운영체제 12. Call Stack Frame이 무엇인가

Call Stack Frame이 무엇인가?

Frame이 무엇인가? 스택에 쌓이는 데이터 묶음이다. 함수 호출 한번당 스택 프레임이 하나씩 생성되어 스택에 쌓인다. Frame의 구성 요소는 무엇이 있는가?

1. Parameters : 함수가 호출될 때 넘겨받은 값.
2. Return Address : 함수가 끝나고 돌아가야 하는 메모리 주소. 즉 함수가 호출된 메모리 주소의 다음 번지를 가리킨다.
3. Saved Frame Pointer : Frame Pointer란, 현재 Frame의 Saved Frame Pointer를 가리킨다. 현재 Frame의 Frame Pointer는 FP 레지스터에 저장된다. Saved Frame Pointer란, 이전 프레임의 FP 값을 저장한다. 왜 이전 프레임의 Frame Pointer를 저장해야 하는가? 함수가 리턴될 때 FP 레지스터를 복원해야 하기 떄문이다. 프레임의 크기가 함수마다 다르기 때문에, FP를 백업해 두지 않으면 FP가 어디인지 알 방법이 없다.
4. Local Variables : 함수 안에서 선언되는 지역 변수.

스택은 하나인데, 구성 요소가 여러개면 섞일 수 있지 않을까? 그렇기 때문에 구성 요소를 스택에 쌓을 때 약속된 순서대로 push, pop을 해야 한다. 콜스택 프레임을 생성하면, 맨 밑칸부터 차례대로 parameters, return address, saved frame pointer를 채운다. 가장 위 영역을 변동성이 심한 지역 변수 영역으로 사용한다.

함수가 리턴되는 과정을 살펴보자. 함수가 리턴되면, 기존의 콜 스택 프레임은 필요가 없다. FP 레지스터의 값을 SP 레지스터에 덮어쓴다. 그 메모리 위치에는 Saved Frame Pointer가 존재한다. 이 값을 FP에 덮어쓴다. 즉, 이전 Frame의 Frame Pointer를 복원한다. 이후 Pop을 한번 하면 SP가 가리키는 주소에는 Return Address가 존재한다. 이 POP 과정은 RET 명령어가 수행한다. Return Address 값을 PC에 덮어쓴다. 이후 SC를 이전 함수 Frame의 가장 윗 주소로 복원해야 한다. 현재는 stack 위에 파라미터들이 채워진 상태다. 이를 정리하는 두가지 방식이 존재한다.

첫번째로 Caller 방식이다. 일단 이전 함수로 복귀한다. 이후 함수를 호출했던 Caller는 함수를 호출할 때 파라미터를 몇개 넣었는지 알고 있다. 따라서, SC의 값에 파라미터 크기를 더하면 SC 값은 복귀한 함수의 Frame 맨 윗 주소로 설정된다.

두번째로 Callee 방식이다. 이 방식은 가변 인자의 경우 사용하지 못한다. 함수가 받는 파라미터의 개수가 고정되어 있으면, SC의 위치를 이전 함수 Frame의 최상단 주소로 옮길 수 있다.