개발하는데 다 이유가 있겠지

3.7 프로시저

• 프로시저 호출은 소프트웨어에서의 주요 추상화
  • 인자를 받을 수 있고 값을 리턴할 수 있는 코드 블럭(특정 기능이 구현된)의 추상화
  • 함수, 메소드, 서브 루틴, 핸들러 등으로 사용

특징

프로시저가 다른 프로시저를 호출하고 리턴하는 일련의 동작은 다음과 같은 특징을 하나 이상 가질 수 있음

1. 제어권 전달
   • 프로그램 카운터(pc)는 호출되는 프로시저에 대한 코드의 시작주소로 설정
   • 리턴할 때는 호출 인스트럭션 다음의 인스트럭션으로 설정
2. 데이터 전달
   • 호출자는 하나 이상의 매개변수를 피호출자에 제공할 수 있어야 함
   • 피호출자는 호출자에게 하나의 값을 리턴할 수 있어야 함
3. 메모리 할당과 반납
   • 피호출자는 지역변수를 위한 공간을 할당할 수 있음
   • 리턴할 때 이 공간을 반납할 수 있음

---

3.7.1 런타임 스택

---

3.7.2 제어의 이동

콜(Call)

call 인스트럭션은 두 가지 동작을 함

• call 인스트럭션 다음 주소를 스택에 push하고 pc를 오퍼랜드가 가리키는 주소로 설정

리턴(Return)

ret 인스트럭션은 돌아갈 주소를 스택에서 pop해와서 pc로 설정

Instruction	Description
call Label	Procedure call
call *Operand	Procedure call
ret	Return from call

다음은 last 함수와 last 함수를 호출하는 first 함수의 C 코드다.

long last(long u, long v) {
return u \* v;
} 

long first(long x) {  
return last(x - 1, x + 1);  
}

아래는 first 함수를 호출하는 main 코드

int main() {  
return first(10);  
}

gcc를 명령어 옵션 -Og로 실행하고 objdump -d first_last를 실행한 결과

0000000000000660 :  
660: 48 89 f8 mov %rdi,%rax 			; L1: u  
663: 48 0f af c6 imul %rsi,%rax 		; L2: u \* v  
667: c3 retq ; L3: Return

0000000000000668 :  
668: 48 8d 77 01 lea 0x1(%rdi),%rsi 		; F1: x + 1  
66c: 48 83 ef 01 sub $0x1,%rdi			; F2: x - 1  
670: e8 eb ff ff ff callq 660 			; F3: Call last(x - 1, x + 1)  
675: f3 c3 repz retq 				; F4: Return

0000000000000677 :  
677: bf 0a 00 00 00 mov $0xa,%edi 		; M1: 10  
67c: e8 e7 ff ff ff callq 668 			; M2: Call first(10)  
681: f3 c3 repz retq 				; M3: Return

인스트럭션의 실행 순서는 다음과 같다.
M1 - > M2 -> F1 -> F2 -> F3 -> L1 -> L2 -> L3 -> F4 -> M3

M1의 인스트럭션이 실행될 때, 스택 포인터 %rsp가 0x7fffffffdd58이라고 가정하면 다음과 같은 표를 작성할 수 있다.

LabelPCInstruction%rdi%rsi%rax%rsp*%rspDescription

Label	PC	Instruction	%rdi	%rsi	%rax	%rsp	*%rsp
M1	0x677	mov	0x7fffffffdd58
M2	0x67c	callq	10	0x7fffffffdd58
F1	0x668	lea	10	0x7fffffffdd50	0x681
F2	0x66c	sub	10	11	0x7fffffffdd50	0x681
F3	0x670	callq	9	11	0x7fffffffdd50	0x681
L1	0x660	mov	9	11	0x7fffffffdd48	0x675
L2	0x663	imul	9	11	9	0x7fffffffdd48	0x675
L3	0x667	retq	9	11	99	0x7fffffffdd48	0x675
F4	0x675	repz retq	9	11	99	0x7fffffffdd50	0x681
M3	0x681	repz retq	9	11	99	0x7fffffffdd58

---

3.7.3 데이터 전송

x86-64에서는 최대 여섯 개의 정수형 인자(포인터, 정수)를 레지스터로 전달할 수 있음

• 함수가 6개보다 많은 정수형 인자를 필요로 할 때, 다른 인자는 스택으로 전달
  • 스택에 저장할 때 데이터 길이는 8의 배수로 반올림

void proc(long a1, long *a1p, int a2, int *a2p, short a3, short *a3p, char a4, char *a4p) { 
		*a1p += a1; 
		*a2p += a2; 
        *a3p += a3; 
        *a4p += a4; }

proc:  
	.cfi\_startproc  
    movq 16(%rsp), %rax ; Fetch a4p  
    addq %rdi, (%rsi) 	; \*a1p += a1  
    addl %edx, (%rcx) 	; \*a2p += a2  
    addw %r8w, (%r9)	; \*a3p += a3  
    movl 8(%rsp), %edx 	; Fetch a4  
    addb %dl, (%rax) 	; \*a4p += a4  
    ret 				; Return

인자 a1부터 a3p까지는 레지스터로 전달하고, 인자 a4, a4p는 스택을 통해 전달하는 걸 확인할 수 있음

---

3.7.4 스택에서의 지역저장공간

아래의 경우에는 지역변수가 메모리에 저장되어야 하는 경우

• Local Variables로 명명된 스택 프레임의 일부분이 생김
• 지역변수들은 여러 크기를 갖는데, 이들의 위치는 스택 포인터에 대한 상대 오프셋으로 나타낼 수 있음

1. 지역변수를 모두 저장하기엔 레지스터의 수가 부족함
2. 지역변수의 주소를 생성할 수 있어야 한다. 예를 들면 연산자 &
3. 지역변수가 배열이거나 구조체여서 배열이나 구조체 참조로 접근돼야 함

---

3.7.5 레지스터를 이용하는 지역저장소

프로그램 레지스터들은 모든 프로시저들이 공유하는 단일 자원의 역할을 함
피호출자는 호출자가 나중에 사용할 게획인 일부 레지스터 값은 덮어쓰지 않음

• 관습적으로 %rbx, %rbp, %r12-%r15는 피호출자-저장 레지스터로 구분
  (위의 레지스터들의 값을 보존해야함)
• 스택 포인터를 제외한 다른 모든 레지스터들은 호출자-저장 레지스터로 구분
  (함수에 의해 변경될 수 있음)

---

3.7.6 재귀 프로시저

각 프로시저 콜은 스택상에 자신만의 사적인 공간을 가지며, 따라서 별도의 호출들의 지역변수들은 서로 간섭하지 않음

• 스택운영방식은 프로시저가 호출될 때 지역저장소를 할당하고, 리턴하기 전에 이것을 반환하는 적절한 정책을 제공
• 함수를 재귀적으로 호출하는 것도 다른 함수의 호출과 마찬가지로 자신만의 개별적 저장공간을 사용

 

[출처]
https://koyo.kr/post/csapp-machine-level-procedure/

시스템 콜 테이블