Ce este un Managed Language?
Ce este un limbaj managed?
Un limbaj managed este un limbaj care, spre deosebire de limbajele unmanaged — adică acelea care execută doar logica scrisă de programator fără a interveni substanțial — rulează la nivel de runtime componente precum GC, optimizări de runtime, green threads și procesarea concurenței, scutind astfel utilizatorul de nevoia de a gestiona riscurile specifice nivelului low-level.
În cazul unor astfel de limbaje, avantajul constă în posibilitatea de a te concentra exclusiv pe business logic și de a te dedica dezvoltării; pe de altă parte, deoarece programul poate funcționa diferit față de intuiția programatorului, uneori este necesară o ajustare (tuning) sofisticată a runtime-ului.
Mai întâi, vom examina limbajul Go, care, dintre limbajele managed, este cel mai fidel filozofiei minimaliste și are un assembly onest.
Structura binară a limbajului Go
| .text | .data | .gopclntab, .typelink etc. |
|---|---|---|
| Cod mașină executabil | Date de stocat | Secțiuni de runtime ale limbajului |
Deoarece limbajul Go nu traduce codul mașină 1:1 conform input-ului utilizatorului, logica din secțiunea .text este strâns legată de secțiunile de runtime ale limbajului.
De asemenea, funcții precum runtime.printnl(), pe care utilizatorul nu le-a scris explicit, sunt adăugate în assembly-ul secțiunii .text.
Prin această inserare automată a codului, limbajul Go ajută dezvoltatorul să se elibereze de gestionarea manuală.
Examinarea funcției main în Go
Mai întâi, să scriem un cod sursă simplu, main.go, pentru a analiza funcția main pe o mașină AMD64.
1package main
2
3func sayHello(msg string) {
4 println(msg)
5}
6
7func main() {
8 sayHello("Hello World")
9}
Ulterior, compilăm astfel:
1go build main.go
Go oferă suport prin go tool pentru un debugging low-level facil.
Pentru a vizualiza în go tool doar assembly-ul corespunzător funcției main din pachetul main, introducem următoarea comandă:
1go tool objdump -s "main\.main" ./main
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)
- După compararea prin CMPQ a intrării în thread-ul curent, dacă este corectă, se sare la Entrypoint 0x468f95.
- Punctul de intrare este introdus pe stivă prin
PUSHQ BP. - Se specifică punctul de început al stivei la începutul funcției în registrul SP, unde au fost stocate cele mai recente date, fixând astfel punctul de intrare pentru referențierea variabilelor locale.
- Ulterior, se rezervă o stivă de 16 octeți pentru variabilele locale (
SUBQ $0x10, SP) și se utilizează NOPL pentru a completa octeții în vederea alinierii cache-ului CPU. - În Go Runtime, se apelează
runtime.printlock(SB)pentru a bloca output-ul buffer-ului de string-uri. - Se utilizează instrucțiunea LEAQ pentru a stoca adresa de început a string-ului alocat în AX, acumulatorul utilizat pentru stocarea datelor din cadrul registrelor de uz general.
- Apoi, lungimea string-ului, 11, este stocată în registrul BX, utilizat pentru asistență la calcul și stocarea temporară a datelor. (
MOVL $0Xb, BX) - Se afișează informațiile acumulatorului către SB prin
runtime.printstring(SB). - De asemenea, se scrie un spațiu gol către SB prin
runtime.printnl(SB). - Se eliberează buffer-ul de string-uri prin
runtime.printunlock(SB). - Se returnează memoria de stivă de 16 octeți împrumutată prin
ADDQ $0x10, SP. Deoarece punctul de intrare a fost introdus inițial pe stivă, acum se elimină prinPOPQ BPși se emite semnalul de returnare. - Ulterior, prin
runtime.morestack_noctxt.abi0(SB), conform specificului unui limbaj managed, se alocă stivă suficientă și se configurează runtime-ul, cum ar fi GC. - Se trece la adresa gestionată
main.main(SB).
După cum se observă, assembly-ul business logicii este destul de clar, având adăugată doar o gestionare minimalistă de runtime.
În absența optimizării
Forma de mai sus este rezultatul optimizării prin inlining automat a celor două funcții separate de către compilatorul Go. Totuși, în scop educativ, vom împiedica inlining-ul funcției sayHello în acest caz.
Pentru a realiza acest lucru, compilăm sursa cu următorul flag:
1 go build -gcflags="-l" main.go
Dacă vizualizăm rezultatul în shell, observăm assembly redundant.
1yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ 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 $0x10, SP
45 main.go:5 0x468f9a 5d POPQ BP
46 main.go:5 0x468f9b c3 RET
47 main.go:3 0x468f9c 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP)
48 main.go:3 0x468fa1 48895c2410 MOVQ BX, 0x10(SP)
49 main.go:3 0x468fa6 e8d5afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB)
50 main.go:3 0x468fab 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX
51 main.go:3 0x468fb0 488b5c2410 MOVQ 0x10(SP), BX
52 main.go:3 0x468fb5 eba9 JMP main.sayHello(SB)
53yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$
Așadar, s-a confirmat faptul că optimizarea realizată de compilator vizează operații redundante, loop unrolling ineficient și alte aspecte similare.
Data viitoare
În lecția următoare, vom aborda instrucțiunile if și switch în limbajul Go. Dacă timpul va permite, vom analiza ulterior și secțiunile de runtime ale limbajului Go.