Wat is een managed language?
Wat is een managed language?
Een managed language is, in tegenstelling tot een unmanaged language — waarbij de uitvoering nauw aansluit bij de door de programmeur geschreven logica — een taal die tijdens runtime processen zoals GC, runtime-optimalisatie, green threads en concurrency-afhandeling uitvoert, waardoor het voor de gebruiker niet langer noodzakelijk is om risicovol beheer op laag niveau uit te voeren. Dergelijke talen bieden het voordeel dat de ontwikkelaar zich volledig kan concentreren op de bedrijfslogica, maar ze hebben als keerzijde dat de daadwerkelijke werking van het programma kan afwijken van de intuïtie van de programmeur, wat soms verfijnde runtime-tuning vereist. We zullen eerst kijken naar de Go-taal, die van alle managed languages het meest trouw is aan de minimalistische filosofie en de meest transparante assembly genereert.
De binaire structuur van de Go-taal
| .text | .data | .gopclntab, .typelink enz. |
|---|---|---|
| Uit te voeren machinecode | Op te slaan gegevens | Runtime-secties van de taal |
| Omdat de Go-taal machinecode niet 1-op-1 vertaalt zoals door de gebruiker ingevoerd, is de logica in de .text-sectie nauw verbonden met de runtime-secties van de taal. | ||
| Daarnaast worden functies zoals runtime.printnl(), die niet expliciet door de gebruiker zijn geschreven, toegevoegd aan de .text-sectie assembly. | ||
| Door deze automatische code-injectie helpt de Go-taal ontwikkelaars om te ontsnappen aan handmatig beheer. |
De main-functie in Go bekijken
Laten we eerst een eenvoudig voorbeeldprogramma main.go schrijven en dit vanaf main bekijken op een AMD64-machine.
1package main
2
3func sayHello(msg string) {
4 println(msg)
5}
6
7func main() {
8 sayHello("Hello World")
9}
10
Vervolgens bouwen we dit als volgt.
1go build main.go
2
Go ondersteunt go tool voor eenvoudige low-level debugging. Om in de go tool alleen de assembly van de main-functie in het main-pakket te zien, voeren we de volgende opdracht in.
1go tool objdump -s "main\.main" ./main
2
Assembly
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)
19
- De huidige stackruimte van de goroutine wordt gecontroleerd door de stack guard-waarde in het goroutine control block register (R14) te vergelijken met de huidige stack pointer (SP) via CMPQ; indien ontoereikend, wordt er gesprongen (JBE) naar het entrypoint voor stack-uitbreiding op adres 0x468f95.
- De vorige base pointer wordt op de stack opgeslagen via PUSHQ BP.
- De huidige stack pointer (SP) wordt gekopieerd naar het base pointer (BP) register om het referentiepunt van de stack aan het begin van de functie vast te leggen.
- Vervolgens wordt 16 bytes aan stackruimte voor lokale variabelen toegewezen (SUBQ $0x10, SP) en wordt NOPL gebruikt om virtuele instructies in te vullen voor CPU-cache-uitlijning.
- In de Go-runtime wordt runtime.printlock(SB) aangeroepen om de standaarduitvoer van de interne string te synchroniseren door een lock te plaatsen.
- Met het LEAQ-commando wordt het startadres van de als constante toegewezen string ("Hello World") opgeslagen in AX, het general-purpose register dat volgens de Go ABI-specificatie als eerste parameter dient.
- Daarna wordt de waarde die de lengte van de string vertegenwoordigt, opgeslagen in het tweede parameterregister BX (MOVL $0xb, BX, oftewel 11 in decimaal).
- runtime.printstring(SB) wordt aangeroepen om op basis van de doorgegeven informatie in AX (data-adres) en BX (lengte) naar de console te printen.
- runtime.printnl(SB) wordt aangeroepen voor de afhandeling van de regeleinde.
- Nadat het printen is voltooid, wordt de lock vrijgegeven via runtime.printunlock(SB).
- De eerder toegewezen 16 bytes aan stackgeheugen worden hersteld met ADDQ $0x10, SP.
- De oorspronkelijke base pointer wordt hersteld met POPQ BP.
- De controle wordt via RET teruggegeven aan de aanroepende functie.
- Indien er bij de initiële stackcontrole onvoldoende ruimte was, wordt runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) op adres 0x468f95 aangeroepen om, zoals het een managed language betaamt, de stack-runtime dynamisch uit te breiden.
- Zodra de stack-uitbreiding is voltooid, wordt er teruggekeerd (JMP) naar het entrypoint van main.main(SB). Zoals te zien is, is de assembly van de bedrijfslogica vrij helder en is er slechts een dunne laag runtime-beheer aan toegevoegd.
Bij afwezigheid van optimalisatie
De bovenstaande vorm is het resultaat van de Go-compiler die twee afzonderlijke functies automatisch heeft geoptimaliseerd door middel van inlining. Voor educatieve doeleinden zullen we in dit geval echter voorkomen dat sayHello wordt ge-inline. Hiervoor compileren we de broncode met de volgende vlag.
1go build -gcflags="-l" main.go
2
Wanneer we de resultaten in de shell bekijken, zien we redundante assembly.
1yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ 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)
27
Wanneer inlining wordt uitgeschakeld, worden MOVQ-operaties ingevoegd om de waarden opnieuw te laden op stack pointer-offsets zoals 0x20(SP), om zo de parameters (AX, BX) te behouden volgens de functie-aanroepconventie. Dit bevestigt dat de compiler optimalisaties uitvoert die gericht zijn op het elimineren van dergelijke onnodige geheugenverplaatsingsoperaties en aanroep-overhead.
Volgende keer
In de volgende sessie zullen we de if- en switch-statements in de Go-taal behandelen. Mocht de tijd het toelaten, dan zullen we in de toekomst ook de runtime-secties van Go analyseren.