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Go 汇编分析

2025-09-17

#Go

Go的汇编不是像 C/C++ 一样，对机器码的直接描述，而是兼容跨平台需求实现的半抽象化的指令集。

汇编分析（Go 1.17）

我们用一个简单的例子来开始汇编分析：

package main

func main() {
	add(1, 3)
}

func add(i, j int) int {
	return i + j
}

汇编结果，删去了一些无关的输出：

# go tool compile -S -l -N main.go
"".main STEXT size=54 args=0x0 locals=0x18 funcid=0x0
        0x0000 00000 (main.go:3)        TEXT    "".main(SB), ABIInternal, $24-0
        0x0000 00000 (main.go:3)        CMPQ    SP, 16(R14)
        0x0004 00004 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-2
        0x0004 00004 (main.go:3)        JLS     47
        0x0006 00006 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-1
        0x0006 00006 (main.go:3)        SUBQ    $24, SP
        0x000a 00010 (main.go:3)        MOVQ    BP, 16(SP)
        0x000f 00015 (main.go:3)        LEAQ    16(SP), BP
        0x0014 00020 (main.go:3)        FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0014 00020 (main.go:3)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x0014 00020 (main.go:4)        MOVL    $1, AX
        0x0019 00025 (main.go:4)        MOVL    $3, BX
        0x001e 00030 (main.go:4)        PCDATA  $1, $0
        0x001e 00030 (main.go:4)        NOP
        0x0020 00032 (main.go:4)        CALL    "".add(SB)
        0x0025 00037 (main.go:5)        MOVQ    16(SP), BP
        0x002a 00042 (main.go:5)        ADDQ    $24, SP
        0x002e 00046 (main.go:5)        RET
        0x002f 00047 (main.go:5)        NOP
        0x002f 00047 (main.go:3)        PCDATA  $1, $-1
        0x002f 00047 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-2
        0x002f 00047 (main.go:3)        CALL    runtime.morestack_noctxt(SB)
        0x0034 00052 (main.go:3)        PCDATA  $0, $-1
        0x0034 00052 (main.go:3)        JMP     0

"".add STEXT nosplit size=56 args=0x10 locals=0x10 funcid=0x0
        0x0000 00000 (main.go:7)        TEXT    "".add(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $16-16
        0x0000 00000 (main.go:7)        SUBQ    $16, SP
        0x0004 00004 (main.go:7)        MOVQ    BP, 8(SP)
        0x0009 00009 (main.go:7)        LEAQ    8(SP), BP
        0x000e 00014 (main.go:7)        FUNCDATA        $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x000e 00014 (main.go:7)        FUNCDATA        $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
        0x000e 00014 (main.go:7)        FUNCDATA        $5, "".add.arginfo1(SB)
        0x000e 00014 (main.go:7)        MOVQ    AX, "".i+24(SP)
        0x0013 00019 (main.go:7)        MOVQ    BX, "".j+32(SP)
        0x0018 00024 (main.go:7)        MOVQ    $0, "".~r2(SP)
        0x0020 00032 (main.go:8)        MOVQ    "".i+24(SP), AX
        0x0025 00037 (main.go:8)        ADDQ    "".j+32(SP), AX
        0x002a 00042 (main.go:8)        MOVQ    AX, "".~r2(SP)
        0x002e 00046 (main.go:8)        MOVQ    8(SP), BP
        0x0033 00051 (main.go:8)        ADDQ    $16, SP
        0x0037 00055 (main.go:8)        RET

FUNCDATA和PCDATA是由编译器引入的，主要包含垃圾回收时使用的信息，这里略过。

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Lua：Table 浅析

2025-09-14

#Lua

本文的分析基于 OpenResty 的 Lua 分支（https://github.com/openresty/luajit2）。

核心 API

table 的 API 定义在 src/lib_table.c 中，API 分为三个部分：

标准库函数：

table.insert() - 向 table 插入元素
table.remove() - 移除 table 元素
table.concat() - 连接 table 元素为字符串
table.sort() - 对 table 进行排序
table.maxn() - 找到 table 中最大数字键
table.move() - 移动 table 元素

LuaJIT 扩展函数：

table.new() - 预分配指定大小的 table

OpenResty 扩展函数：

table.clear() - 清空 table 内容
table.clone() - 克隆 table
table.nkeys() - 获取 table 键的数量
table.isarray() - 检查是否为数组
table.isempty() - 检查 table 是否为空

