连载《Chrome V8 原理讲解》第一篇:V8环境搭建

阅读量    136615 |

分享到: QQ空间 新浪微博 微信 QQ facebook twitter

 

为什么写这个主题

Chrome的重要地位不用赘述,V8不仅是chrome的核心组件,还是node.js等众多软件的核心组件,V8的重要程度亦不用多言。V8涉及的技术十分广泛,包括了操作系统、编译技术、计算机系统结构等多方面的知识,而网上的材料或零散或陈旧,给初学者造成了很大的困难,所以我准备写一系列文章,从基础入手,对V8内存分配、Isolate创建、handles概念、builtin、codegen、编译等每个方面进行详细讲解,力求做到有概念层面的讲解、有理论依据,又有代码层面的说明、有事实论证。

 

本节内容介绍

本文是这个系列的第一篇,主要讲解四部分内容:一、编译工具链、V8编译和调试;二、如何学习V8代码最容易;三、以JavaScript元素(Element)为例,开启V8源码的学习之旅,起到抛砖引玉的作用;四、元素原理讲解。
本文所讲的操作过程要求你的网络能访问谷歌,还要求你的cmd命令行也能通过http(s)访问谷歌。

 

一、下载、编译、调试

1.系统环境要求

操作系统 win 10 64bit,VS2019社区版,git
windows 10 SDK至少是10.0.19041以上版本,安装SDK时不推荐用VS installer安装,应该单独下载SDK安装包,原因是installer安装的SDK文件不全。

2.depot_tools工具

它是v8的编译工具链,下载代码,编译代码都需要用到它。

  1. 下载地址:https://storage.googleapis.com/chrome-infra/depot_tools.zip
  2. 压缩depot_tools.zip,用鼠标右键压缩,注意:不要双击打开并从中拖拽出来
  3. 把depot_tools加入到环境变量PATH中;添加系统变量DEPOT_TOOLS_WIN_TOOLCHAIN=0
  4. 打开CMD终端(不是powershell,并且能通过http(s)访问谷歌),执行gclient。它做一些初始化工作,与v8代码无关,不作深入讲解,可自行查阅源码
  5. gclient执行完毕,用where python查看depot_tools中的python.bat路径信息,确保python.bat在环境变量PATH中的位置在系统中原有(如果有)的python环境位置前面

3.下载代码

git的初始化

  > git config --global user.name "Name"
  > git config --global user.email "address@mail.com"
  > git config --global core.autocrlf false
  > git config --global core.filemode false
  > git config --global branch.autosetuprebase always

下载V8代码

  fetch v8
  git pull origin master

源码不太大,用debug模式编译后需要7G的硬盘空间,建议用固态硬盘,因为文件数量多,VS2019在扫描文件之间的引用关系时,固态很有优势。

生成GN工程文件

  > cd ~\v8\src #进入v8 src目录
  > gn gen --ide=vs out\default --args="is_component_build = true is_debug = true v8_optimized_debug = false"

gn命令不是本文重点,可自行查阅,参数:is_debug = true 让v8可以被调试,v8_optimized_debug = false 去掉对调试v8有干扰的代码优化,这不会影响v8的正确性,只可能对性能有点影响,下文是我的编译配置文件args.gn。

  is_component_build = true  
  is_debug = true  
  v8_optimized_debug = false  
  v8_use_snapshot = false

4.编译、调试

用VS2019编译V8
在src\out\default下,能看到all.sln,双击打开,如图-1。

图1

在解决方案资源管理器中,能看到v8_hello_world这个方案,鼠标右击“设为启动项目”,再次鼠标右击“生成”,这样就开始编译了,在图1下方的输出窗口,能看到编译过程。编译时间长短要看机器性能:CPU和内存频率、硬盘读写速度。

图2

上图是跟踪hello world的调用堆栈。
总结,环境搭建过程中可能会出现意想不到的问题,多数都和SDK版本、环境变量有关,详细查看出错信息往往会得到答案。

 

二、更容易入手的学习方法

学代码,肯定是可以调试、跟踪最容易,V8代码量大、结构复杂、类引用的层级关系多,要有一个合理的入口才好,v8的源码都在src目录下,如下图。

除了src目录,我们看到还有一个samples目录,它就是我们开始学习的地方,图1中打开的文件(hello-world.cc)正是在这个目录下,这个hello world程序是用C++编写的,包括了启动V8,然后运行一个javascript语言的hello world,还有一个加法运算。准确地说,V8是一个javascript虚拟机,这个hello word.cc中仅有”hello world”和加法算法是一个真正的javascript程序,其它的代码都是为了运行javascript程序而做的准备工作(启动V8虚拟机),包括了V8的创建、Isolate创建、handle创建,编译,输出hello world,再结束V8的全过程。这里只包括了V8最简单最必要的功能集,所以,从跟踪hello-world.cc入手学习V8是最简单的。

 

三 、元素(Element)的调试跟踪

V8的启动全过程涉及很多知识,本篇文章的作用为学习V8代码起个头,所以咱们聊聊相对简单的元素(Element)初始化。通过元素的初始化,了解如何跟踪V8代码,以及了解V8的代码风格。
先来说什么是元素,Element是什么?先来看一个概念,{a:”foo”,b:”bar”},这个对象有两个名字属性(name properties),”a”和”b”,它们不能用数组下标索引,有下标索引属性的,通常被称为元素(Element),例如:[“foo”,”bar”],0位置是”foo”,1位置是”bar”。这在V8中的处理方式有很大的不同,先通过一张图说明一下javascript对象在V8中的表现形式。

