Instructions: Language of the Computer - 3

• 절차 호출 Procedure Calling

1. 매개변수를 피호출자(함수)에 전달하는 방법
2. 피호출자의 변수에 대해 메모리 공간을 예약하는 방법
3. 결과를 호출자에게 전송하는 방법
4. 호출자에게 돌아가는 방법

• function과 procedure은 같나? 정확히는 다르다.

  • 어셈블리어에는 함수라는 개념이 없다.
  • 그래서 어셈블리에서 C스타일 기능을 지원하기 위해 calling convention을 사용한다.
  • calling convention이란? 호출자(caller)와 피호출자(callee) 간의 함수의 인자를 전달하는 방식에 대한 규약을 정의한 것이다.

• 인자로인한 레지스터의 사용

  • calling 은 a0~a7까지 인자의 사용에 쓰임 → 8개가 넘는다면 메모리 사용하는 callee에게 넘김

  

  • return value로 a0, a1 많이 사용
    • a0 = x10 = 인자의 하위 32bit([31:0]), a1 = x11 = 인자의 상위 32bit([63:32])

• Procedure call 명령어

  • jal : 절차 호출(함수진입하는 것을 생각)

    • jal x1, Procedure_label : label로 점프하고, 다음 명령어(pc+4)의 주소값을 x1에 저장
    • caller 호출자에서 많이 사용

  • jalr : 절차 반환(함수진입했다가 나와서 다시 메인 함수로 돌아오는 것을 생각)

    • jalr x0, offset(x2) : x2+offset 주소로 점프하고, 다음 명령어(pc+4)의 주소값을 x1에 저장
    • callee 피호출자에서 많이 사용

  • 왜 callee에서는 jal을 사용하지 못할까? label의 이름이 다르게 설정해줘야해서

    

• 함수호출에 있어서 메모리 공간

  • Procedure은 로컬변수에 대한 자체 메모리 공간이 필요함

    • 모든 로컬 변수가 레지스터에 들어갈 수 있다면 메모리 공간을 사용하지 않아도 되지만, 그런상황이 생기더라도 함수 호출하려면 메모리에 저장해야됌(변수의 사용에 있어서 혼동이 생길 수도 있음 다른 함수에서 선언한 지역변수인데 같은 값을 가지게 되는 경우)

  • 그렇다면 어떻게 하는게 좋을까?

    • 고정된 주소값을 함수 각각에 할당해줌?

      • ㄴㄴ, 이건 어떤 함수가 호출될지도 모르고 안쓰는데 다 정해주면 필요없는 기능까지 저장해둔셈 → 비효율적

    • 해결책은 “동적할당”

      • 호출될 때 공간 할당 → 반환될때 해제 (상대적인 주소를 할당해줌)
      • procedure프레임, 스택프레임처럼!

      

      

  • stack pointer (스택에 접근하고 관리하는 방법)

    • 스택프레임은 메모리의 모든 위치에 배치할 수 있다.
    • **스택 포인터 레지스터 x2(sp)**는 현재 스택 프레임의 가장 낮은 주소를 가리킨다.

    

    스택이 아래로 growing하기 때문에 다음과 같이 관리해줌

    

    • 각 절차(함수)에는 얼마나 많은 스택 공간이 필요한지 알아야함
      • high-level : 컴파일러가 필요한 공간 자동계산해줌
      • assembly : 프로그래머가 크기 결정해야함
    • 어셈블리 구현 (예시 필요한 크기가 20이라고 가정해보자)

    

  • Caller - Callee 사용하는 레지스터

  

  • 레지스터값 저장해두기

    • caller에서 x5를 선언하고 callee에서 x5를 갱신해주면, 호출을 빠져나와서 caller에서 x5를 다시 사용하게 될 때 갱신된 값으로 사용이 된다. → 혼란스러움 → 갱신 안되도록 막자

    • 해결책

      • sw x5, 12(sp)가 그 방법에 해당된다. (스택포인터에 변수를 저장해두는 방법)
      • caller에서의 변수 저장 방법 (일시적으로 레지스터를 저장하는 방법)
        • live한 모든 값들을 저장해둬야 됌(피호출자에서 뭘 사용할지 모르니까)

      

      • callee에서의 변수 저장 방법 (레지스터를 확실히 저장하는 방법)

      

      • x20의 경우에는 어차피 caller에서 다시 초기화가 될 것이므로, callee에서 변수를 저장해주지 않아도 된다!
      • x19는 스택포인터에 저장되었다가 로드됨
      • 즉, 호출을 빠져나간후에 caller에서 사용하는 것들만 sw, lw해주면 된다!
      • 값이 단기간에만 사용되는 경우(호출후에 쓰이지 않는), caller save(일시적인 방법)레지스터를 사용해라! (callee save말고!)

  • leaf procedure

    • 호출을 당하기만하는 함수 (다른 함수를 호출x)

      • callee-saved 쓸필요가 없다(함수호출안하기에 collision이 발생x)

      

    • non-leaf procedure

      • 호출을 당하기도 하기도 하는 함수
      • 팩토리얼 함수를 예시로 들어보자!

      

      

      • 레지스터를 덜 쓰는방향으로 최적화 할 수 있다~

  • synchronization

    • 두개의 cpu에서 같은 메모리에 있는 값을 동시에 사용한다면? 값이 중첩될것이다.

    

    → 먼저쓰는 사람이 임자임~

    

    • 특별한 해결책
      • lr.w, sc.w → lr = load reserved / sc = store conditional
        • lr.w는 예약된 단어 load / sr.w는 조건적으로 단어를 저장
        • lr.w 이후에 대상 위치(값 말하는듯)가 수정되지 않은 경우에만 (sc.w) → 메모리에 기록한다
          • 이 경우에 lw를 통해 x1 = 0
        • 만약 위치가 수정된 경우(값 수정된 경우 말하는듯)에 저장(sc.w)을 수행하지 않는다.
          • 이 경우에 lw를 통해 x1 ≠ 0 (0이 아닌 값으로 설정)
    • High-level language에서는 기본적으로 동기화를 사용할 수 있다.
      • In Linux, POSIX pthread library를 이용
        • pthread_mutex_lock()
        • pthread_mutex_unlock()