数据结构

typedef struct Node {
  TValue val;         // 值对象，必须是第一个字段
  TValue key;         // 键对象
  MRef next;          // 哈希链指针
#if !LJ_GC64
  MRef freetop;       // 32位架构下的空闲节点顶部指针(存储在node[0])
#endif
} Node;

typedef struct GCtab {
  GCHeader;           // GC 通用头部：nextgc, marked, gct
  uint8_t nomm;       // 元方法负缓存掩码
  int8_t colo;        // 数组共址标记 (-1表示已分离, >0表示共址大小)
  MRef array;         // 数组部分指针
  GCRef gclist;       // GC 链表指针
  GCRef metatable;    // 元表引用
  MRef node;          // 哈希部分指针
  uint32_t asize;     // 数组部分大小 [0, asize-1]
  uint32_t hmask;     // 哈希掩码 (哈希部分大小-1)
#if LJ_GC64
  MRef freetop;       // 64位架构下的空闲节点顶部指针
#endif
} GCtab;

可以看到，GCtab 中同时定义了数组部分 array 和哈希部分 node。

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Lua：Concurrency

2025-09-01

#Lua

Lua 的并发（Concurrency）设计核心在于其轻量级、嵌入式的哲学，以及对协作式多任务的首选。它通过强大的协程机制实现并发，但本身不提供多线程/多进程的并行能力。

多线程/多进程

核心语言无内置支持： Lua 语言本身的核心 VM 被设计为单线程执行。它不提供内置的语法或标准库来直接创建和管理线程（std::thread）或进程（fork）。
独立的 Lua State： 一个 Lua VM 实例被称为一个“Lua State”。每个 Lua State 是完全独立的运行时环境，拥有自己的全局变量、栈、打开的文件、垃圾回收器等。它们之间默认不共享任何数据。
宿主语言的责任： 如果需要在 Lua 中实现真正的并行（多核利用），必须依赖于宿主语言（如 C/C++）的多线程/多进程机制。
- 实现方式： 在宿主语言的每个线程或进程中，创建并运行一个独立的 Lua State。
- 数据交换： 这些独立的 Lua State 之间无法直接共享内存。数据交换必须通过宿主语言提供的进程间通信 (IPC) 或线程间通信 (ITC) 机制（如消息队列、共享内存、管道、套接字等）来完成。
- 优点： 简单安全，因为 Lua State 之间是隔离的，避免了复杂的并发同步问题。
- 缺点： 额外的通信开销和复杂性，且无法在单个 Lua State 内部实现并行。
第三方库（封装）： 存在一些第三方库（如 LuaLanes）试图提供在 Lua 中模拟多线程/多进程的 API。这些库通常是在底层创建独立的 Lua State，并封装了 IPC 机制，方便 Lua 开发者使用，但其本质仍然是基于宿主语言的底层能力和独立的 Lua State。

协程

协程的设计与实现

设计理念： Lua 协程是为了提供协作式多任务 (Cooperative Multitasking) 而设计。它们允许在单个线程中实现任务的暂停和恢复，以模拟并发，而无需复杂的锁机制。
“有栈协程” (Stackful Coroutines)： Lua 协程是有栈的。这里的“栈”指的不是操作系统的 C 语言栈，而是 Lua 虚拟机内部维护的Lua VM 栈。
- Lua VM 栈： 每个协程在创建时都会分配一个独立的 Lua VM 栈（或在需要时动态扩展）。这个栈存储着协程的局部变量、函数参数、中间表达式结果和函数调用上下文。
实现机制：
- coroutine.create(function)： 创建一个新的协程（一个thread类型的值），但并不立即执行。它会分配并初始化一个新的 Lua VM 栈。
- coroutine.yield(...) (保存栈)： 当一个协程调用 yield 时，Lua VM 会：
  1. 保存当前 Lua VM 栈的完整状态（包括所有活跃的栈帧、局部变量值、程序计数器等）。这些信息会被存储在协程对象本身（在堆上分配）中。
  2. 暂停当前协程的执行。
  3. 将控制权返回给调用 coroutine.resume 的那个协程或主线程。 C 语言栈会正常展开，yield 作为一个 C 函数正常返回。
- coroutine.resume(co, ...) (恢复栈)： 当一个协程被 resume 时，Lua VM 会：
  1. 从协程对象中加载并恢复其之前保存的 Lua VM 栈状态。 这包括设置栈顶指针、恢复所有栈帧和程序计数器，使得协程能够从上次 yield 的点继续执行。
  2. 将控制权转移给被恢复的协程。 C 语言栈上会为 resume 函数创建一个新的栈帧，并在其中运行被恢复的 Lua 协程。
优点： 简单、高效、避免了与 OS 栈相关的复杂性，并且由于是协作式的，没有竞态条件和锁的开销。
缺点： 无法利用多核 CPU。

协程示例：

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Lua - An Overview

2025-08-31

#Lua

Lua 和 LuaJIT

Lua

Lua 是一个开源项目，由巴西里约热内卢天主教大学的 Roberto Ierusalimschy、Luiz Henrique de Figueiredo 和 Waldemar Celes 创建。它的版本控制相对简单明了。

