SBCL：终极汇编代码面包板 (2014)

编辑：Lutz Euler 指出 NEXT 序列（用于）使用索引寄存器但没有基址来编码有效地址。该错误不会影响指令的含义，但会强制进行浪费的编码。机器码的区别如下。之前（14 个字节）： 1 2 3 4 ； 03：8B043D00000000 MOV EAX，[RDI]； _5_ 无用字节！ ; 0A：4883C704 添加 RDI，4； 0E：4801F0 添加 RAX、RSI； 11：FFE0 JMP RAX 现在（9 个字节）：1 2 3 4 ； 93：8B07 MOV EAX，[RDI]； 95：4883C704 添加 RDI，4； 99：4801F0 添加 RAX、RSI； 9C：FFE0 JMP RAX 我修复了 NEXT 的定义，但没有修复下面的反汇编片段；他们仍然显示旧的机器代码。本周早些时候，我又看了一眼 F18。和 Chuck Moore 的作品一样，很难区分疯狂和纯粹的才华；）令我震惊的一件事是堆栈有多么小：10 个插槽，没有花哨的溢出/下溢陷阱。基本原理是，如果您需要更多插槽，那么您就做错了，当您知道自己在做什么时，无声溢出很有用。这当然符合我在 HP-41C 和 x87 上的经验。这也让我想起 djb 的一篇文章，谴责我们滥用 x87 的旋转堆栈：他的论点是，通过仔细的调度，“自由”FXCH 使堆栈即使不是优于寄存器，也可以等效。这篇文章以一个（非流水线）循环结束，由于 x87 的隐式堆栈旋转，该循环不会浪费任何循环来洗牌数据。这让我想知道哪些实现技术可用于基于堆栈的虚拟机，将其堆栈限制为例如 8 个插槽。显然，将所有内容都保存在寄存器中是理想的选择。然而，如果我们天真地这样做，push 和 pop 就会变得更加复杂； Forth 引擎通常只缓存堆栈前 1-2 个元素是有原因的。我决定模仿 x87 和 F18（编辑：以后者的两个 TOS 缓存寄存器为模）：推入/弹出不会导致任何数据移动。相反，如下图所示，它们递减/递增指向堆栈顶部 (TOS) 的模块化计数器。这在软件中仍然会很慢（大多数 ISA 无法索引寄存器）。关键是计数器不能取太多值：如果堆栈中有 8 个槽，则只能取 8 个值。出于性能原因，堆栈虚拟机已经复制了原语（例如，通过在多个地址之间分散执行相同原语来帮助 BTB），因此为堆栈计数器可以采用的所有 8 个值专门化原语似乎是合理的。在常规的直接线程虚拟机中，大多数 primops 都会以跳转到下一个 (NEXT) 的代码序列结束，例如 add rsi, 8 ;在跳转 jmp [rsi-8] 之前增加虚拟 IP；跳转到RSI先前指向的地址，其中rsi是虚拟指令指针，VM指令只是指向相关原语的机器代码的指针。我将对这个序列进行两处更改。我不喜欢在字节码中硬编码地址，而且每个虚拟指令 64 位太浪费了。相反，我将对 primop 代码块的偏移量进行编码： mov eax, [rsi] add rsi, 4 add rax, rdi jmp rax 其中 rdi 是 primops 的基地址。我还需要根据隐式堆栈计数器的新值进行调度。我决定通过定期（例如一页）存储每个 primop 的变体来使调度尽可能简单。我将其四舍五入为 64 * 67 = 4288 字节，以最大限度地减少混叠事故。 NEXT 变成类似 mov eax, [rsi] add rsi, 4 lea rax, [rax + rdi +variant_offset] jmp rax 的技巧是，variant_offset = 4288 * stack_counter，并且在编译原语时（通常）知道堆栈计数器。如果堆栈保持原样，则计数器也保持原样；压入一个值会使计数器递减，弹出一个值会使计数器递增。这似乎很合理。让我们看看能否让它发挥作用。准备工作我想探索一个问题，为此我将发出大量重复的机器代码。 SLIME 的 REPL 和 SBCL 的汇编器非常适合这项任务！ （我希望很清楚我使用的是不受支持的内部结构；如果它损坏了，您可以保留这些碎片。）VM 的基本设计是： r8 - r15：堆栈插槽（32 位）； rsi ：机器代码原语的基地址； rdi ：虚拟指令指针（指向下一条指令）； rax 、 rbx 、 rcx 、 rdx ：暂存寄存器； rsp ：（虚拟）返回堆栈指针。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 (导入 '(sb-assem:inst sb-vm::make-ea)) ;我们会经常使用这两个;;我们堆栈的后备存储 (defvar *stack* (make-array 8 :initial-contents (list sb-vm::r8d-tn sb-vm::r9d-tn sb-vm::r10d-tn sb-vm::r11d-tn sb-vm::r12d-tn sb-vm::r13d-tn sb-vm::r14d-tn sb-vm::r15d-tn))) ;; _primop- Generation-time_ 堆栈指针 (defvar *stack-pointer*) ;; (@ 0) 返回 TOS 的（当前）寄存器，(@ 1) 返回 ;;下面那个，等等 (defun @ (i) (aref *stack* (mod (+ i *stack-pointer*) (length *stack*)))) (defvar *code-bas