매니지드 언어란 무엇인가?
By Lee Yunjin
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매니지드 언어란 무엇인가?
매니지드 언어는 언매니지드 언어, 즉 프로그래머가 짠 로직에서 크게 벗어나지 않고 수행만 하는 언어와 달리 GC, 런타임 최적화, 그린 쓰레드, 동시성 처리 등을 런타임에서 실행하여 사용자가 위험한 저수준 관리를 할 필요 없게 만들어 주는 언어이다. 이러한 언어의 경우, 비즈니스 로직에만 집중하여 개발에 몰입할 수 있다는 장점이 있지만, 반면 프로그래머의 직관과 실제 프로그램이 다르게 동작할 수 있어서 정교한 런타임 튜닝이 필요할 때도 있다. 먼저, 매니지드 언어 중에 가장 미니멀리스트 철학에 충실하고 어셈블리가 정직한 Go 언어를 보도록 하겠다.
Go 언어의 바이너리 구조
| .text | .data | .gopclntab, .typelink 등 |
|---|---|---|
| 실행될 기계어 코드 | 저장될 데이터 | 언어 런타임 섹션 |
| Go 언어는 사용자가 입력한 대로 1:1로 기계어 번역하지 않기 때문에, .text 섹션의 로직은 언어 런타임 섹션과도 긴밀하게 연관되어 있다. | ||
| 또한, 사용자가 따로 작성하지 않은 runtime.printnl() 같은 함수들이 .text 섹션 어셈블리에 추가된다. | ||
| 이러한 자동적인 코드 삽입을 통해 Go 언어는 수동 관리로부터 개발자를 벗어나게 돕는다. |
Go에서 main 함수 부분만 보기
우선, 간단한 예시 소스 main.go를 작성해서 main부터 AMD64 머신에서 보도록 하자.
1package main
2
3func sayHello(msg string) {
4 println(msg)
5}
6
7func main() {
8 sayHello("Hello World")
9}
10
이후 이렇게 빌드한다.
1go build main.go
2
Go는 쉬운 저수준 디버깅을 위해 go tool을 지원한다. go tool에서 메인 패키지에서 메인 함수만큼의 어셈블리만 보기 위해서 이 구문을 입력한다.
1go tool objdump -s "main\.main" ./main
2
어셈블리
1TEXT main.main(SB) /home/yjlee/compare-assembly/go/main.go
2 main.go:7 0x468f60 493b6610 CMPQ SP, 0x10(R14)
3 main.go:7 0x468f64 762f JBE 0x468f95
4 main.go:7 0x468f66 55 PUSHQ BP
5 main.go:7 0x468f67 4889e5 MOVQ SP, BP
6 main.go:7 0x468f6a 4883ec10 SUBQ $0x10, SP
7 main.go:8 0x468f6e 90 NOPL
8 main.go:4 0x468f6f e8cca3fcff CALL runtime.printlock(SB)
9 main.go:4 0x468f74 488d05da290100 LEAQ 0x129da(IP), AX
10 main.go:4 0x468f7b bb0b000000 MOVL $0xb, BX
11 main.go:4 0x468f80 e83bacfcff CALL runtime.printstring(SB)
12 main.go:4 0x468f85 e8f6a5fcff CALL runtime.printnl(SB)
13 main.go:4 0x468f8a e811a4fcff CALL runtime.printunlock(SB)
14 main.go:9 0x468f8f 4883c410 ADDQ $0x10, SP
15 main.go:9 0x468f93 5d POPQ BP
16 main.go:9 0x468f94 c3 RET
17 main.go:7 0x468f95 e8e6afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)
18 main.go:7 0x468f9a ebc4 JMP main.main(SB)
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- 현재 고루틴 스택 프레임 공간이 충분한지 고루틴 제어 블록 레지스터(R14) 내부의 스택 가드 값과 현재 스택 포인터(SP)를 CMPQ로 비교한 후, 부족하다면 스택 확장을 위한 Entrypoint인 0x468f95 주소로 점프(JBE)한다.
- 이전 베이스 포인터를 저장하기 위해 PUSHQ BP로 스택에 삽입한다.
- 베이스 포인터(BP) 레지스터에 현재 스택 포인터(SP)를 복사하여 함수 시작 시의 스택 기준점을 고정한다.
- 이후 16바이트만큼의 로컬 변수 스택 공간을 할당하고 (SUBQ $0x10, SP), NOPL을 이용해 가상 명령어를 채워 CPU 캐시 정렬을 수행한다.
- Go 런타임에서 내부 문자열 표준 출력의 동기화를 위해 runtime.printlock(SB)를 호출하여 락을 건다.
