Managed language nedir?

Managed Language nedir?

Managed language; programcının yazdığı mantığın dışına büyük ölçüde çıkmadan sadece icra eden unmanaged language'in aksine, GC, runtime optimization, green thread, concurrency handling gibi süreçleri runtime'da çalıştırarak kullanıcının riskli low-level yönetimler yapma ihtiyacını ortadan kaldıran dildir. Bu tür dillerde, yalnızca business logic'e odaklanarak geliştirmeye yoğunlaşabilme avantajı bulunsa da, diğer taraftan programcının sezgileri ile programın gerçekte çalışma şekli farklı olabileceğinden, bazen hassas runtime tuning gerekebilir. Öncelikle, managed language'ler arasında minimalist felsefeye en sadık kalan ve assembly'si oldukça dürüst olan Go dilini inceleyeceğiz.

Go dilinin binary yapısı

Go'da sadece main fonksiyonu bölümünü incelemek

Öncelikle, basit bir örnek kaynak kod olan main.go dosyasını oluşturalım ve main fonksiyonundan itibaren AMD64 makinesinde inceleyelim.

 1package main
 2
 3func sayHello(msg string) {
 4    println(msg)
 5}
 6
 7func main() {
 8    sayHello("Hello World")
 9}
10

Daha sonra şu şekilde build ediyoruz.

1go build main.go
2

Go, kolay low-level debugging için go tool desteği sağlar. go tool içerisinde main paketi içindeki main fonksiyonuna ait assembly'yi görmek için şu komutu giriyoruz.

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

• Mevcut goroutine stack frame alanının yeterli olup olmadığını, goroutine kontrol bloğu register'ı (R14) içindeki stack guard değeri ile mevcut stack pointer'ı (SP) CMPQ ile karşılaştırdıktan sonra, yetersiz ise stack genişletme için Entrypoint olan 0x468f95 adresine atlar (JBE).
• Önceki base pointer'ı saklamak için PUSHQ BP ile stack'e ekler.
• Base pointer (BP) register'ına mevcut stack pointer'ı (SP) kopyalayarak fonksiyon başlangıcındaki stack referans noktasını sabitler.
• Ardından 16 byte'lık yerel değişken stack alanı ayırır (SUBQ $0x10, SP) ve NOPL kullanarak sanal komutlarla CPU cache alignment işlemini gerçekleştirir.
• Go runtime'ında dahili string standart çıktı senkronizasyonu için runtime.printlock(SB) çağrılarak kilitlenir.
• LEAQ komutu kullanılarak sabit olarak atanan string'in ("Hello World") başlangıç adresi, Go ABI standartlarına göre ilk parametre olarak kullanılan genel amaçlı register AX'e kaydedilir.
• Daha sonra string uzunluğunu belirten değer, ikinci parametre register'ı olan BX'e kaydedilir. (MOVL $0xb, BX, yani onluk tabanda 11)
• runtime.printstring(SB) çağrılarak, iletilen AX (veri adresi) ve BX (uzunluk) bilgileri temel alınarak konsola çıktı verilir.
• Satır başı işlemi için runtime.printnl(SB) çağrılır.
• Çıktı tamamlandığı için runtime.printunlock(SB) ile kilit açılır.
• ADDQ $0x10, SP ile ayrılan 16 byte'lık stack belleği geri alınır.
• POPQ BP ile mevcut base pointer geri yüklenir.
• RET ile fonksiyonun çağrıldığı noktaya kontrol geri döndürülür.
• Eğer ilk stack kontrolünde alan yetersiz kaldıysa, 0x468f95 adresindeki runtime.morestack_noctxt.abi0(SB) çağrılarak managed language'e yakışır şekilde stack runtime dinamik olarak genişletilir.
• Stack genişletme tamamlandığında tekrar main.main(SB) giriş noktasına dönülür (JMP). Görüldüğü üzere, business logic'in assembly'si oldukça nettir ve sadece hafif bir runtime yönetimi eklenmiş haldedir.

Optimizasyon olmadığında

Yukarıdaki biçim, Go derleyicisinin birbirinden ayrı olan iki fonksiyonu otomatik olarak inlining ile optimize etmesinin sonucudur. Ancak öğrenme amacıyla bu durumda sayHello fonksiyonunun inlining işlemine tabi tutulmamasını sağlayacağız. Bunu yapmak için kaynağı şu bayrakla derliyoruz:

1go build -gcflags="-l" main.go
2

Shell üzerinde sonuçları görüntülediğimizde tekrarlayan assembly kodları görülür.

 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

Inlining devre dışı bırakıldığında, fonksiyon çağırma standardına uygun olarak parametreleri (AX, BX) korumak için stack pointer offset'i olan 0x20(SP) gibi alanlara değerleri tekrar yükleyen MOVQ işlemleri eklenir. Özetle, derleyicinin optimize ettiği şeyin bu tür gereksiz bellek taşıma işlemleri ve çağrı yükü (call overhead) olduğu doğrulanmıştır.

Bir sonraki bölüm

Bir sonraki bölümde Go dilindeki if ve switch ifadelerini ele alacağız. Zamanımız olursa Go runtime bölümlerini de analiz etmeyi planlıyorum.