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 실행하여서 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 Go언어를 보도록 하겠다.
Go 언어의 바이너리 구조
| .text | .data | .gopclntab, .typelink 등 |
|---|---|---|
| 실행될 기계어 코드 | 저장될 데이터 | 언어 런타임 섹션 |
Go언어는 사용자가 입력한대로 1:1로 기계어 번역하지 않기 때문에, .text 섹션의 로직은 언어 런타임 섹션과도 긴밀하게 연관되어 있다.
또한, 사용자가 따로 작성하지 않은 rumtime.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}
이후 이렇게 빌드한다.
1go build main.go
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
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)
- 현재 쓰레드에 진입한지 CMPQ로 비교한 후, 맞다면 Entrypoint 0x468f95로 점프한다.
- 진입점을
PUSHQ BP로 스택에 삽입한다. - 가장 최근에 데이터가 적재된 레지스터 SP에 함수 시작 시 스택 시작 지점을 지정하여 지역 변수 참조 시의 진입점을 고정한다.
- 이후 16바이트만큼의 로컬 변수 스택을 예약하고 (
SUBQ $0x10, SP), NOPL을 이용해서 여러 바이트를 채워 CPU 캐시 정렬을 한다. - Go Runtime에서 스트링 버퍼의 출력 락을
runtime.printlock(SB)를 호출하여 건다. - LEAQ 명령을 이용해서 할당한 문자열의 시작 주소를 범용 레지스터 중 데이터 저장에 쓰는 누산기 주소인 AX에 저장한다.
- 이후 연산 보조 및 임시 데이터 저장에 쓰는 BX 레지스터에 문자열 길이 11을 저장한다. (
MOVL $0Xb, BX) - runtime.printstring(SB)로 SB 쪽으로 누산기 정보를 출력한다.
- 한 줄 공백도 rumtime.printnl(SB)로 SB쪽으로 쓴다.
- 스트링 버퍼를 runtime.printunlock(SB)로 해제한다.
- ADDQ $0x10, SP로 빌린 16바이트 스택 메모리를 돌려준다. - 처음에 진입점을 스택에 넣어 알려 줬으니 이제 POPQ BP로 스택에서 진입점을 뺀 후 반환 시그널을 준다.
- 이후 runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)로 매니지드 언어답게 충분한 스택을 할당, GC 등의 런타임을 셋업한다.
- 관리된 main.main(SB) 주소로 이동한다.
보기와 같이 비즈니스 로직의 어셈블리는 꽤 명확하고, 얇은 런타임 관리만 덧붙여진 형태이다.
최적화가 없을 때
위의 형태는 Go 컴파일러에서 따로 떨어져 있는 두 함수를 자동으로 인라이닝해 최적화한 결과이다. 그러나, 우리는 학습을 위해 이 경우에는 sayHello를 인라이닝하지 않게 할 것입니다.
이렇게 하기 위해 다음 플래그로 소스를 컴파일한다.
1 go build -gcflags="-l" main.go
쉘에서 결과를 찍어보면 중복되는 어셈블리가 발견된다.
1yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ 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 $0x10, SP
19 main.go:5 0x468f9a 5d POPQ BP
20 main.go:5 0x468f9b c3 RET
21 main.go:3 0x468f9c 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP)
22 main.go:3 0x468fa1 48895c2410 MOVQ BX, 0x10(SP)
23 main.go:3 0x468fa6 e8d5afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)
24 main.go:3 0x468fab 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
25 main.go:3 0x468fb0 488b5c2410 MOVQ 0x10(SP), BX
26 main.go:3 0x468fb5 eba9 JMP main.sayHello(SB)
27yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ go tool objdump -s "main\.sayHello" ./main
28TEXT main.sayHello(SB) /home/yjlee/compare-assembly/go/main.go
29 main.go:3 0x468f60 493b6610 CMPQ SP, 0x10(R14)
30 main.go:3 0x468f64 7636 JBE 0x468f9c
31 main.go:3 0x468f66 55 PUSHQ BP
32 main.go:3 0x468f67 4889e5 MOVQ SP, BP
33 main.go:3 0x468f6a 4883ec10 SUBQ $0x10, SP
34 main.go:5 0x468f6e 4889442420 MOVQ AX, 0x20(SP)
35 main.go:5 0x468f73 48895c2428 MOVQ BX, 0x28(SP)
36 main.go:4 0x468f78 e8c3a3fcff CALL runtime.printlock(SB)
37 main.go:4 0x468f7d 488b442420 MOVQ 0x20(SP), AX
38 main.go:4 0x468f82 488b5c2428 MOVQ 0x28(SP), BX
39OVQ 0x20(SP), AX
40 main.go:4 0x468f82 488b5c2428 MOVQ 0x28(SP), BX
41 main.go:4 0x468f87 e834acfcff CALL runtime.printstring(SB)
42 main.go:4 0x468f8c e8efa5fcff CALL runtime.printnl(SB)
43 main.go:4 0x468f91 e80aa4fcff CALL runtime.printunlock(SB)
44 main.go:5 0x468f96 4883c410 ADDQ $0x10, SP
45 main.go:5 0x468f9a 5d POPQ BP
46 main.go:5 0x468f9b c3 RET
47 main.go:3 0x468f9c 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP)
48 main.go:3 0x468fa1 48895c2410 MOVQ BX, 0x10(SP)
49 main.go:3 0x468fa6 e8d5afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)
50 main.go:3 0x468fab 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
51 main.go:3 0x468fb0 488b5c2410 MOVQ 0x10(SP), BX
52 main.go:3 0x468fb5 eba9 JMP main.sayHello(SB)
53yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$
즉 컴파일러가 최적화하는 것은 이러한 중복 연산, 비효율적인 루프 언롤링 등의 대상임이 확인되었다.
다음 시간
다음 시간에는 Go 언어에서의 if문, switch 문을 다루도록 하겠다. 추후 시간이 난다면 Go 런타임 섹션들도 분석할 예정이다.