从图可以看出,在V8中javascript对象内部是分开做存储的,name property和元素分开存储的,也就是图版中红色标记的部分。我直接给出了在V8中定位元素代码和调试跟踪方法,见下图。

注意图中文件的位置,和断点,调试时就可以在这个位置停下来,这就是跟踪方法,单步进入分析即可。

 

四、元素(ELement)原理及重要数据结构

1.主要代码和数据结构

Element中的大量方法,例如pop或者slice方法等,大多都是用来对一段连续的地址空间进行操作的。ElementsAccessor是操作Element的基类,在Element上的每个操作都会对应到ElmentsAccessor。

void ElementsAccessor::InitializeOncePerProcess() {
  static ElementsAccessor* accessor_array[] = {
#define ACCESSOR_ARRAY(Class, Kind, Store) new Class(),
     ELEMENTS_LIST(ACCESSOR_ARRAY)//这里初化的宏义
#undef ACCESSOR_ARRAY
  };
  STATIC_ASSERT((sizeof(accessor_array) / sizeof(*accessor_array)) ==
                kElementsKindCount);
  elements_accessors_ = accessor_array;
}

代码中的ACCESSOR_ARRAY和ELEMENTS_LIST两个宏配合完成初始化,ELEMENTS_LIST中也能看到所有种类的Element,也就是Element kinds,如下图所示。

以FastPackedSmiElemntsAccessor为例进行分析,这个类从名字可以看出来它是连续存储的Smi类型(V8中规定),连续存储是指数据地址中没有空洞,例如:a =[1,2,3],这就是packed(连续) Smi,b = [1,,3],这就是Holey Smi。何为Smi?就是小整数,以32位CPU为例说明,最低的一位(bit)是表示类型的,如果是1,则是指针,是0表示是Smi。
FastPackedSmiElementsAccessor中没有具体实现的功能, 我们直接看他的父类 FastSmiOrObjectElementsAccessor,这里有一些功能的实现,但目前看完这些功能,是没有办法在脑海中构建出一个Element结构来的,现在还为时尚早,因为这里只有Element的初始化,没有讲它是如何使用的,比如:slice方法是如何实现的,这里并没有详细说明,这里主要说明了初始化。接着看FastElementsAccessor这个父类,这里定义的功能实现比FastSmiOrObjectElementsAccessor中多,方法名中包含”Normailize”字样的方法非常重要,因为任何一个Javascript中关于Element的操作方法(比如slice)的执行过程都与Normalize类方法有关,Normalize是Element的操作方法到最终实现之间的必经之路。

NormalizeImpl是Normalize方法的具体实现,再进入下一个父类。

最后给出类型的嵌套关系,如下图。

看完这些类中的各种方法,感觉方法之间无法关联起来,这是正常的,因为到目前为止,我们还没有进入方法的调用过程。

2.从element.length看执行过程

到目前为止,我们还只是看ELement的初始化过程,如果能让所有的成员动起来,可以提高我们的学习效率,借助debug让代码动起来,如下图。

我们调试的是shell.cc,它的位置在samples\下,我们没有使用hello world,改为使用shell.cc,只是因为shell的交互性更强,让你看到”动起来”的效果更明显,hello world依旧是最简单的学习方式。调试之前要把这个工程编译,看图中右侧的红色标记,可以把这个工程设置为启动项,然后生成,启动debug后可以看到下面这个图。

这时,我们在elements.cc中下断点,如下图。

在这样图中,能看到断点,还有调用堆栈,从中能看到函数的调用过程,在shell窗口中执行如下指令。

a=[1,2,3,4]
a.length = 7 //特意改变数组长度,为了能触发断点

这时就能够复原上图的堆栈了,你可以查看附近的相关代码。

3.数据结构Accessors

我们先来看一下这个结构的部分源代码。

// Accessors contains all predefined proxy accessors.
class Accessors : public AllStatic {
 public:
#define ACCESSOR_GETTER_DECLARATION(_, accessor_name, AccessorName, ...) \
  static void AccessorName##Getter(                                      \
      v8::Local<v8::Name> name,                                          \
      const v8::PropertyCallbackInfo<v8::Value>& info);
  ACCESSOR_INFO_LIST_GENERATOR(ACCESSOR_GETTER_DECLARATION, /* not used */)
#undef ACCESSOR_GETTER_DECLARATION

#define ACCESSOR_SETTER_DECLARATION(accessor_name)          \
  static void accessor_name(                                \
      v8::Local<v8::Name> name, v8::Local<v8::Value> value, \
      const v8::PropertyCallbackInfo<v8::Boolean>& info);
  ACCESSOR_SETTER_LIST(ACCESSOR_SETTER_DECLARATION)
#undef ACCESSOR_SETTER_DECLARATION
...
省略很多代码... ....
...

这个Accessors的作用是什么?通过上面的例子来说明:上面定义的a.length=5的执行过程是:需要先找到它的Accessors,然后才能到具体的setlength,这正好和V8的ElementsAccessor说明是对应的,如下图。

好了,今天就到这里,下次见。
微信:qq9123013 邮箱:v8blink@outlook.com 欢迎批评指正

分享到: QQ空间 新浪微博 微信 QQ facebook twitter
|推荐阅读
|发表评论
|评论列表
加载更多