💿 KAIST:PINTOS | Concept | rax register

🧠 rax란?

rax는 x86_64 아키텍처에서
"Return value Accumulator Register"의 약자로,
산술 연산 결과 및 함수 반환값을 저장하는 역할을 가진 중심 레지스터이다.

• eax (32비트), ax (16비트), al (8비트)와 같은 이름으로도 하위 호환됨
• mov, add, mul, syscall 등 수많은 명령어에서 필수로 사용됨

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❗ 왜 많은 레지스터 중 rax만 따로 중요하게 다루는가?

1. 함수 호출의 표준 인터페이스

• C/C++ 함수에서 return 키워드로 반환되는 값은 항상 rax를 통해 전달됨
• 즉, 모든 함수 호출의 반환값이 통과하는 관문이기 때문에 코드 흐름 추적에 필수다

2. 시스템 콜의 번호 및 결과 통신에 사용

• 유저 프로그램이 커널에 요청할 때 syscall 번호는 rax에 넣고,
• 커널은 처리 결과를 다시 rax에 담아 유저 프로그램에 반환한다
• 즉, 유저와 커널 간 통신의 중심 통로 역할을 한다

3. 산술/논리 연산의 기본 누산기 역할

• 고전 x86부터 지금의 x86_64까지, rax는 기본 산술 연산 결과 저장소로 쓰인다
• 특히 곱셈, 나눗셈 같은 명령어는 반드시 rax를 사용해야 한다

✨ 결국 rax는 단순한 임시 저장소가 아닌,
함수, 연산, 시스템 호출 등 모든 흐름의 출구이자 중심 축이다.

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🛠️ 언제 쓰이는가?

1. 연산 결과 저장

mov rax, 3
add rax, 5    ; rax = 8

2. 함수 반환값 저장

C언어 함수에서 return 값은 rax에 담겨 호출자에게 전달된다.

int f() { return 42; }

위 함수는 내부적으로:

mov eax, 42
ret

→ 호출자는 rax에서 반환값을 꺼낸다.

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3. 시스템 콜 번호 전달 (syscall)

• 리눅스와 PintOS 모두에서, 시스템 콜 호출 시 rax에 시스템 콜 번호를 담는다.
• 유저 모드에서 커널 모드로 전환되면, 커널은 rax 값을 해석하여 어떤 기능을 호출할지 결정한다.

mov rax, 1     ; write 시스템 콜
mov rdi, 1     ; fd
mov rsi, msg   ; buf
mov rdx, len   ; size
syscall

🔐 PintOS에서도 유저 프로그램이 syscall을 실행할 때 rax를 통해 어떤 기능을 요청하는지 구분한다.

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📌 rax의 구조와 계층

이름	크기	설명
rax	64비트	전체 64비트
eax	하위 32비트	rax의 하위 절반
ax	하위 16비트	eax의 하위 절반
al	하위 8비트	ax의 하위 절반

예시: rax = 0x00000000000000FF이면, al = 0xFF, ax = 0x00FF, eax = 0x000000FF

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🧬 PintOS에서 rax는 어떻게 쓰일까?

1. System Call 처리

• 유저 프로그램에서 시스템 콜을 호출하면, 인터럽트가 발생하고 커널로 진입한다.
• 이때 유저 스택에서 rax 값을 꺼내, 어떤 syscall을 요청했는지 확인한다.
• 이후 결과는 다시 rax에 담아 유저 프로그램으로 반환한다.

// 예시: syscall.c 내부
switch (f->R.rax) {
  case SYS_WRITE:
    ...
    f->R.rax = write(fd, buf, size);
    break;
}

→ f는 struct intr_frame*, 즉 유저 프로그램의 인터럽트 당시 레지스터 상태를 보관한 구조체다.

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📘 마무리 요약

• rax는 x86_64에서 연산 결과, 함수 반환값, 시스템 콜 번호 및 결과값을 저장하는 레지스터이다.
• 함수 호출 규약(ABI, Application Binary Interface)에서도 반환값은 항상 rax를 통해 전달된다.
• PintOS에서 시스템 콜을 처리할 때도 rax를 통해 syscall 번호와 반환값을 주고받는다.
• 수많은 레지스터 중에서도 rax는 연산/통신/제어의 중심이므로, 별도 키워드로 학습할 만한 가장 중요한 레지스터다.