Docker 開發環境

WasmVM 可以在 docker 中開發，透過以下幾個步驟安裝：

透過 toolbuddy/ssfw 安裝 docker

source <(curl -s https://raw.githubusercontent.com/toolbuddy/ssfw/master/system/install_docker.sh)

將 images 拉至本地端

[sudo] docker pull wasmvm/develop

掛載本地端 WASMVM 資料夾到 docker image 當中，並產生 docker container

docker run --rm -ti -w /home/WasmVM -v <local 端的 WasmVM 的位置>:/home/WasmVM wasmvm/develop bash

建立 build 資料夾

mkdir -p build && cd build

執行 cmake

cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug ..

執行 make

NUM_CORES=`grep -c ^processor /proc/cpuinfo`
make -j${NUM_CORES}

或

"$(make -j`nproc --all`)"

跑單元測試

ctest

系統架構

WasmVM 主要分成三個元件，載入元件(Loader)、執行元件(Executor)加速元件(Accelerator)，每個元件中有不同的模組執行各種工作。圖中包住許多零件的大長方形表示各個元件，白色的小長方形表示各個模組。

元件和模組之間會進行各種資料轉換，各種資料結構用藍色平行四邊形表示。

在執行元件(Executor)中，執行的函式分成原生函式(Native)、執行函式(Runtime)和系統呼叫(Syscall)三種，以淺綠色圓角矩形表示。

以下將會介紹各個元件，資料格式的部分請參考 WebAssembly 規格

載入元件 (Loader)

在程式中直接操作 Wasm 位元碼很不方便，而且目前我們也沒辦法直接在機器上執行 Wasm 位元碼。載入元件的工作就是將 Wasm 解析成方便程式操作的格式，驗證要執行的 Wasm 模組，並且載入到執行器中。

載入元件包含以下模組：

解碼器 (Decoder)

解碼器的作用是讀取 Wasm 位元檔，解析每個 byte 所代表的意義，並轉成方便操作的 Wasm 模組，交給驗證器做驗證。

如果 Wasm 位元檔的格式不符合 Wasm 規格，解碼器會停止當下的解碼，並回報錯誤。

驗證器 (Validator)

在解碼器產生 Wasm 模組後，驗證器會依據規格書上的驗證定義，驗證 Wasm 模組的行為。

如果 Wasm 模組的行為不符合 Wasm 規格，驗證器會回報錯誤。

在驗證完成之後，驗證器會將 Wasm 模組傳給實例產生器。

實例產生器 (Instantiator)

解碼器產生的 Wasm 模組包含很多資訊，方便分析和驗證，但是不方便執行。

實例產生器會把 Wasm 模組轉換成 Wasm 實例，存進執行元件的儲存空間(Store)準備執行，同時傳給加速元件的分析器。

加速元件 (Accelerator)

及時編譯 (Just-In-Time compile) 是在程式正在執行或快要執行的時候，把程式編譯成可以直接執行的機器碼，加快之後執行時的效能。

加速元件會對 Wasm 模組做分析，把必要的函式編譯成機器碼加速執行。

加速元件包含以下模組：

分析器 (Analyzer)

分析器會分析 Wasm 模組內每個函式的使用頻率和特性，決定哪些函式會被及時編譯成原生函式(Native Function)，並安排及時編譯的優先順序。

及時編譯器 (JIT Compiler)

及時編譯器按照分析器分析完的優先順序，將 Wasm 模組的函式編譯成原生函式，再交給執行元件做利用

執行元件 (Executor)

執行元件在實例產生器處理完之後，執行主要模組的起始函式，讓程式開始運作。

執行元件包含以下模組：

儲存空間 (Store)

儲存空間的架構對應到規格裡的 Store。接受實例產生器產生的結果，存到對應的欄位中，提供核心使用。

一個執行中的程式可能會使用多個核心，但是儲存空間是所有核心共用的。

核心 (Core)

核心是最主要的執行單位，擁有自己的堆疊(Stack) 和計數器(Program Counter)。

核心會按照計數器依序提取指令，執行以下動作

執行對應的執行函式(Runtime Function)
遇到 unreachable 時觸發系統呼叫(SysCall)
呼叫已經及時編譯完的原生函式(Native Function)

一個執行中的程式可能會使用多個核心，不同核心間的堆疊和計數器是獨立的，但是會共用儲存空間。

系統呼叫 (SysCall)

有些和系統有關的操作(例如：輸入輸出)，或是 WebAssembly 沒有定義的操作(例如:例外處理)，無法在 WebAssembly 裡直接執行。

在規格中可以引入外在的原生函式，直接呼叫外在的原生函式來進行操作，但是 WasmVM 並不允許直接呼叫外在的原生函式。

WasmVM 必須利用 unreachable 指令觸發系統呼叫，再執行系統呼叫模組中對應的處理函式(SysCall Function)處理系統呼叫，間接的進行系統操作，做到類似軟體中斷(Software Interrupt)的效果。

要執行系統呼叫，必須在堆疊內先放進需要的值當作引數，再放進對應的 i32 的常數作為系統呼叫編號，最後執行 unreachable 指令觸發系統呼叫。

範例：

假設定義 0 號為兩數相加的系統呼叫，以函式的方式表示為 add(i32 a, i32 b)

如果想把 a 帶入 5，b 帶入 3 做相加，指令可以寫成：

i32.const 5     ;; i32 a
i32.const 3     ;; i32 b
i32.const 0     ;; 編號
unreachable     ;; 執行系統呼叫

執行完在堆疊裡就會出現結果 8

WasmVM