เหตุใด VMs จึงจำเป็นต้องเป็น "เครื่องซ้อน" หรือ "เครื่องลงทะเบียน" ฯลฯ

_{(นี่เป็นคำถามที่มือใหม่มาก)}

ฉันได้ศึกษาเกี่ยวกับ Virtual Machines เล็กน้อยแล้ว

ปรากฎว่าส่วนมากของพวกเขาได้รับการออกแบบคล้ายกับคอมพิวเตอร์ทางกายภาพหรือทางทฤษฎี

ฉันอ่านว่า JVM เป็น 'เครื่องซ้อน' หมายความว่า (และแก้ไขให้ฉันถ้าฉันผิด) คือมันเก็บทุกอย่างไว้ใน 'หน่วยความจำชั่วคราว' บนสแต็กและทำการดำเนินการบนสแต็กนี้สำหรับ opcodes ทั้งหมด

ตัวอย่างเช่นซอร์สโค้ด2 + 3จะถูกแปลเป็น bytecode คล้ายกับ:

push 2
push 3
add

คำถามของฉันคือ:

JVMs อาจเขียนโดยใช้ C / C ++ และเช่นนั้น ถ้าเป็นเช่นนั้นทำไม JVM ไม่รันโค้ด C ต่อไปนี้: 2 + 3.. ? ฉันหมายความว่าเหตุใดจึงต้องใช้สแต็กหรือใน 'รีจิสเตอร์' VM อื่น ๆ - เหมือนในคอมพิวเตอร์จริง

CPU จริงที่มีอยู่จริงจะดูแลสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด เหตุใดผู้เขียน VM ไม่เพียงเรียกใช้งานการแปลโดยใช้คำสั่ง 'ปกติ' ในภาษาที่ VM ตั้งโปรแกรมไว้?

ทำไม VM จึงจำเป็นต้องจำลองฮาร์ดแวร์เมื่อฮาร์ดแวร์จริงได้ทำสิ่งนี้ให้เราแล้ว?

อีกครั้งคำถามที่ newbie-ish มาก ขอบคุณสำหรับความช่วยเหลือของคุณ

เครื่องจักรเสมือนหรือไม่ต้องการโมเดลการคำนวณซึ่งอธิบายถึงวิธีการคำนวณ ตามคำนิยามทันทีที่คำนวณมันใช้การคำนวณบางรูปแบบ คำถามคือเราควรเลือกรุ่นใดสำหรับ VM ของเรา เครื่องจักรทางกายภาพถูก จำกัด ด้วยสิ่งที่สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพในฮาร์ดแวร์ แต่ตามที่คุณทราบเครื่องเสมือนไม่มีข้อ จำกัด ดังกล่าวเครื่องเหล่านั้นถูกกำหนดไว้ในซอฟต์แวร์โดยใช้ภาษาระดับสูงโดยพลการ

ในความเป็นจริงแล้วมีเครื่องเสมือนที่อยู่ในระดับสูงตามที่คุณอธิบาย พวกเขาจะเรียกว่าการเขียนโปรแกรมภาษา ตัวอย่างเช่นมาตรฐาน C อุทิศส่วนใหญ่ของหน้าเพื่อกำหนดแบบจำลองสำหรับเครื่องที่เรียกว่า "C abstract machine" ซึ่งอธิบายถึงวิธีการทำงานของโปรแกรม C และการขยาย (ตามกฎ) ว่าคอมไพเลอร์ C (หรือล่าม) เป็นอย่างไร ควรประพฤติตน

แน่นอนเรามักจะไม่เรียกว่าเครื่องเสมือน VM มักจะหมายถึงบางสิ่งบางอย่างในระดับต่ำกว่าใกล้กับฮาร์ดแวร์ไม่ได้ตั้งใจที่จะตั้งโปรแกรมโดยตรงออกแบบมาเพื่อดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพ อคติการเลือกนี้หมายความว่าสิ่งที่ยอมรับรหัสการแต่งเพลงระดับสูง (เช่นที่คุณอธิบาย) จะไม่ถูกพิจารณาว่าเป็น VM เพราะจะเรียกใช้งานรหัสระดับสูง

แต่เพื่อให้ตรงประเด็นนี่คือเหตุผลบางประการในการสร้าง VM (เช่นเดียวกับสิ่งที่กำหนดเป้าหมายโดยคอมไพเลอร์ bytecode) หรือการลงทะเบียน สแต็คและเครื่องลงทะเบียนง่ายมาก มีลำดับของคำสั่งบางสถานะและซีแมนทิกส์สำหรับแต่ละคำสั่ง (สถานะฟังก์ชั่น -> รัฐ) ไม่มีการลดทรีแบบซับซ้อนไม่มีตัวดำเนินการที่สำคัญกว่า การแยกวิเคราะห์และดำเนินการเป็นเรื่องง่ายมากเพราะเป็นภาษาที่น้อยที่สุด (มีการรวบรวมน้ำตาลประโยค) และออกแบบให้อ่านด้วยเครื่องแทนที่จะอ่านโดยมนุษย์

