rbpf虚拟机-码

2025-07-18 107

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简介： 该篇文章是rbpf不同码之间关系和作用的整理。(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。)

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Welcome to Code Block's blog
本篇文章主要介绍了
[rbpf虚拟机-码]
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一、概述

该篇文章是rbpf不同码之间关系和作用的整理。

(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、码的定义

2.1 汇编码

汇编码（Assembly Code）是 汇编语言 的代码形式，它是低级语言的一种，介于高级语言（如 C、C++）和机器码之间。汇编码使用助记符和符号来表示机器指令，比直接使用二进制的机器码更易于人类阅读和编写，但仍然与特定的硬件架构密切相关。

2.2 字节码

字节码（Bytecode）是一种中间表示形式（Intermediate Representation, IR），它是介于高级语言（如 Java、Python）和机器码之间的一种指令集。字节码通常由虚拟机（如 JVM、Python 解释器）解释执行，或者通过 JIT 编译器动态编译为目标机器的机器码。

2.3 机器码

机器码（Machine Code）是 CPU 直接执行的二进制指令，它是计算机硬件能够理解和执行的最低级语言形式。机器码是编译器或汇编器将高级语言（如 C、C++）或汇编语言翻译为的最终形式，直接在 CPU 上运行。

汇编码是语言,字节码是过渡,机器码是最终执行。

三、码样式

3.1 汇编码

常用的x86 是一种变长指令集架构，汇编码通常以助记符表示，指令长度从 1 字节到 15 字节不等
示例 1：将立即数 42 加载到寄存器 eax

mov eax, 42

解释：

mov 是操作码，表示“移动”。
eax 是目标寄存器。
42 是立即数。

3.2 字节码

eBPF 字节码是 eBPF 程序的中间表示形式,例如下述样式:

let prog = &[
     0xb7, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
     0x95, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
];

不同语言的字节码不同,如java虚拟机(JVM),使用自己独有字节码格式:

Compiled from "Example.java"
public class Example {
     
  public Example();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        10                 // 将常量 10 压入栈
       2: istore_1                         // 存储到局部变量表索引 1（a）
       3: bipush        20                 // 将常量 20 压入栈
       5: istore_2                         // 存储到局部变量表索引 2（b）
       6: iload_1                          // 加载局部变量表索引 1（a）
       7: iload_2                          // 加载局部变量表索引 2（b）
       8: iadd                             // 整数加法
       9: istore_3                         // 存储结果到局部变量表索引 3（c）
      10: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
      13: iload_3                          // 加载局部变量表索引 3（c）
      14: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
      17: return
}

3.3 机器码

eBPF 机器码是特定于硬件架构的二进制指令，可以直接在 CPU 上运行。
不同架构的机器码完全不同。例如：

x86_64 架构的机器码：B8 2A 00 00 00
ARM 架构的机器码：E3 A0 00 2A

四、转换代码

4.1 汇编码-字节码(汇编器)

pub fn assemble(src: &str) -> Result<Vec<u8>, String> {
     
    let parsed = (parse(src))?;
    //Ok([Instruction { name: "mov", operands: [Register(0), Integer(0)] }, Instruction { name: "add", operands: [Register(1), Integer(2)] }])
    let insns = (assemble_internal(&parsed))?;

    let mut result: Vec<u8> = vec![];
    for insn in insns {
     
        result.extend_from_slice(&insn.to_array());
    }
    Ok(result)
}

汇编器就要是通过assemble方法,先对指令进行割形成列表,然后通过对不同的op码进行分类后形成对应的字节码数据。

4.2 字节码->汇编码(反汇编器)

pub fn disassemble(prog: &[u8]) {
     
    #[cfg(feature = "std")]
    {
     
        for insn in to_insn_vec(prog) {
     
            println!("{}", insn.desc);
        }
    }

反汇编则通过循环的方式切割字节码指令信息,同样通过op码进行分类转换为对应的字符串信息.

详情请查看文章:rbpf虚拟机-编译与反编译器

4.3 字节码->机器码(JIT即时编译)

设置函数入口，保存寄存器状态，初始化内存指针。
根据 use_mbuff 和 update_data_ptr 的值，处理内存缓冲区（mbuff）和- 数据指针。
分配栈空间，用于存储局部变量和临时数据。
逐条翻译 eBPF 指令为目标机器码，支持多种指令类型（加载、存储、算术运算、跳转等）。
-修正跳转指令的目标地址，确保控制流的正确性。
-Epilogue（函数出口）
五、总结
通过上述对不同码之间的区分,对各种格式码之间的关系认识更加清晰，同时对不同码之间的转换有了一定了解。

代码来源:rbpf虚拟机
鸣谢: qmonnet 提供的开源代码.

当然,我也会将带有中文注释和自己理解的一些代码上传的我的github页面,感兴趣的朋友可以进行clone查看.

我的GitHub:forked

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