- LEAQ 명령을 이용해 상수로 할당된 문자열("Hello World")의 시작 주소를 범용 레지스터 중 Go ABI 규격에 따라 첫 번째 매개변수로 쓰이는 AX에 저장한다.
- 이후 문자열 길이를 나타내는 값을 두 번째 매개변수 레지스터인 BX에 저장한다. (MOVL $0xb, BX, 즉 10진수로 11)
- runtime.printstring(SB)를 호출하여 전달된 AX(데이터 주소)와 BX(길이) 정보를 기반으로 콘솔에 출력한다.
- 줄바꿈 처리를 위해 runtime.printnl(SB)를 호출한다.
- 출력이 완료되었으므로 runtime.printunlock(SB)를 통해 락을 해제한다.
- ADDQ $0x10, SP로 할당했던 16바이트 스택 메모리를 복구한다.
- POPQ BP로 기존의 베이스 포인터를 복원한다.
- RET를 통해 함수를 호출한 지점으로 제어권을 반환한다.
- 만약 최초 스택 검사에서 공간이 부족했다면 0x468f95 주소의 runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)를 호출하여 매니지드 언어답게 스택 런타임을 동적으로 확장한다.
- 스택 확장이 완료되면 다시 main.main(SB)의 진입점으로 복귀(JMP)한다. 보기와 같이 비즈니스 로직의 어셈블리는 꽤 명확하고, 얇은 런타임 관리만 덧붙여진 형태이다.
최적화가 없을 때
위의 형태는 Go 컴파일러에서 따로 떨어져 있는 두 함수를 자동으로 인라이닝해 최적화한 결과이다. 그러나, 우리는 학습을 위해 이 경우에는 sayHello를 인라이닝하지 않게 할 것입니다. 이렇게 하기 위해 다음 플래그로 소스를 컴파일한다.
1go build -gcflags="-l" main.go
2
쉘에서 결과를 찍어보면 중복되는 어셈블리가 발견된다.
1yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ go build -gcflags="-l" main.go
2
3go tool objdump -s "main\.sayHello" ./main
4TEXT main.sayHello(SB) /home/yjlee/compare-assembly/go/main.go
5 main.go:3 0x468f60 493b6610 CMPQ SP, 0x10(R14)
6 main.go:3 0x468f64 7636 JBE 0x468f9c
7 main.go:3 0x468f66 55 PUSHQ BP
8 main.go:3 0x468f67 4889e5 MOVQ SP, BP
9 main.go:3 0x468f6a 4883ec10 SUBQ $0x10, SP
10 main.go:5 0x468f6e 4889442420 MOVQ AX, 0x20(SP)
11 main.go:5 0x468f73 48895c2428 MOVQ BX, 0x28(SP)
12 main.go:4 0x468f78 e8c3a3fcff CALL runtime.printlock(SB)
13 main.go:4 0x468f7d 488b442420 MOVQ 0x20(SP), AX
14 main.go:4 0x468f82 488b5c2428 MOVQ 0x28(SP), BX
15 main.go:4 0x468f87 e834acfcff CALL runtime.printstring(SB)
16 main.go:4 0x468f8c e8efa5fcff CALL runtime.printnl(SB)
17 main.go:4 0x468f91 e80aa4fcff CALL runtime.printunlock(SB)
18 main.go:5 0x468f96 4883c410 ADDQ $0x10, SP
19 main.go:5 0x468f9a 5d POPQ BP
20 main.go:5 0x468f9b c3 RET
21 main.go:3 0x468f9c 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP)
22 main.go:3 0x468fa1 48895c2410 MOVQ BX, 0x10(SP)
23 main.go:3 0x468fa6 e8d5afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)
24 main.go:3 0x468fab 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
25 main.go:3 0x468fb0 488b5c2410 MOVQ 0x10(SP), BX
26 main.go:3 0x468fb5 eba9 JMP main.sayHello(SB)
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인라이닝을 해제하면, 함수 호출 규격에 맞춰 매개변수(AX, BX)를 보존하기 위해 스택 포인터 오프셋인 0x20(SP) 등에 값을 다시 적재하는 MOVQ 연산들이 삽입된다. 즉 컴파일러가 최적화하는 것은 이러한 불필요한 메모리 이동 연산 및 호출 오버헤드의 대상임이 확인되었다.
다음 시간
다음 시간에는 Go 언어에서의 if문, switch 문을 다루도록 하겠다. 추후 시간이 난다면 Go 런타임 섹션들도 분석할 예정이다.