--- id: 191ebec04cf97317ba418a120521d30b author: Lee Yunjin title: Анализ структуры времени выполнения управляемых языков и ассемблерного кода AMD64 в бинарных файлах Go description: Сравнивается модель выполнения управляемых (managed) и неуправляемых (unmanaged) языков, а также с помощью AMD64-ассемблера, извлечённого командой go tool objdump, анализируются проверка стека и структура вызовов функций среды выполнения в бинарных файлах Go. language: ru date: 2026-05-17T12:00:00Z path: /blog/posts/managed-languages-intro-656b7470 category: lowlevel --- ## Что такое управляемый язык? Управляемый язык (managed language) — это язык, который, в отличие от неуправляемого языка, то есть языка, выполняющего логику, написанную программистом, практически без отклонений, берёт на себя выполнение сборки мусора (GC), runtime-оптимизаций, зелёных потоков, обработку конкурентности и других задач на уровне среды выполнения, благодаря чему пользователю не требуется выполнять опасное низкоуровневое управление ресурсами. Для таких языков характерно преимущество, заключающееся в том, что разработчик может сосредоточиться исключительно на бизнес-логике и полностью погрузиться в разработку; вместе с тем интуиция программиста может расходиться с фактическим поведением программы, поэтому иногда требуется тонкая настройка runtime. Прежде всего рассмотрим Go, наиболее близкий к минималистской философии среди управляемых языков и язык с прозрачным ассемблерным кодом. ### Структура бинарного файла Go | .text | .data | .gopclntab, .typelink и др. | | -------------------- | ------------------ | --------------------------- | | Машинный код для исполнения | Данные для хранения | Секции языкового runtime | Поскольку Go не выполняет прямую поэлементную трансляцию в машинный код в том виде, в котором пользователь его написал, логика секции .text тесно связана с секцией языкового runtime. Кроме того, в ассемблерный код секции .text добавляются функции, которые пользователь не писал, например runtime.printnl(). Благодаря такому автоматическому внедрению кода Go помогает освободить разработчика от ручного управления памятью. ### Рассмотрение только функции main в Go Сначала создадим простой пример исходного файла main.go и посмотрим на функцию main **на машине AMD64**. ```go package main func sayHello(msg string) { println(msg) } func main() { sayHello("Hello World") } ``` Затем выполним сборку: ```bash go build main.go ``` Для удобной низкоуровневой отладки Go предоставляет go tool. Чтобы вывести только ассемблерный код функции main пакета main, введём следующую команду: ```bash go tool objdump -s "main\.main" ./main ``` ### Ассемблер ```go TEXT main.main(SB) /home/yjlee/compare-assembly/go/main.go main.go:7 0x468f60 493b6610 CMPQ SP, 0x10(R14) main.go:7 0x468f64 762f JBE 0x468f95 main.go:7 0x468f66 55 PUSHQ BP main.go:7 0x468f67 4889e5 MOVQ SP, BP main.go:7 0x468f6a 4883ec10 SUBQ $0x10, SP main.go:8 0x468f6e 90 NOPL main.go:4 0x468f6f e8cca3fcff CALL runtime.printlock(SB) main.go:4 0x468f74 488d05da290100 LEAQ 0x129da(IP), AX main.go:4 0x468f7b bb0b000000 MOVL $0xb, BX main.go:4 0x468f80 e83bacfcff CALL runtime.printstring(SB) main.go:4 0x468f85 e8f6a5fcff CALL runtime.printnl(SB) main.go:4 0x468f8a e811a4fcff CALL runtime.printunlock(SB) main.go:9 0x468f8f 4883c410 ADDQ $0x10, SP main.go:9 0x468f93 5d POPQ BP main.go:9 0x468f94 c3 RET main.go:7 0x468f95 e8e6afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) main.go:7 0x468f9a ebc4 JMP main.main(SB) ``` - Сравнивается значение защиты стека во внутреннем управляющем блоке горутины (регистр R14) с текущим указателем стека (SP) с помощью CMPQ; если места для кадра стека недостаточно, выполняется переход (JBE) на точку входа 0x468f95 для расширения стека. - Для сохранения предыдущего указателя базы выполняется PUSHQ BP, помещающий его в стек. - Текущий указатель стека (SP) копируется в регистр базы (BP), фиксируя базовую точку стека на момент начала функции. - Затем выделяется 16 байт локального пространства стека (SUBQ $0x10, SP), а с помощью NOPL заполняются пустые инструкции для выравнивания по кэш-линии процессора. - Для синхронизации стандартного вывода строк во внутреннем runtime Go вызывается runtime.printlock(SB), который устанавливает блокировку. - Инструкцией LEAQ адрес начала строковой константы ("Hello World") помещается в регистр AX, который согласно соглашению Go ABI используется как первый параметр. - Затем длина строки помещается в регистр BX, являющийся вторым параметром (MOVL $0xb, BX, то есть 11 в десятичной системе). - Вызывается runtime.printstring(SB), который на основе переданных AX (адрес данных) и BX (длина) выводит строку в консоль. - Для перевода строки вызывается runtime.printnl(SB). - Поскольку вывод завершён, блокировка снимается вызовом runtime.printunlock(SB). - Инструкцией ADDQ $0x10, SP восстанавливается 16-байтная область стека, выделенная ранее. - Инструкцией POPQ BP восстанавливается прежний указатель базы. - Инструкция RET возвращает управление в точку вызова функции. - Если при первоначальной проверке стека места оказалось недостаточно, вызывается runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) по адресу 0x468f95, который динамически расширяет стек, как и подобает управляемому языку. - После расширения стека выполняется возврат (JMP) к точке входа main.main(SB). Как видно, ассемблерный код бизнес-логики достаточно понятен и дополнен лишь тонким слоем управления runtime. ### Случай без оптимизаций Приведённая выше картина является результатом того, что компилятор Go автоматически встроил (инлайнинг) две отдельные функции и оптимизировал их. Однако для учебных целей мы запретим инлайнинг функции sayHello. Для этого скомпилируем исходный код со следующим флагом: ```bash go build -gcflags="-l" main.go ``` Если вывести результат в терминале, будет видно повторяющийся ассемблерный код. ```bash yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ go build -gcflags="-l" main.go go tool objdump -s "main\.sayHello" ./main TEXT main.sayHello(SB) /home/yjlee/compare-assembly/go/main.go main.go:3 0x468f60 493b6610 CMPQ SP, 0x10(R14) main.go:3 0x468f64 7636 JBE 0x468f9c main.go:3 0x468f66 55 PUSHQ BP main.go:3 0x468f67 4889e5 MOVQ SP, BP main.go:3 0x468f6a 4883ec10 SUBQ $0x10, SP main.go:5 0x468f6e 4889442420 MOVQ AX, 0x20(SP) main.go:5 0x468f73 48895c2428 MOVQ BX, 0x28(SP) main.go:4 0x468f78 e8c3a3fcff CALL runtime.printlock(SB) main.go:4 0x468f7d 488b442420 MOVQ 0x20(SP), AX main.go:4 0x468f82 488b5c2428 MOVQ 0x28(SP), BX main.go:4 0x468f87 e834acfcff CALL runtime.printstring(SB) main.go:4 0x468f8c e8efa5fcff CALL runtime.printnl(SB) main.go:4 0x468f91 e80aa4fcff CALL runtime.printunlock(SB) main.go:5 0x468f96 4883c410 ADDQ $0x10, SP main.go:5 0x468f9a 5d POPQ BP main.go:5 0x468f9b c3 RET main.go:3 0x468f9c 4889442408 MOVQ AX, 0x8(SP) main.go:3 0x468fa1 48895c2410 MOVQ BX, 0x10(SP) main.go:3 0x468fa6 e8d5afffff CALL runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) main.go:3 0x468fab 488b442408 MOVQ 0x8(SP), AX main.go:3 0x468fb0 488b5c2410 MOVQ 0x10(SP), BX main.go:3 0x468fb5 eba9 JMP main.sayHello(SB) ``` При отключении инлайнинга в соответствии с соглашением о вызовах в стек добавляются инструкции MOVQ, которые заново сохраняют параметры (AX, BX) по смещениям указателя стека, например 0x20(SP). Таким образом, установлено, что объектом оптимизации компилятора являются именно такие лишние операции перемещения данных в памяти и накладные расходы на вызов функций. ### Следующая часть В следующей части мы рассмотрим операторы if и switch в Go. Если появится время, планируем также разобрать секции runtime Go.