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Activation Record

함수 호출의 특정 인스턴스에 대한 중요한 상태 정보를 포함하는 데이터 구조(Data Structure)이다. 전적으로 메모리에 존재하거나 부분적으로 레지스터에 저장될 수 있다.

일반적으로 Activation Record는 다음이 포함된다.

• 호출자의 Activation Record에 대한 포인터(DynamicChain)
• 중첩된 Lexical Scoping 을 허용하는 언어 에서 둘러싸는 범위의 ActivationRecord 에 대한 포인터(Referencing Environment, Static Chain)
  • 이러한 대부분의 언어에서는 일반적으로 호출 체인의 어딘가에 둘러싸는 함수가 호출되어야 하기 때문이다.
• 지역 변수 (레지스터에 자주 캐시된다.)
• 함수에 대한 실제 매개 변수 (이것도 레지스터에 자주 캐시된다.)
• 함수의 최종 반환 값을 위한 공간

대부분의 프로그래밍 언어에서 Activation Record는 엄격한 LIFO(LastInFirstOut) 규율을 유지 하므로 스택에 저장된다. 이러한 이유에서 Activation Record는 일반적으로 Stack Frame이라고도 한다. 일반적으로 C에서는 이러한 목적으로 스택을 항상 사용하므로 Stack Frame이 정확한 용어인데 다른 언어에서는 스택을 사용하지 않기도 하기 때문에 Activation Record란 말이 생겼다. (더 정확한 용어)

다음과 같은 기능이 없으면 잘 작동한다. (LIFO 위반 경우)

• First Class Lexical Closures (클로저는 참조 환경보다 오래 지속될 수 있다.)
• Continuations, excluding UpwardContinuations
• CoRoutines, BlocksInSmalltalk, and a few other control structures that are found in various languages.
  • 코루틴은 호출 사이의 제어 상태를 저장하는 함수 또는 프로시저이다. 일반적인 예로 어휘분석기가 있다.

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호출자의 Activation Record에 대한 포인터(DynamicChain)

• About 호출자의 Activation Record에 대한 포인터 (== Frame Pointer)

  • 함수의 Stack Frame 시작위치를 가리키는 레지스터이다.
  • IA32에서는 주로 EBP를 이러한 용도로 사용한다.
  • Stack Frame을 오픈할때 설정 되며, Stack Frame이 닫힐때까지 변하지 않는다.

• Why?

  • Stack내의 데이터는 컴파일 타임에서 그 주소를 알 수 없다. 그래서 함수의 실행 경로에 따라 Call Stack 모양이 변하게 되고, 또한, 오늘날의 대부분의 OS들은 Stack Buffer Overflow 방어를 하기위해 Random Stack을 사용한다.
  • 위와 같은 이유로 ESP값은 그 위치가 고정되지 않고 컴파일러에게 큰 부담을 준다. 이때 우리는 고정된 기준점이 필요한데 그게 Frame Pointer이다.

Function Prolog

• Stack Frame을 사용하는 경우 함수는 항상 Frame Pointer를 셋업하는 코드 구문으로 시작하게 된다. 일반적인 구문은 아래와 같다.

PUSH EBP       ; caller의 Stack Frame Pointer를 백업한다.
MOV  EBP, ESP  ; ESP 값을 EBP에 복사함으로써 Stack Frame Pointer를 셋업한다.
SUB  ESP, n    ; 할당된 지역변수를 위한 공간을 ESP의 위치를 옮기면서 확보한다.

1. 맨밑에 SFP(Stack Frame Pointer)는 main 함수를 위한 Pointer이다.
2. 맨밑에 연한 EBP의 위치가 call myfunc함수를 부르면서 위로 옮기게 된다.
3. 중간에 만들어진 SFP는 myfunc함수를 위한 Pointer이다.
4. Stack Frame이 마지막으로 만들어진 곳에 EBP가 위치하게 된다.
5. 그 후 POP EBP등을 통해 맨 마지막 SFP가 호출된 곳의 EBP의 위치로 이동하게 된다.

Function Epliog

Stack Frame을 사용하는 경우 함수의 끝부분에는 Frame Pointer를 원래대로 복원하는 코드가 오게된다.

MOV ESP, EBP  ; EBP값 즉, 고정된 EBP값을 ESP에 줌으로써 지역 변수를 위해주었던 공간을 없앤다.
POP EBP       ; EBP위치를 꺼내면서 원래 EBP 위치로 return 값을 불러온다.

