rbpf虚拟机-即时编译器(JIT)

盹猫

发布于 2025-07-22 18:50:54

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一、概述

该篇文章是记录rbpf虚拟机即时编译器(JIT)方法过程。

本文记录的是基于 x86-64 架构的 eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）即时编译器（JIT）。

(学习该虚拟机的目的是为了搞懂solana合约的执行方式,solana使用的rbpf是在该虚拟机上进行扩展。)

二、主要功能

2.1 寄存器映射

eBPF 有 11 个通用寄存器，x86-64 有更多的寄存器。

RAX 映射到 eBPF 的返回值寄存器。
RDI、RSI、RDX 等寄存器用于传递参数。

2.2 指令发射

指令发射是 JIT 编译的核心部分(emit*),在本编译器中主要由下述指令完成:

emit_alu32 和 emit_alu64 生成算术逻辑单元（ALU）指令。
emit_mov 生成数据传输指令。
emit_jcc 和 emit_jmp 生成条件跳转和无条件跳转指令。

2.3 跳转处理

eBPF 中的跳转指令（如 JEQ、JGT 等）动态计算目标地址。

2.4 辅助函数调用

eBPF 支持调用辅助函数（如哈希表查找、随机数生成等）。

三、关键代码

3.1 寄存器上下文

先保存寄存器的当前值，以便在 JIT 编译的代码执行完成后可以恢复它们。 保存寄存器

    self.emit_push(mem, RBP);
    self.emit_push(mem, RBX);
    self.emit_push(mem, R13);
    self.emit_push(mem, R14);
    self.emit_push(mem, R15);

3.2 存储中间值

self.emit_mov(mem, RDX, R10);

RDX用于传递内存指针,这里将RDX赋值给R10,即使用R10存储临时数据。

3.3 内存缓冲区

根据use_mbuff和update_data_ptr的值来判断:

use_mbuff:是否启用缓冲区
update_data_ptr:是否需要更新数据指针

为JIT编译的函数序言准备寄存器和内存指针状态。

  match (use_mbuff, update_data_ptr) {
      (false, _) => {
          //不使用任何mbuff,内存指针移至寄存器1
          if map_register(1) != RDX {
              self.emit_mov(mem, RDX, map_register(1));
          }
      }
      (true, false) => {
          // 使用已经指向mem和mem_end的mbuff：将其移动到寄存器1。
          // We use a mbuff already pointing to mem and mem_end: move it to register 1.
          if map_register(1) != RDI {
              self.emit_mov(mem, RDI, map_register(1));
          }
      }
      //使用 mbuff，并且需要更新数据指针（mem 和 mem_end 的偏移值）
      (true, true) => {
          self.emit_alu64(mem, 0x01, RDI, R8); // add mbuff to mem_offset in R8
          self.emit_store(mem, OperandSize::S64, RDX, R8, 0); // set mem at mbuff + mem_offset
                                                              // Store mem_end at mbuff + mem_end_offset. Trash R9.
          self.emit_load(mem, OperandSize::S64, RDX, R8, 0); // load mem into R8
          self.emit_alu64(mem, 0x01, RCX, R8); // add mem_len to mem (= mem_end)
          self.emit_alu64(mem, 0x01, RDI, R9); // add mbuff to mem_end_offset
          self.emit_store(mem, OperandSize::S64, R8, R9, 0); // store mem_end

          // Move rdi into register 1
          if map_register(1) != RDI {
              self.emit_mov(mem, RDI, map_register(1));
          }
      }
  }

对应功能 当不使用任何mbuff,内存指针移至寄存器1 当使用已经指向mem和mem_end的mbuff：将其移动到寄存器1。当使用 mbuff，并且需要更新数据指针（mem 和 mem_end 的偏移值）

3.4 初始化栈

self.emit_mov(mem, RSP, map_register(10));
self.emit_alu64_imm32(mem, 0x81, 5, RSP, ebpf::STACK_SIZE as i32);

将RSP(栈指针)赋值给寄存器R10，分配栈空间（emit_alu64_imm32 调整 RSP）。

3.5 指令翻译

        while insn_ptr * ebpf::INSN_SIZE < prog.len() {
            let insn = ebpf::get_insn(prog, insn_ptr);

            self.pc_locs[insn_ptr] = mem.offset;

            let dst = map_register(insn.dst);
            let src = map_register(insn.src);
            let target_pc = insn_ptr as isize + insn.off as isize + 1;

            match insn.opc {
                // BPF_LD class
                // R10 is a constant pointer to mem.
                ebpf::LD_ABS_B => self.emit_load(mem, OperandSize::S8, R10, RAX, insn.imm),
                ....}
	}

这里类似与汇编器和反汇编器,对不同指令进行翻译。

3.6 收尾部分(Epilogue)

		//1.
        self.set_anchor(mem, TARGET_PC_EXIT);
		//2.
        // Move register 0 into rax
        if map_register(0) != RAX {
            self.emit_mov(mem, map_register(0), RAX);
        }
		//3.
        // Deallocate stack space
        self.emit_alu64_imm32(mem, 0x81, 0, RSP, ebpf::STACK_SIZE as i32);

self.set_anchor(mem, TARGET_PC_EXIT); 即设置突出标记,对应汇编码总的EXIT。
确保返回值符合 x86-64 调用约定。
释放栈空间。

3.7 恢复寄存器和返回调用

    self.emit_pop(mem, R15);
    self.emit_pop(mem, R14);
    self.emit_pop(mem, R13);
    self.emit_pop(mem, RBX);
    self.emit_pop(mem, RBP);
	//返回
	self.emit1(mem, 0xc3); // ret

什么是x86-64 调用约定(System V ABI )?