컴퓨터 구조 배우는 이유
앞으로의 리버스 엔지니어링, 시스템 해킹을 학습하기 위해서는 컴퓨터가 어떤 구조로 이루어져 있는지, 어느 부분에서 취약점이 발생할 수 있는지 명확히 이해하고 있어야 한다.
ISA (명령어 집합 구조)
명령어 집합 구조는 간단히 말하면 CPU가 이해할 수 있는 기계어 명령어의 집합이다.
소프트웨어의 명령어 집합을 ISA에 맞게 CPU가 이해해서 하드웨어단에서 실행되는 것이다.
명령어 집합 구조는 명령어 길이가 일정한지에 따라 가변길이CISC(Complex Instuction Set Computer))와 고정길이(RISC(Reduced Instruction Set Computer))로 분류할 수 있다.
ISA 종류
대표적인 두 가지만 알아보도록 하겠다.
x86, x86-64
고성능 프로세서를 설계하기 위해 사용한다. 많은 전력이 필요하고 발열이 심하기 때문에 냉각장치의 공간을 확보할 수 있는 데스크탑이나 랩탑에 사용된다. (가변길이)
ARM
저전력, 고효율 프로세서를 설계하기 위해 사용한다. 발열 문제에 민감한 스마트폰이나 임베디드 기기에 사
용된다. (고정길이)
CPU (중앙 처리 장치)
프로그램의 연산과 제어를 담당하는 하드웨어이다. ALU, Register 등으로 구성된다.
ALU (산술 논리 장치)
산술 연산: 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등을 수행한다
논리 연산: AND, OR, NOT, XOR 등의 논리 연산을 수행한다.
비교 연산: 두 값의 크기를 비교하여 어느 것이 더 큰지, 같은지, 작은지 등을 판단한다.
데이터 처리: 레지스터에서 데이터를 가져와 연산을 수행하고 결과를 레지스터에 저장한다.
Register
CPU의 빠른 데이터 처리를 돕기 위해 사용되는 임시저장공간
대표적인 레지스터의 종류 :
PC (Program Counter) : 다음 명령어의 주소를 가지고 있는 레지스터
AC (Accumulator) : 연산 결과 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
IR (Instruction Register) : 현재 실행 중인 명령어가 저장되어 있는 레지스터
MAR (Memory Address Register) : PC 에 저장된 명령어 주소가 사용되기 전에 일시적으로 저장되는 주소 레지스터
MBR (Memory Buffer Register) : 기억장치에 저장될 데이터 혹은 읽혀진 데이터가 일시적으로 저장되는 버퍼 레지스터
Memory (기억장치)
컴퓨터에 필요한 데이터를 저장하는 장치
용도에 따라 주기억장치와 보조기억장치로 분류한다.
주기억장치 (RAM)
필요한 데이터를 보조기억장치에서 불러와 임시로 저장한다.
예 ) 컴퓨터의 전원을 켜면 SSD에서 RAM으로 운영체제를 불러온다.
컴퓨터의 전원이 꺼지면 주기억장치의 데이터가 사라지는 휘발성 메모리다.
보조기억장치 (HDD, SSD)
주기억장치가 불러올 데이터를 장기적으로 저장한다.
컴퓨터의 전원이 꺼져도 보조기억장치의 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 메모리다.
Byte Ordering
메모리의 연속적으로 저장되는 데이터의 경우에는 정렬되는 방식이 각각 다른데, 빅 엔디안과 리틀 엔디안으로 나뉜다.
빅 엔디안
큰 바이트부터 메모리의 낮은 주소부터 저장한다.
일반적인 컴퓨터의 CPU에서는 사용되지 않는다.
예 ) 0x72831923 -> | 0x72 | 0x83 | 0x19 | 0x23 |
리틀 엔디안
작은 바이트부터 메모리의 낮은 주소부터 저장한다.
일반적인 컴퓨터의 CPU에서 사용된다.
예 ) 0x72831923 -> | 0x23 | 0x19 | 0x83 | 0x72 |
인코딩
데이터를 특정한 형식으로 변환(암호화)한다.
디코딩
인코딩(암호화)된 데이터를 원래 값으로 변환(복호화)한다.
운영체제 (OS)
Operating System의 약자로, 하드웨어의 자원을 효율적으로 관리하도록 하는 시스템이다.
예 ) 메모리 공간을 효율적으로 사용하도록 분배
운영체제는 크게 쉘과 커널로 구성된다.
사용자가 애플리케이션에 명령어를 입력하면 그 명령을 쉘이 해석하여 커널에 전달하고 커널에 하드웨어를 관리하도록 한다.
쉘 (Shell)
운영체제와 상호작용할 수 있도록 하는 명령 줄 인터페이스다. 명령어를 입력받으면 명령어를 해석하여 커널에 전달한다.
쉘 종류
sh : 최초의 유닉스 쉘로 스크립트를 지원한다. 기능이 별로 없다.bash : sh의 확장 버전으로 mv, cp, rm, touch, ls, mkdir, cd, rmdir 등의 명령어 들이 추가되었다.zsh : 맞춤법 검사, 로그인 감시, 자동 생성, 플러그인 및 테마가 지원된다.fish : Friendly Interatice SHell, 친근하고 인터랙티브한 기능들이 지원된다.
커널 (Kernel)
운영체제의 핵심적인 역할을 하는 소프트웨어다. 하드웨어의 자원을 프로세스에 분배하고, 프로세스 제어, 메모리 제어, 시스템 콜 등 하드웨어에 직접적인 작업을 커널이 수행한다.
