[ASM] 레지스터 기초
👻 레지스터란?
프로세서에 위치한 고속 메모리로, 극히 소량의 데이터나 처리 중인 중간 결과와도 같은 프로세서가 바로 사용할 수 있는 데이터를 담고 있는 영역 을 말한다.
메모리 계층의 최상위에 위치하며, 가장 빠른 속도로 접근 가능한 메모리이다. 메인 메모리에 올려져있는 파일을 CPU가 처리할 때, 처리 과정에서 생겨난 일시적인 데이터들을 저장하는 곳이라고 보면 될 것 같다.
참고로 레지스터는 하나의 저장소만 있는 게 아니라 여러개의 저장소가 있고 이를 통틀어 레지스터(Register Set)이라 한다.
왜 레지스터를 사용해야할까?
👉 데이터를 저장할 수 있는 곳은 다양하다. (메인 메모리나 하드 디스크 등…)
하지만 최종적으로 데이터를 처리하는 곳은 CPU의 다른 한 부분이고, 수없이 연산을 하면 방대한 중간 결과값들이 나올텐데 이왕이면 가까운 곳에 저장소를 하나 더 놔두고 그 때마다 잠깐씩 꺼내 쓰고 지우는 게 효율적이기 때문이다.☺
레지스터에서 메모리로, 레지스터에서 CPU로 보내는 경우도 많아 비행기 조종실과 비슷하다고 생각하면 될 것 같다.
👻 레지스터 구조
기본적으로 범용 레지스터는 32비트 기준 8개가 존재한다. 위쪽에 있는 EAX, EBX, ECX, EDX 그리고 EBP, ESP, ESI, EDI가 있는데 왼쪽의 EAX, EBX, ECX, EDX는 주로 산술 연산을 할 때 사용되며 오른쪽 4개의 레지스터는 스택 메모리와 관련된 메모리 주소를 저장하는 포인터로 사용된다.
하나의 레지스터를 확대해보면 이렇게 나눌 수 있다.
RAX는 64비트 환경에 존재하는 레지스터고, 64 bits의 크기를 가지고 있다. 그리고 그 반인 32 bits를 가지는 EAX, EAX의 반인 AX, AX의 반인 AH와 AL이 있다. 어떤 부위를 사용할 것인지에 따라 정해진 이름들이 있다.
64비트 환경이면 레지스터의 크기도 64비트(8바이트)다.
👻 레지스터 실습해보기
이제 앞서 이론으로 습득했던 레지스터의 개념을 확실히 내 것으로 만들기 위해 SASM 툴의 mov라는 명령어를 이용해 실습을 해보자.
🌱 mov 사용해보기
mov 명령어는 데이터를 이동시켜주는 함수다.
입력값이 두 개가 필요하고 오른쪽에서 왼쪽으로 데이터를 이동시켜준다.
mov reg1, cst
mov reg1, reg2
사용법은 위와 같고 각각 cst를 reg1에, reg2의 값을 reg1로 이동시켜달라는 의미이다.
코드를 작성하고 한 번 확인해보자.
eax는 32비트 크기의 레지스터, rbx는 64비트, cl은 최하단 8비트짜리 레지스터다.
크기가 정해져있는 레지스터를 작업하기 때문에 용량 확인을 위하여 cl에는 일부러 8비트를 넘어가는 수를 입력해보았다.
역시나 바이트 범위를 초과했다고 에러가 뜬다. 0xff 값으로 수정하고 다시 실행시키면 에러없이 잘 된다.
🌱 Debug
디버그는 코드가 버그가 있는지, 있다면 어느 부분에서 나타나는 건지를 알려주는 기능이다.
해당 코드는 에러 없이 빌드가 잘 되었으니 디버그를 하게 된다면 각 값들이 어떻게 이동이 되는 지를 알 수 있다.
상단의 버그 표시가 있는 실행버튼을 눌러서 디버그를 시작하거나 단축키 F5를 눌러서 시작하면 된다. (참고로 일반 실행은 단축키 F9이다.)
그러면 페이지가 이렇게 뜨게 되는데, 이 상태에서 레지스터나 메모리 창을 열어 중간중간 값을 확인할 수 있다. 나는 지금 메모리창까지 켜져있지만 지금은 레지스터만 확인하면 된다.
각각의 창은 Debug 👉 Show registers, Show memory를 클릭하거나 단축키 Ctrl+R, Ctrl+M으로 열고 닫았다 할 수 있다.
화살표가 멈춘 곳은 실행이 완료된 부분이 아니라 해당 코드를 실행할 것이라는 의미이다. 한 줄씩 다음으로 넘어가려면 Step over나 Step into를 사용하면 된다. 지금은 Step over 방식으로 디버그를 진행시켜보자.
💡
Step over(단축키 F10)는 코드에 함수가 있는 경우 해당 함수가 실행되고 난 후의 결과값을 바로 뽑아서 보여주고 다음으로 넘어가는 방식이라면 Step into(단축키 F11)는 해당 함수 내의 코드까지 디버그를 해주는 방식이다.
F10을 눌러 다음으로 넘겼더니 mov eax, 0x1234 구문이 실행되면서 우측 레지스터 화면의 rax에 0x1234라는 값이 잘 들어간 걸 확인할 수 있었다.
위 사진에서 보면 eax는 보이지 않고 rax의 값이 바뀐 걸 알 수 있는데, 내 환경이 64비트라 레지스터 이름은 rax지만 그 rax의 반인 eax부분만 사용하여 값이 들어갔다는 걸로 유추할 수 있다.
🌱 최하위 1 Byte와 레지스터간의 데이터 이동
그럼 여기서 레지스터를 풀로 사용하는 게 아닌, 반이나 어쩌면 더 작은 부분만을 사용한다면 어떻게 저장이 되는건지에 대해 알아볼 필요가 있다.
우선 추가적으로 코드를 더 작성한 후에 Break Point를 걸었다. 이걸 걸고 디버그 버튼을 반복적으로 누르게되면 해당 포인트에서 멈추게 된다. (아무 포인트도 잡지 않고 디버그 버튼을 반복적으로 누르면 디버그가 바로 종료되어버린다.)
일단 여기까지 본 결과 각 범용 레지스터엔 값이 잘 들어갔다는 것을 볼 수 있다.
하지만 여기서 F10을 눌러 디버그를 한 줄 진행시키게 되면 rax에 0x00이라는 값이 들어가야하는데 0x1200이라는 값이 들어간 걸 확인할 수 있다.
al은 가장 최하단 1바이트를 지정하는 이름이기 때문에 이 부분을 0으로 덮어버리게 되는데, ah부분과 그 이상 부분은 영향을 받지 않아서 끝 두 자리만 00으로 변경되는 것이다.
0x1234 👉 0x1200
한 번 더 F10을 누르면 rdx에 있는 값이 rax에 잘 들어가는 것을 확인할 수 있다.
👻 글을 마치며
이론으로만 수도없이 들었던 부분들은 뒤돌면 까먹기 마련인데, 이렇게 어셈블리어를 공부하면서 직접 코드를 짜고 눈으로 보면서 공부하니까 이해도 더 빠르고 그제서야 내 머릿속에 돌아다니던 개념들이 하나 둘 씩 정리되는 기분이다. 기본 개념 공부를 이제와서 하기가 쉽지는 않았는데 하길 잘 한 것 같다 :)
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