개요

그럴 일은 없겠지만, 이 글을 만약에 검색해서 읽고 있다면 무언가 잘못된 길이 아닌지 다시 한번 확인이 필요한 글일거라 생각한다. 놀랍게도, 실행중에 코드를 생성하여 실행하는 것은 가능하나, 정상적인 개발 환경에서는 쓰이는 일이 없기를 바랍니다.

우선, 런타임에 코드를 생성하여 실행하는 구조는 많이 찾아볼 수 있다. 대표적으로 C#의 .Net Framework나 JAVA의 JVM, Dalvik, ART가 있다. (중간 언어 Byte Code를 어셈블리로 만든 다음 실행 시키기 때문이다. 명심해야하는 부분은 이는 모두 프로그램이란 점이다.) 더 신기한 부분은 .NET Runtime과 JVM은 모두 C++로 구성이 되어 있다는 점이다.

.Net Runtime, Open JDK(Mirror) 자세히 보면, C/C++, ASM의 비율이 약 20% 라는 것을 알 수 있다. 따라서, 이전에 이미 사례에서 C++을 이용한다면 런타임에 코드를 생성하여 실행하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또 다른 예로는 딥러닝 가속 라이브러리인 XNNPack 또한 내부에 JIT이 포함되어 있다. 그렇다면, 이제 가능성은 충분히 이해하였으므로 실제로 코드로 접근해보자.

코드

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>

int main() {
	unsigned char code[] = {
            0xb8, // mov
            0x00, // NOP. "nop" does nothing work.
            0x00,
            0x00,
            0x00,
            // +5
            0x83, // add == 0x83. 0x83 is assembly of x86.
            0xC0,
            0x05,

            // +5
            0x83, // add
            0xC0,
            0x05,

            // +5
            0x83, // add
            0xC0,
            0x05,

            0xc3, // ret
	};

	int num = 10; // Change! this is value for testing.

	memcpy(&code[1], &num, 4);
	void *mem = mmap(NULL, sizeof(code), PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANON | MAP_PRIVATE, -1, 0);

	memcpy(mem, code, sizeof(code));
	mprotect(mem, sizeof(code), PROT_READ | PROT_EXEC);

	int (*func)() = (int(*)()) mem;

	printf("Result is: %d\n", func());

	return 0; // success
}

(코드 원본 및 출처)

각각 순서대로 접근하여 확인한다면, unsigned char code[]에서 x86 어셈블리 명령어로 실행할 명령어를 작성합니다. 이때, 0x00의 의미는 NOP으로 아무것도 수행하지 않는 명령어 입니다. 주로 쓰이는 이유는, 컴퓨터는 N 바이트 만큼 읽어서 명령어를 수행하므로 전체 명령어의 사이즈를 맞춰야 빠르고 정확하게 동작합니다. (또는 맞추지 않으면 명령어가 비정상적으로 동작할 수 있습니다.) 그래서 아무 의미 없는 코드를 삽입하여 code 변수의 사이즈를 맞춰주는 것 입니다. code의 사이즈는 16 Byte 입니다.

이후 code[1]번지에 상수 값을 삽입하고, 명령어를 실행할 수 있는 권한을 부여하는 코드인 mprotect와 mmap가 있습니다. 이후, PC(프로그램 카운터)의 위치가 명령어가 있는 곳으로 이동 및 가르킬수 있도록 함수 포인터를 사용하는 과정입니다.

결과

실험 결과로는 당연하게 10이 들어갈 경우 15가 더해진 25가 나오는 것을 알 수 있다. 이를 통해 어셈블리를 런타임에 생성하여, 실행할 수 있으므로 뭔가 재밌는 일거리나 논문거리가 나올것 같다.