Čo je to managed language?
Čo je to managed jazyk?
Managed jazyk je v protiklade k unmanaged jazyku – teda jazyku, ktorý len vykonáva logiku naprogramovanú programátorom bez výrazných odchýlok – taký jazyk, ktorý počas behu (runtime) zabezpečuje GC, optimalizáciu runtime, green threads, spracovanie súbežnosti a iné procesy, čím zbavuje používateľa potreby vykonávať rizikovú správu na nízkej úrovni. V prípade takýchto jazykov existuje výhoda, že sa vývojár môže plne sústrediť na business logic a naplno sa ponoriť do vývoja, no na druhej strane môže program fungovať inak, než by napovedala intuícia programátora, čo niekedy vyžaduje precízne runtime tuning. Najprv sa pozrieme na jazyk Go, ktorý je spomedzi managed jazykov najvernejší minimalistickej filozofii a ktorého assembly je priamočiare.
Binárna štruktúra jazyka Go
| .text | .data | .gopclntab, .typelink atď. |
|---|---|---|
| Strojový kód na vykonanie | Dáta na uloženie | Sekcie runtime jazyka |
| Keďže jazyk Go neprekladá kód do strojového kódu v pomere 1:1 podľa vstupu používateľa, logika v sekcii .text je úzko spätá so sekciami runtime jazyka. | ||
| Okrem toho sa do assembly v sekcii .text pridávajú funkcie, ktoré používateľ explicitne nenapísal, ako napríklad runtime.printnl(). | ||
| Prostredníctvom tohto automatického vkladania kódu pomáha jazyk Go vývojárom oslobodiť sa od manuálnej správy. |
Pohľad len na funkciu main v Go
Najprv napíšeme jednoduchý príklad zdrojového kódu main.go a pozrieme sa naň od funkcie main na stroji s architektúrou AMD64.
1package main
2
3func sayHello(msg string) {
4 println(msg)
5}
6
7func main() {
8 sayHello("Hello World")
9}
10
Následne ho zostavíme (build) takto:
1go build main.go
2
Go podporuje go tool pre jednoduché ladenie na nízkej úrovni. Aby sme v rámci go tool videli z hlavného balíka len assembly zodpovedajúcu funkcii main, zadáme tento príkaz:
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
- Pomocou príkazu CMPQ sa porovná hodnota stack guard v registri riadiaceho bloku gorutiny (R14) s aktuálnym ukazovateľom zásobníka (SP), aby sa zistilo, či je priestor v rámčeku zásobníka gorutiny dostatočný; ak nie je, program skočí (JBE) na adresu 0x468f95, čo je vstupný bod pre rozšírenie zásobníka.
- Predchádzajúci base pointer sa uloží na zásobník pomocou PUSHQ BP.
- Do registra base pointer (BP) sa skopíruje aktuálny ukazovateľ zásobníka (SP), čím sa zafixuje referenčný bod zásobníka na začiatku funkcie.
- Následne sa alokuje 16 bajtov priestoru na zásobníku pre lokálne premenné (SUBQ $0x10, SP) a pomocou NOPL sa vykoná zarovnanie CPU cache vyplnením virtuálnymi inštrukciami.
- Runtime jazyka Go zavolá runtime.printlock(SB) na uzamknutie synchronizácie štandardného výstupu vnútorného reťazca.
- Pomocou inštrukcie LEAQ sa začiatočná adresa reťazca alokovaného ako konštanta ("Hello World") uloží do registra AX, ktorý sa podľa špecifikácie Go ABI používa ako prvý parameter spomedzi všeobecných registrov.
- Následne sa hodnota dĺžky reťazca uloží do druhého parametrického registra BX. (MOVL $0xb, BX, teda 11 v desiatkovej sústave)
- Zavolá sa runtime.printstring(SB), ktorý na základe informácií v AX (adresa dát) a BX (dĺžka) vypíše reťazec na konzolu.
- Pre spracovanie zalomenia riadku sa zavolá runtime.printnl(SB).
- Po dokončení výpisu sa zámok uvoľní pomocou runtime.printunlock(SB).
- Pomocou ADDQ $0x10, SP sa obnoví 16 bajtov pamäte zásobníka, ktoré boli predtým alokované.
- Pomocou POPQ BP sa obnoví pôvodný base pointer.
- Pomocou RET sa riadenie vráti na miesto, odkiaľ bola funkcia zavolaná.
- Ak pri úvodnej kontrole zásobníka nebol k dispozícii dostatočný priestor, zavolá sa runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) na adrese 0x468f95, čím sa, ako sa na managed jazyk patrí, dynamicky rozšíri runtime zásobníka.
- Po dokončení rozšírenia zásobníka sa program vráti (JMP) na vstupný bod main.main(SB). Ako vidno, assembly business logiky je pomerne jasná a doplnená len o ľahkú správu runtime.
Bez optimalizácie
Vyššie uvedená podoba je výsledkom automatického inlining optimalizácie dvoch funkcií, ktoré sú v zdrojovom kóde Go kompilátora oddelené. Pre účely učenia však v tomto prípade zakážeme inlining funkcie sayHello. Aby sme to dosiahli, skompilujeme zdrojový kód s nasledujúcim príznakom:
1go build -gcflags="-l" main.go
2
Ak si výsledok zobrazíme v shelle, objavíme duplicitnú assembly.
1yjlee@elegant:~/compare-assembly/go$ 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
Pri vypnutí inliningu sa vložia operácie MOVQ, ktoré opätovne načítajú hodnoty na offset zásobníka 0x20(SP) atď., aby sa v súlade so špecifikáciou volania funkcií zachovali parametre (AX, BX). Inými slovami, potvrdilo sa, že to, čo kompilátor optimalizuje, sú práve tieto zbytočné operácie presunu v pamäti a režijné náklady na volania.
Nabudúce
Nabudúce sa budeme venovať podmienkam if a switch v jazyku Go. Ak bude v budúcnosti čas, plánujem analyzovať aj sekcie runtime jazyka Go.