEE

Q2. Code를 2까지 실행했을 때, rax에 들어있는 값은?

→ 0x401a48

[Register]
rax = 0x31337
rbx = 0x555555554000
rcx = 0x2

=================================

[Memory]
0x555555554000| 0x0000000000000000
0x555555554008| 0x0000000000000001
0x555555554010| 0x0000000000000003
0x555555554018| 0x0000000000000005
0x555555554020| 0x000000000003133A

==================================

[Code]
1: add rax, [rbx+rcx*8]
2: add rcx, 2
3: sub rax, [rbx+rcx*8]
4: inc rax

Q3. 레지스터, 메모리 및 코드가 다음과 같다. Code를 1까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0x3133A

Q4. Code를 3까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0

Q5. Code를 4까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 1

[Register]
rax = 0xffffffff00000000
rbx = 0x00000000ffffffff
rcx = 0x123456789abcdef0

==================================

[Code]
1: and rax, rcx
2: and rbx, rcx
3: or rax, rbx

Q6. 레지스터, 메모리 및 코드가 다음과 같다. Code를 1까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0x1234567800000000

Q7. Code를 2까지 실행했을 때, rbx에 저장된 값은?

→ 0x000000009ABCDEF0

Q8. Code를 3까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0x123456789ABCDEF0

[Register]
rax = 0x35014541
rbx = 0xdeadbeef

==================================

[Code]
1: xor rax, rbx
2: xor rax, rbx
3: not eax

Q9. 레지스터, 메모리 및 코드가 다음과 같다. Code를 1까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0xEBACFBAE

Q10. Code를 2까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0x35014541

Q11. Code를 3까지 실행했을 때, rax에 저장된 값은?

→ 0xCAFEBABE

[Register]
rcx = 0
rdx = 0
rsi = 0x400000

=======================

[Memory]
0x400000 | 0x67 0x55 0x5c 0x53 0x5f 0x5d 0x55 0x10
0x400008 | 0x44 0x5f 0x10 0x51 0x43 0x43 0x55 0x5d
0x400010 | 0x52 0x5c 0x49 0x10 0x47 0x5f 0x42 0x5c
0x400018 | 0x54 0x11 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00

=======================

[code]
1: mov dl, BYTE PTR[rsi+rcx]
2: xor dl, 0x30
3: mov BYTE PTR[rsi+rcx], dl
4: inc rcx
5: cmp rcx, 0x19
6: jg end
7: jmp 1

Q12. end로 점프하면 프로그램이 종료된다고 가정하자. 프로그램이 종료됐을 때, 0x400000 부터 0x400019까지의 데이터를 대응되는 아스키 문자로 변환하면?

  
# solve.py

mem = [0x67,0x55,0x5c,0x53,0x5f,0x5d,0x55,0x10,
       0x44,0x5f,0x10,0x51,0x43,0x43,0x55,0x5d,
       0x52,0x5c,0x49,0x10,0x47,0x5f,0x42,0x5c,
       0x54,0x11,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00]

for i in range(0x20):
    print(chr(mem[i]^0x30), end="")

→ Welcome to assembly world!

Quiz: x86 Assembly 2

[Dreamhack] Quiz: x86 Assembly 2

Quiz: x86 Assembly 3

[Dreamhack] Quiz: x86 Assembly 3

[Dreamhack] Background - Computer Science