OS별 실행파일 구조와 실행 권한 이해하기 (PE, ELF, Mach-O)

1. 플랫폼별 실행파일 포맷

Windows의 실행파일은 PE (Portable Executable) 구조를 따른다.
하지만 Linux와 macOS도 각자의 실행파일 포맷이 존재한다.

OS	포맷	확장자
Windows	PE (Portable Executable)	`.exe`, `.dll`
Linux	ELF (Executable and Linkable Format)	확장자 없음, `.so`
macOS	Mach-O (Mach Object)	확장자 없음, `.dylib`

2. PE 구조 (Windows)

DOS Header: 레거시 호환용. e_magic이 MZ, e_lfanew가 PE 헤더 오프셋을 가리킴
Optional Header: 이름과 달리 필수. x86은 IMAGE_OPTIONAL_HEADER32, x64는 IMAGE_OPTIONAL_HEADER64
RVA (Relative Virtual Address): ImageBase 기준 상대 주소. 실제 메모리 주소 = ImageBase + RVA
Data Directories: Import/Export Table, TLS, Debug 등의 위치를 가리킴

3. ELF 구조 (Linux)

┌─────────────────────┐
│   ELF Header        │  ← 매직넘버 0x7F 'ELF', 아키텍처, 진입점
├─────────────────────┤
│   Program Headers   │  ← 실행 시 메모리 로딩 정보 (세그먼트)
├─────────────────────┤
│   .text             │
│   .data             │
│   .bss              │
│   .dynamic          │  ← 동적 링킹 정보
├─────────────────────┤
│   Section Headers   │  ← 링킹/디버깅용 섹션 정보
└─────────────────────┘

4. Mach-O 구조 (macOS)

┌─────────────────────┐
│   Mach-O Header     │  ← 매직넘버, CPU 타입, 명령 수
├─────────────────────┤
│   Load Commands     │  ← 세그먼트, 라이브러리, 진입점 등 메타정보
├─────────────────────┤
│   __TEXT segment    │  ← 코드, 읽기전용 데이터
│   __DATA segment    │  ← 읽기/쓰기 데이터
│   __LINKEDIT        │  ← 심볼, 서명 등
└─────────────────────┘

Fat Binary (Universal Binary)

Apple Silicon 전환 때 주목받은 개념으로, 하나의 파일에 여러 아키텍처를 동시에 포함할 수 있다.

┌──────────────────────────┐
│   Fat Header             │
├──────────────────────────┤
│   Mach-O (x86_64)        │  ← Intel Mac용
├──────────────────────────┤
│   Mach-O (arm64)         │  ← Apple Silicon용
└──────────────────────────┘

file myapp
# → Mach-O universal binary with 2 architectures

5. Linux/macOS의 실행 권한

Windows는 확장자 기반으로 실행 여부를 판단하지만,
Linux/macOS는 실행파일 포맷 + 실행 권한(permission) 두 가지가 모두 필요하다.

	Windows	Linux / macOS
실행 판단 기준	확장자 (`.exe`, `.bat`)	파일 권한 (`x` bit)
권한 개념	거의 없음	필수

권한 구조

-rwxr-xr-x  1 user group  12345  file
 │rwx        → 소유자 (read, write, execute)
 │   rwx     → 그룹
 │      rwx  → 기타

x (execute) 비트가 없으면 ELF든 Mach-O든 실행 자체가 안 된다.

# 권한 없을 때
./myapp
# → Permission denied

# 권한 부여 후
chmod +x myapp
./myapp  # ✅ 실행됨

6. 텍스트 파일에 실행 권한을 주면?

권한은 "실행 시도를 허락"할 뿐, 실제 실행은 커널이 파일 포맷을 해석할 수 있어야 한다.

./파일 실행
    │
    ▼
권한(x bit) 있음? ──No──→ Permission denied
    │
   Yes
    │
    ▼
첫 2바이트 확인
    ├── 0x7F 'ELF'    →  커널이 직접 ELF 로드
    ├── 0xCF 'Mach-O' →  커널이 직접 Mach-O 로드
    ├── '#!'          →  Shebang 파싱 → 인터프리터 실행
    └── 그 외          →  /bin/sh 로 넘김 (쉘 스크립트 시도)

케이스	결과
Shebang 있는 텍스트	✅ 정상 실행
Shebang 없는 텍스트	⚠️ 쉘이 명령어로 해석 시도 → 대부분 에러
포맷이 틀린 바이너리	❌ Exec format error

7. Shebang (`#!`)이란?

"Sharp(#) + Bang(!)" 의 합성어.
파일 첫 줄에 작성하며, "이 파일을 어떤 인터프리터로 실행해라" 고 OS에게 알려주는 역할이다.

#!/bin/bash
#!/usr/bin/env python3
#!/usr/bin/env node

동작 원리

./script.sh 실행
      │
      ▼
커널: "첫 줄이 #! 이네?"
      │
      ▼
/bin/bash /home/user/script.sh  ← 인터프리터에 파일을 인자로 넘겨 실행

8. `#!/usr/bin/env`를 쓰는 이유

Python3가 설치된 경로는 시스템마다 다르다.

Mac        →  /usr/local/bin/python3
Ubuntu     →  /usr/bin/python3
pyenv 환경  →  /home/user/.pyenv/bin/python3

#!/usr/bin/python3처럼 경로를 하드코딩하면 다른 환경에서 실패할 수 있다.

#!/usr/bin/env python3
# env가 PATH를 순서대로 뒤져서 python3를 찾아줌 ✅

비유하자면
#!/usr/bin/python3 = "무조건 2번 출구로 나와" (없으면 못 만남)
#!/usr/bin/env python3 = "네가 있는 가장 가까운 출구로 나와" (어디서든 만남)

정리

모든 OS는 자신만의 실행파일 포맷이 있다 (PE / ELF / Mach-O)
Linux/macOS는 포맷 + 실행 권한(chmod +x) 두 가지가 모두 필요
Shebang(#!)으로 인터프리터를 지정할 수 있으며, env를 거치면 이식성이 높아진다