Call Stack

Call Stack은 임시 메모리를 차지하는 Stack Frame을 만든다. 즉, Call Stack의 각 단계가 Stack Frame이다. Call Stack이 단일이기 떄문에 함수 실행이 위에서 아래로 한번에 하나씩 수행된다. 즉, 호출 스택은 동기적이다.

위에서 언급했지만 한번 더 적어본다. Call Stack은 무엇인가? 가장 기본적인 수준에서 호출 스택은 LIFO 원칙을 사용하여 함수 호출을 임시로 저장하고 관리하는 데이터 구조이다.

다음 코드를 보면 이해하기 쉬울 것이다.

function firstFunction(){
  throw new Error('Stack Trace Error');
}

function secondFunction(){
  firstFunction();
}

function thirdFunction(){
  secondFunction();
}

thirdFunction();

Manage function invocation (call)

• call stack은 각 스택 프레임의 위치 기록을 유지한다. 실행할 다음 함수를 알고있고, 이것이 JavaScript에서 코드 실행을 동기적으로 만들어 준다.

StackOverflow를 일으켜보자.

중간 Summary

• Call Stack
  • 단일 스레드이다. (한번에 한가지만 가능)
  • 코드 실행이 동기적이다.
  • Call Stack은 임시 메모리를 차지하는 Stack Frame을 만든다.
  • LIFO 구조를 갖는다.

그래서 this에 대한 정보가 Activation Record에 기록된다는데 어떻게 기록되는데?

자 드디어.. 본론을 말하기위한 준비를 갖췄다.. CS 지식 이렇게 중요하다..ㅠ

• v8 stack frame

Stack Frame 구현을 위한 함수로 Stack Frame에 어떤게 들어가는지 세부 정보가 안나와있다.

위에서 알아본 Activation Record의 개념들로 미뤄 봤을때 다음과 같이 동작할 것이다.

function foo() { var a = 1; }
function bar() { var b = 2; foo(); }
bar();

start of the stack
---------------------------
bar local frame
  * a couple of OS pointers
  * local variable b (2)
  * place for returned value
  * pointer to next frame
---------------------------
foo local frame
  * a couple of OS pointers
  * local variable a (1)
  * place for returned value

• v8 stack trace

찾았다.. 각각의 stack frame은 다음과 같은 정보를 갖고있다.

• Whether the call is a construct call.
• The type of the this value (Type).
• The name of the function called (functionName).
• The name of the property of this or one of its prototypes that holds the function (methodName).
• The current location within the source (location)

The Type value is the name of the function stored in the constructor field of this. In V8, all constructor calls set this property to the constructor function so unless this field has been actively changed after the object was created it, it holds the name of the function it was created by. If it is unavailable the Class property of the object is used.

두번째 요소는 this의 생성자 필드의 함수 이름이 저장된다. V8에서 모든 생성자들은 생성자 함수에 이 값을 넣는다. 그래서 객체 생성뒤에 이 값이 변할 수 있고, 자신을 생성하게한 함수의 이름을 갖는다. 왠만하면 이 값은 유지된다. 객체가 Class 속성일 때는 사용 불가능하다.

이제 this의 동작이 이해가 된다. 함수 내부에 this가 있을때 object 내부에 있을때는 object를 가르키는데 일반 함수 안에서는 전역객체를 가르키는 이유가 애초에 object 생성의 유무로 재할당을 하기 때문이었다.

아직 우리의 여정은 끝이나지 않았다. 자바스크립트에서 Call Stack을 Execute Stack, Stack Frame을 Execute Context라고 부른다.

다음 글로 이동하자. Execute Stack

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History

# Activation Record

• https://wiki.c2.com/?ActivationRecord
• https://www.cs.princeton.edu/courses/archive/spring03/cs320/notes/7-1.pdf
• https://securely.tistory.com/entry/NO13-Stack-Frame%EA%B3%BC-%EB%B3%80%EC%88%98-%EA%B3%B5%EA%B0%84-%ED%99%95%EB%B3%B4%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%B4
• https://en.wikipedia.org/wiki/Call_stack

# call stack

• The JavaScript Call Stack - What It Is and Why It's Necessary

# caller vs callee

• http://cr3denza.blogspot.com/2015/03/caller-callee.html

# SavedFrame

• https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Mozilla/Projects/SpiderMonkey/SavedFrame

  • SavedFrame인스턴스는 스택 프레임의 단일 연결 목록입니다. 과거 실행 시점의 JavaScript 호출 스택을 나타냅니다.

# Stack Size

• https://glebbahmutov.com/blog/javascript-stack-size/

# Stack Frame JS

• https://github.com/stacktracejs/stackframe