# 로더 (Loader)

## 1. 개요
**로더(Loader)**는 프로그램의 실행을 위해 저장 장치(HDD, SSD 등)에 위치한 목적 프로그램(Object Program)을 주 기억 장치(Main Memory)로 적재하는 시스템 소프트웨어이다. 시스템 프로그래밍의 핵심 구성 요소 중 하나인 로더는 컴파일러나 어셈블러가 생성한 기계어 코드를 실제 CPU가 실행할 수 있는 상태로 만드는 최종 단계의 역할을 수행한다.

일반적으로 프로그램의 생명 주기는 **[소스 코드 $\rightarrow$ 컴파일/어셈블 $\rightarrow$ 목적 코드 $\rightarrow$ 로더에 의한 적재 $\rightarrow$ 실행]**의 과정을 거치게 된다.

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## 2. 로더의 주요 기능
로더는 단순히 파일을 메모리에 복사하는 것을 넘어, 프로그램이 정상적으로 동작하기 위해 다음과 같은 필수적인 기능을 수행한다.

### 2.1 목적 프로그램의 적재 (Loading)
저장 장치에 있는 목적 코드(Object Code)를 읽어 들여 주 기억 장치의 특정 영역에 배치한다. 이때 메모리의 가용 공간을 확인하고, 프로그램이 요구하는 메모리 크기에 맞춰 효율적으로 배정해야 한다.

### 2.2 재배치 (Relocation)
프로그램이 컴파일될 당시에는 특정 메모리 주소(예: 0x1000)를 기준으로 코드가 작성되지만, 실제 실행 시에는 해당 주소가 이미 다른 프로세스에 의해 점유되어 있을 수 있다. 로더는 프로그램의 모든 주소 참조를 현재 할당된 메모리 시작 주소에 맞춰 수정하는 **재배치** 작업을 수행한다.

### 2.3 연결 (Linking)
하나의 프로그램이 여러 개의 목적 파일이나 라이브러리로 구성된 경우, 각 모듈 간의 호출 관계(함수 호출, 변수 참조 등)를 설정하여 하나의 실행 가능한 단위로 통합한다. 현대적인 운영체제에서는 로더와 링커(Linker)의 기능이 밀접하게 결합되어 동작한다.

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## 3. 로더의 분류
로더는 목적 프로그램을 처리하는 방식과 재배치 수행 시점에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

### 3.1 재배치 시점에 따른 분류

| 분류 | 설명 | 특징 |
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| **절대 로더 (Absolute Loader)** | 프로그램이 지정된 특정 주소에만 적재될 수 있도록 설계된 로더이다. | 재배치 기능이 없으며, 메모리 효율성이 낮다. |
| **재배치 로더 (Relocating Loader)** | 프로그램의 주소를 실행 시점에 변경할 수 있는 로더이다. | 다양한 메모리 위치에 프로그램을 적재할 수 있어 유연하다. |

### 3.2 처리 방식에 따른 분류

#### 3.1 단일 패스 로더 (Single-pass Loader)
목적 프로그램을 **단 한 번만** 읽어서 적재와 재배치를 동시에 수행하는 방식이다. 
- **장점:** 입출력(I/O) 횟수가 적어 속도가 빠르다.
- **단점:** 전방 참조(Forward Reference, 아직 정의되지 않은 레이블을 참조하는 것)를 처리하기 위해 특별한 기법이 필요하며, 구조가 복잡해질 수 있다.

#### 3.2 다중 패스 로더 (Multi-pass Loader)
목적 프로그램을 **여러 번** 읽어서 단계별로 작업을 수행하는 방식이다.
- **1차 통과:** 모든 심볼(Symbol)과 레이블의 위치를 파악한다.
- **2차 통과:** 파악된 위치 정보를 바탕으로 실제 주소 계산 및 적재를 수행한다.
- **장점:** 전방 참조 문제를 완벽하게 해결할 수 있으며 설계가 명확하다.
- **단점:** 파일을 여러 번 읽어야 하므로 단일 패스 방식보다 느리다.

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## 4. 로딩 과정의 기술적 메커니즘

로더가 동작할 때 내부적으로 처리하는 핵심 논리는 다음과 같다.

### 4.1 심볼 테이블 (Symbol Table) 활용
로더는 목적 프로그램 내에 포함된 **심볼 테이블**을 참조한다. 심볼 테이블에는 변수명, 함수명과 같은 식별자와 해당 식별자가 위치한 상대 주소(Relative Address) 정보가 들어 있다. 로더는 이 정보를 바탕으로 실제 물리 주소를 계산한다.

### 4.2 재배치 레코드 (Relocation Record)
재배치 로더는 목적 프로그램의 일부 영역을 수정해야 함을 알리기 위해 **재배치 레코드**를 포함한다. 예를 들어, 코드 내에 `JMP 0x05`라는 명령이 있을 때, 만약 프로그램이 `0x1000` 주소에서 시작된다면 로더는 이 레코드를 보고 명령어를 `JMP 0x1005`로 수정한다.

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## 5. 관련 개념 및 문서
* **링커 (Linker):** 여러 목적 파일을 결합하여 하나의 실행 파일(.exe, .out 등)을 만드는 소프트웨어.
* **컴파일러 (Compiler):** 고수준 언어를 저수준 언어(목적 코드)로 변환하는 도구.
* **운영체제 (Operating System):** 로더를 포함하여 메모리 관리, 프로세스 스케줄링 등을 수행하는 시스템 소프트웨어의 집합.
* **가상 메모리 (Virtual Memory):** 물리적 메모리의 한계를 극복하기 위해 주소 공간을 추상화하는 기술.

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**최종 수정일:** 2024년 5월 23일  
**분류:** 기술 > 시스템 프로그래밍 > 로더