운영체제 종류
크게 분류해보자면 UNIX 기반의 운영체제와 아닌 것으로 나눌 수 있다.
Windows를 제외하면 현대 대부분의 운영체제는 UNIX 운영체제를 기반으로 하고 있다.
그 중 Linux의 경우에는 UNIX를 계승한 오픈소스 운영체제로 Ubuntu, Arch Linux 등 다양한 배포판이 있고, 커스터마이징이 자유로워 다양한 환경에 사용된다는 장점이 있다.
외에는 macOS, iOS, AndroidOS 등이 있다.
CLI (Command Line Interface)
명령 줄로 컴퓨터와 상호작용하여 동작하는 인터페이스다.
Linux나 서버 용도로 사용하는 운영체제의 경우에 자주 사용된다.
GUI (Graphic User Interface)
그래픽으로 상호작용하여 동작하는 인터페이스다.
Windows나 macOS와 같은 운영체제에서 대부분의 작업에서 사용한다.
리눅스 명령어
cd : 디렉토리 변경
cat : 파일 읽기
ls : 디렉토리 내 리스트 출력
pwd : 현재 디렉토리 출력
이 외에도 다양한 명령어가 있다.
과제
리눅스에서 자기 이름 폴더 만들고 C언어 소스코드 파일 만들기 및 과정 정리
과정
mkdir 명령어로 디렉토리를 생성한 뒤, 해당 디렉토리로 이동하였다.
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| ~
❯ mkdir t43w00
~
❯ cd t43w00
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vi 명령어로 vim 에디터를 사용하여 c 코드 파일을 생성 및 편집하였다.
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| ~/t43w00 via C v13.3.0-gcc took 8s
❯ vi test.c
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| #include <stdio.h>
int main() {
printf(" ` \n");
printf(" /h: \n");
printf(" +ddd: \n");
printf(" `oddddd: \n");
printf(" .yddddddd/ \n");
printf(" -hddddddddd/ \n");
printf(" :hddddddddddy` \n");
printf(" /ddddddddddds` \n");
printf(" `oddddddddddd+` \n");
printf(" `sddddddddddh: \n");
printf(" .yddddddddddh- - \n");
printf(" -hdddddddddds. `omy` \n");
printf(" /dddddddddddo` `sdmMd- \n");
printf(" +ddddddddddd/ -hddmMMN/ \n");
printf(" `oddddddddddh: :hdddmMMMMo` \n");
printf(" .yddddddddddy. +dddddmMMMMMh. \n");
printf(" .hdddddddddds` `oddddddmMMMMMMm- \n");
printf(" :ddddddddddd+ .ydddddddmMMMMMMMN/ \n");
printf(" /ddddddddddd: -hddddddddhNMMMMMMMMs` \n");
printf(" oddddddddddh- /dddddddddo`-mMMMMMMMMd. \n");
printf(" `sddddddddddy` oddddddddd/ `hMMMMMMMMN: \n");
printf(" .yddddddddddo `yddddddddh. oMMMMMMMMM+ \n");
printf(" -hdddddddddd/ `hddddddddo` :NMMMMMMMMy` \n");
printf(" /ddddddddddd- `dddddddd/ .dMMMMMMMMm. \n");
printf(" +ddddddddddy. `ddddddh. sMMMMMMMMN/ \n");
printf(" `sdddddddddds` `ddddds` /NMMMMMMMMs \n");
printf(" `ydddddddddd+ `dddd/ .dMMMMMMMMh. \n");
printf(" -hdddddddddd: `ddh- `sMMMMMMMMm- \n");
printf(" :hdddddddddh- `ds` +NMMMMMMMN+ \n");
printf(" /ddddddddddy. `.-/ -mMMMMMMMMy` \n");
printf(" `oddddddddddo` `.-:/+sydmmd- `yMMMMMMMMd. \n");
printf(" `sdddddddddds:/+sydmmNNMMMMMMMm- `oNMMMMMMMm: \n");
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printf(" -hdddddddddmNMMMMMMNNNNmmdhys+. .hMMMMMMMMy` \n");
printf(" /ddddddddddmNNNmmmmdhyso/-.`` `sMMMMMMMMd- \n");
printf(" +ddddddddddddddhyo+:-.` /NMMMMMMMN/ \n");
printf(" :ssssssssssso/-.` -dMMMMMMMMs` \n");
printf(" `sMMMMMMMMh. \n");
printf(" +NMMMMMMMm: \n");
printf(" -mMMMMMMMN+ \n");
printf(" `yMMMMMMMMs\n");
printf(" oNMMMMMMN\n");
printf(" :mMMMMMN\n");
printf(" .hMMMMM\n");
printf(" sMMMM\n");
printf(" /NMM\n");
printf(" .dM\n");
printf(" `y\n");
return 0;
}
|
vi 에디터 내의 :wq 명령을 통해 저장 및 종료하였다.
gcc로 컴파일한 뒤 실행하였다.
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| ~/t43w00 via C v13.3.0-gcc
❯ gcc -o test test.c
~/t43w00 via C v13.3.0-gcc
❯ ./test
`
/h:
+ddd:
`oddddd:
.yddddddd/
-hddddddddd/
:hddddddddddy`
/ddddddddddds`
`oddddddddddd+`
`sddddddddddh:
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.hdddddddddds` `oddddddmMMMMMMm-
:ddddddddddd+ .ydddddddmMMMMMMMN/
/ddddddddddd: -hddddddddhNMMMMMMMMs`
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`sddddddddddy` oddddddddd/ `hMMMMMMMMN:
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+ddddddddddy. `ddddddh. sMMMMMMMMN/
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