Lua 的版本体系

Lua 的版本号通常是 X.Y 的形式，例如 5.1, 5.2, 5.3, 5.4。

X (主版本号/Major Version): 表示一个重大更新，通常会引入不兼容的更改（breaking changes），新的核心特性，或者对虚拟机架构的显著改进。从 5.x 到 5.y，y 增加通常意味着语法、API 或语义的更改，可能需要修改现有代码。
- 例子:
  - Lua 5.0: 引入了协程 (coroutines)。
  - Lua 5.1: 引入了模块系统 (module system)、vararg 参数的改进。
  - Lua 5.2: 引入了 goto 语句、环境 (environments) 的重新设计、新的 _ENV 上值。
  - Lua 5.3: 引入了整数类型、位操作 (bitwise operations)、UTF-8 支持。
  - Lua 5.4: 引入了新的垃圾回收器、弱表 (weak tables) 的改进。
Y (次版本号/Minor Version) 或补丁版本 (Patch Version): 在主版本中，通常用于表示错误修复、性能优化或次要的功能增强。这些更改通常是向后兼容的（backward compatible），不会破坏现有代码运行。有时候，一个版本号会是 X.Y.Z 的形式，Z 就代表补丁版本。
- 例子: Lua 5.3.1, Lua 5.3.2, Lua 5.3.3 等等。这些通常是修复 bug。

LuaJIT

https://github.com/LuaJIT/LuaJIT

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Wasm Internals: Stack Machine

2025-08-20

#wasm

Wasm 中的“栈机”（Stack Machine），这正是其核心执行模型之一。Wasm 是一种基于栈的虚拟机，这意味着它的所有操作都通过从一个操作数栈中弹出值、执行操作并将结果压回栈中来完成。它没有传统的“寄存器”概念。

什么是栈机？

在计算机科学中，栈机是一种计算模型，其中指令操作数被隐含地从一个被称为“操作数栈”的内存区域中获取，并且结果被隐含地压回这个栈。这种模型与基于寄存器或基于累加器的模型形成对比。

Wasm 栈机的工作原理

Wasm 模块中的函数是由一系列指令组成的。这些指令会操作一个中央的操作数栈。

操作数栈（Operand Stack）：
- 这是 Wasm 执行函数时最核心的数据结构。
- 所有的操作数（如整数、浮点数）和操作结果都临时存储在这个栈上。
- 指令不会像在注册机中那样直接指定操作数的位置（如“将 R1 的值加到 R2”）。相反，它们会假定操作数已经在栈的顶部。
局部变量（Local Variables）：
- 除了操作数栈，每个函数调用还有一个独立的“局部变量”区域。
- 局部变量是命名的存储位置，可以在函数的整个执行过程中被访问和修改。
- 虽然局部变量不是栈的一部分，但有很多指令允许你将局部变量的值压入栈中，或者将栈顶部的值存储到局部变量中。
参数（Parameters）：
- 函数的参数在函数被调用时，会被初始化为局部变量的一部分（通常是前几个局部变量）。
- 它们也可以被认为是函数执行上下文的一部分。
指令的操作：
- 压栈（Push）：很多指令会将值压入栈中。例如：
  - i32.const 42：将整数常量 42 压入栈。
  - local.get <idx>：获取索引为 <idx> 的局部变量的值并压入栈。
- 弹栈（Pop）：大多数操作指令会从栈顶弹出所需数量的操作数。例如：
  - i32.add：弹出栈顶的两个 i32 整数，将它们相加，然后将结果压回栈。
  - if/else/loop 等控制流指令的条件值也会从栈中弹出。
- 复合操作：一些指令可能弹出一个值，执行一些副作用（如内存写入），而不压入任何新值。例如：
  - i32.store：弹出内存地址和要存储的值，将值写入内存。

栈机模型的优势与特点

紧凑性（Compactness）：
- 指令更短，因为它们不需要编码操作数的位置。例如，一个加法操作，在寄存器机中可能需要指定两个源寄存器和一个目标寄存器；在栈机中，它只是一个简单的 add 指令。
- 这有助于生成更小的二进制代码，对于 Web 环境中的快速下载和解析非常有利。
简化编译器后端（Simplified Compiler Backends）：
- IR（中间表示）到指令的映射通常更直接。许多高级语言的语义本身就可以很容易地映射到栈操作。
- 这使得将 C/C++/Rust 等语言编译到 Wasm 变得相对容易。
易于验证（Easy to Validate）：
- Wasm 在加载时会进行严格的类型检查和结构验证。栈机模型使得验证其类型安全变得相对容易。例如，当检查 i32.add 指令时，验证器只需确保栈顶有两个 i32 类型的值。
- 这对于沙盒环境中的安全性至关重要。
独立于目标架构（Architecture-Independent）：

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