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☑️ 토요일 저녁 : CSAPP 3.7절 발표
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📖 CSAPP
3.7 프로시저
프로시저는 명령 모음으로 이해하면 된다.
함수, 메소드, 서브루틴, 핸들러 등등이 전부 프로시저라고 할 수 있다.
- 메소드 : 클래스가 가진 기능(함수)
- 루틴 : 명령 모음
- 코루틴 : 실행 중에 잠깐 멈춰놓고 나중에 다시 할 수 있는 명령 모음
- 서브루틴 : 작은 명령 모음
프로시저가 실행될 때 제어권 전달, 데이터 전달, 메모리 할당과 반납 등이 필요하다.
- 제어권 전달 : 프로시저가 시작될 때 프로그램 카운터(PC)가 명령에 대한 주소를 준다. 리턴할 때는 인스트럭션 주소를 준다.
- 프로그램 카운터 : 마이크로프로세서(중앙 처리 장치) 내부에 있는 레지스터. 다음에 실행될 명령어의 주소를 가지고 있어 실행할 기계어 코드의 위치를 지정한다. - 데이터 전달 : 프로시저는 매개변수를 받아서 리턴한다.
- 메모리 할당과 반납 : 프로시저가 실행될 때 지역변수 필요하면 공간 할당하거나 리턴할 땐 반납해야됨.
오버헤드 : 명령을 처리하기 위한 작업들에 필요한 자원
- 밥을 먹으려고 함. 밥을 먹기 위해선 요리를 하고 숟가락과 젓가락을 가져와야 함. << 일을 하기 위해 필요한 작업들이 오버헤드
3.7.1 런타임 스택
레지스터에 다 안 들어가면 스택에 공간 할당. 이걸 스택 프레임이라고 부름.
일반적인 스택 프레임은 함수 인자 전달, 지역 변수 저장, 리턴 정보 저장 등의 역할을 한다.
항상 다 쓰는 건 아니고 인자 적으면 레지스터에만 전달. 심지어 대부분의 함수들은 스택 프레임을 요청하지도 않음.
스택 프레임 구조
아래가 스택 top이다.
스택에 차곡차곡 필요한 정보를 쌓아놓은 그림이다.
3.7.2 제어의 이동
함수 P 실행 중간에 함수 Q를 실행해야 한다고 해보자.
함수 P에서 함수 Q로 제어권을 넘겨준 뒤에 다시 P를 실행해야될 때,
P를 어디서부터 다시 시작해야할지 적힌 위치가 필요하다. 이걸 리턴 주소라고 한다.
리턴 주소도 스택에 넣는다.
x86-64 머신에선 call Q로 프로시저 Q를 호출해서 기록한다고 한다.
call Q 명령어는 2가지 일을 함.
- 현재 명령어의 다음 주소 (리턴 주소)를 스택에 넣음.
- 프로그램 카운터(명령어 포인터)를 함수 Q의 시작 주소로 설정해서 함수 Q 실행.
ret 명령어는 리턴 주소를 스택에서 꺼내와서 P로 돌아간다. (프로그램 카운터를 P 주소로 세팅한다)
3.7.3 데이터 전송
리턴할 때 이전 프로시저로 되돌아가기만 하는게 아니라 함수 매개변수같은 값을 전달하기도 한다.
대부분의 전달은 레지스터를 통해서 일어난다.
x86-64에서는 함수 인자 여섯 개까지는 레지스터로 전달됨.
여섯 개 넘어가면 스택으로 전달됨.
3.7.4 스택에서의 지역저장공간
사실 책에 있는 대부분의 프로시저들은 레지스터 말고 다른 곳에 데이터 저장할 필요 없음.
메모리에 저장해야될 경우는 다음과 같음
- 지역 변수 모두를 저장하기엔 레지스터 수 부족
- 지역변수에 연산자 '&' (변수의 주소 반환) 가 사용되었으며, 이 변수의 주소를 생성할 수 있어야 할 때. 레지스터는 물리적인 메모리 주소가 아님. CPU 내의 임시 저장소일 뿐임.
- 지역변수가 배열 또는 구조체여서 이들이 배열이나 구조체 참고로 접근되어야 할 때. 레지스터는 고정된 크기(일반적으로 64비트)를 가지므로 다수의 요소를 갖는 배열이나 구조체는 저장 불가. 그리고 배열이랑 구조체는 포인터를 통해 각 요소에 접근하므로 메모리에 저장되어야 함.
일반적으로 프로시저는 지역 변수를 할당하기 위해 스택 포인터를 감소시켜서 스택 프레임에 공간을 할당함.
(원래 스택이 높은 메모리 주소에서 시작해서 데이터 늘어나면 낮은 메모리 주소까지 할당함.)
함수 인자나 지역 변수가 많은 함수 어셈블리 뜯어보면
함수 호출 준비를 위해서 스택에 저장공간 할당하는 데에 명령어가 많이 쓰이는 걸 알 수 있음.
3.7.5 레지스터를 이용하는 지역저장소
CPU에 들어있는 레지스터들은 모든 프로시저들이 같이 사용하는 단일 자원임.
잠깐 다른 프로시저 실행할 수도 있긴 한데,
나중에 다시 써야 되는 레지스터 값을 덮어쓰지는 않는다.
함수 A 안에 있는 함수 B에 매개 변수 넣었을 때,
그 매개 변수가 B에서 뭔 짓을 당해서 어떻게 변하든
A로 다시 돌아오면 값은 그대로여야 한다.
그래서 그런 변수 값들은 스택에 따로 넣어서
겹치지 않게 한다.
3.7.6 재귀 프로시저
재귀 호출 할 때 각 프로시저들은 스택에 자신만의 저장 공간을 갖는다.
그래서 지역 변수들이 서로 간섭하지 않는다.
