跨平台虛擬機

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設計原理

QEMU 是一種相當快速的虛擬機，比起使用 bytecode 解譯的方式要快上許多，這是怎麼做到的呢？

QEMU 的設計原理乃是將目的檔中的機器碼反組譯成 C 語言指令，然後再利用 gcc 將這個 C 語言程式編譯為機器語言，然後直接在目標平台上執行，因此不需要撰寫目的檔的解譯程式，這是一種設計虛擬機的獨特技巧，請參考下列文章。

    http://usenix.com/events/usenix0 ... bellard/bellard.pdf

但是，即使讀完了這篇文章，我仍然無法完全理解其中的設計原理，如何將機器碼反組譯成 C 語言呢？有一天，當我被問到這個問題，重新仔細思考之後，似乎一切都豁然開朗了。

假如我們用 CPU0 的指令為例，如果有一個 CPU0 組合語言如下所示。

    LD    R1, [300]
    LDI    R2, 100
    CMP    R1, 0
    JEQ    END
    ADD    R3, R1, R2
    ST    R3, [200]
END :     RET

那麼，我們可以將其反向轉譯為如下的 C 語言程式。

    R1 = K300;
    R2 = 100;
    if (R1 == 0)
      goto END;
    R3 = R1 + R2;
    R3 = K200;
END :     return

R1:    RESW 1
R2:    RESW 1
K200:     RESW 1
K300:     RESW 1

如此，編譯後的 C 語言的程式，其行為就會和 CPU0 程式的行為一致，如此就完成了整個虛擬機器的設計，而且不需要使用解譯的方式，而是使用編譯的方式完成了虛擬機器的設計，這種模式會比解譯的方式快上許多。

在這種架構下，所有的暫存器存取都會被翻譯成記憶體的存取，這樣雖然會讓編譯後的存取速度較為緩慢一些，但是由於編譯器本身又會安排目標機器的暫存器的使用方式，因此又會再度增快速度。

這種方式真是一種相當聰明且簡單的設計方式啊！