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NEOVM 就是 NEO's VM

拆开就很清楚了,Neo区块链系统中使用的虚拟机。

虚拟机就是虚拟的电脑,现在我们通常提到的虚拟机有两种典型的形式。

1.1一种是对一台电脑完整的模拟

比如hyper-V,VMWare

还有街机模拟器

1.2另一种是仅仅作为执行环境

比如JVM 比如dotnet framework 比如V8\lua

对于开发者来说,面对的执行环境又分为两大类情况。

1.2.1 公用执行环境

公用执行环境,比如java c# python

1.2.2 一种是嵌入式执行环境

举个例子,比如lua 就是一种典型的嵌入式脚本。

当然也有通过mono 和 v8,把c# 和 js 作为嵌入式脚本使用的情况。

2 NeoVM是什么

NeoVM的形式就是上文 1.2.2 这种,和Lua相似,是一种嵌入式的执行环境。

NeoVM是一种基于图灵机模式的虚拟机,通过磁头在磁带上的移动改变状态,以此来实现逻辑运算。

NeoVM 是 不依赖于Neo项目的一个单独系统,NeoVM只提供纯粹的逻辑计算能力,采用可扩展的互操作方式,后插入虚拟机可以调用的功能。

NeoVM的设计更贴近机器,执行的代码段是一个内存块,执行时即时将数据解析为指令。

3 NeoVM的执行方式

要说明这件事情我们必须得复习一下图灵机了

忽略我丑陋的字迹

这里就假设你了解磁带式音乐播放器的工作原理,要不然head 和 tape 就变成一个晦涩的概念了。

1.在一条磁带tape上写上指令。
2.磁头head负责读取当前指令
3.指令集是已知的 图中展示了四条指令

nop 啥也不做 push [n] 将一个数字推到calcstack 中 add 从calcstack中取两个值,将他们相加,再放回calcstack中 ret 结束当前执行。

4.寄存器空间来管理状态,对NeoVM来说寄存器是两个Stack,CalcStack 和 AltStack。

有磁带,有磁头,指令集,状态空间,这就是一个图灵机了。

4 Talk is cheap

让我们来研究一下代码吧

代码在 samples/turing01

不到100行代码,模拟了那副丑陋的画里的图灵机执行过程。

首先是准备好写着代码的磁带

NOP
PUSH 1
PUSH 2
ADD
RET

然后滚动磁带,让代码一条条滚到磁头下面

while(!vm.stop)
{
    ...
}

这里涉及到图灵机的停机问题,ret指令就是来通知停机的,要不然我们就会一直滚动下去。当然也可以依赖纸带的长度来停机,实际上NEOVM是设计为纸带用完自动停机的 相信不会有人怀疑这个程序得到的retvalue是3。

让我们来分析一下发生了什么。

这只是模拟程序,一次说明一个问题,我们用class Head表示磁头,用List表示磁带

滚动磁带是通过head.pos的累加

状态空间 是 stop变量 和 calcstack 栈

执行指令的步骤写在函数StepOne中

StepOne 的过程是 1.读取磁带上位于磁头处的代码 2.执行代码 3.滚动磁头 head.pos++;

执行代码时就是操作状态空间

NOP 什么也不干,但NOP依然是最重要的指令之一,你就把他当作空格就好了。

RET 直接导致停机,磁头也不再滚动, 磁头位置也是状态空间的一部分,指令可以导致磁头位置变化,这一点很重要,因为流程控制的本质就是磁头位置变化,所有 的 if for while 逻辑,最后落实到vm上都是在改变磁头位置。

PUSH 往calcstack上推一个值

ADD 从calcstack取两个值,相加后再放回去

如果你跑起这个程序,断点,一步步StepOne,观察calcstack,你会发现:

1.nop 之后,什么也没有发生 2.push 1 之后,calcstack里面是 [1] 3.push 2 之后,calcstack里面是 [2,1] 4.add 之后,calcstack 里面是 [3] 5.ret 之后,stop 变成true了,于是循环就结束了。

这就是NEOVM的工作原理了。

对NEOVM来说 .avm 就是这条tape了,不同之处在于avm是byte[],不是像我们这里使用的List 这么结构化。

这篇的目的是解释NEOVM是什么,是怎么工作的,先用这个简单的程序进行说明。

更多问题,下一篇继续

参考源码位置 https://github.com/lightszero/neovmbook/tree/master/samples/turing01

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