ในทางตรงกันข้ามการแยกวิเคราะห์แม้แต่ภาษา C ที่ง่ายที่สุดนั้นค่อนข้างยากและการดำเนินการต้องใช้การวิเคราะห์ที่ไม่ใช่เฉพาะในพื้นที่เช่นการตรวจสอบและการแพร่กระจายชนิดการแก้ไขโอเวอร์โหลดการบำรุงรักษาตารางสัญลักษณ์การแก้ไขตัวระบุสตริงและอื่น ๆ มันสร้างขึ้นบนแนวคิดที่เป็นธรรมชาติสำหรับมนุษย์ แต่ต้องได้รับการออกแบบวิศวกรรมย้อนกลับอย่างระมัดระวังด้วยเครื่องจักร

JVM bytecode javacตัวอย่างเช่นมีการปล่อยออกมาจาก แทบไม่จำเป็นต้องอ่านหรือเขียนโดยมนุษย์ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะต้องมุ่งเน้นไปที่การบริโภคด้วยเครื่องจักร หากคุณเพิ่มประสิทธิภาพมันสำหรับมนุษย์ JVM จะเป็นเพียงแค่การเริ่มต้นในทุกอ่านรหัสแยกมันวิเคราะห์เป็นและจากนั้นแปลงเป็นตัวแทนกลางคล้ายเครื่องรุ่นดังกล่าวง่ายอยู่แล้ว อาจตัดชายกลางออกไป

คำตอบนี้มุ่งเน้นไปที่ JVM แต่ที่จริงแล้วมันใช้กับ VM ใด ๆ

ทำไม VM จึงจำเป็นต้องจำลองฮาร์ดแวร์เมื่อฮาร์ดแวร์จริงได้ทำสิ่งนี้ให้เราแล้ว?

แต่มันทำให้ VM ง่ายและพกพาได้มาก: VM ที่เลียนแบบฮาร์ดแวร์สามารถใช้โมเดลการคำนวณเดียวกันกับ CPU ของฮาร์ดแวร์ใด ๆ

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง JVM สร้างขึ้นโดยคำนึงถึงความสะดวกในการพกพาในความเป็นจริงมันถูกสร้างขึ้นเพื่อให้สามารถนำไปใช้กับฮาร์ดแวร์ได้ (อาจจะยากที่จะเชื่อในวันนี้ แต่ต้นกำเนิดของ Javaอยู่ในโลกฝังตัว )

หากคุณมีเป้าหมายเช่นนี้เป็นที่พึงปรารถนาที่ VM จะทำงานใกล้เคียงกับเครื่องจักรจริงเท่าที่จะทำได้เพราะการแปลรหัสเครื่องจริงจะง่ายขึ้นและเร็วขึ้น เมื่อคุณมี opcodes ของ VM ในทางทฤษฎีสิ่งที่คุณต้องทำคือแปลเป็น opcodes ของ CPU ที่โปรแกรมทำงานจริง ในทางปฏิบัติมันไม่ง่ายอย่างนั้น

ฉันหมายความว่าเหตุใดจึงต้องใช้สแต็กหรือใน 'รีจิสเตอร์' VM อื่น ๆ - เหมือนในคอมพิวเตอร์จริง

การใช้โมเดลเครื่องเสมือนแบบกองซ้อนมีข้อได้เปรียบที่สามารถถ่ายโอนไปยังทั้งเครื่องบันทึกและเครื่องซ้อนได้อย่างง่ายดายในขณะที่ตรงกันข้ามไม่จำเป็นต้องเป็นจริง VM ที่ใช้รีจิสเตอร์จะต้องทำการตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับจำนวนของรีจิสเตอร์ขนาดของรีจิสเตอร์และอื่น ๆ ด้วยเครื่องสแต็คไม่จำเป็นต้องใช้สมมติฐานดังกล่าว

CPU จริงที่มีอยู่จริงจะดูแลสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด เหตุใดผู้เขียน VM ไม่เพียงเรียกใช้งานการแปลโดยใช้คำสั่ง 'ปกติ' ในภาษาที่ VM ตั้งโปรแกรมไว้?

นั่นคือสิ่งที่ VMs ทำเช่นนั้นพวกเขาตีความ bytecode แม้แต่ JVM ก็ทำเช่นนั้นอย่างน้อยก็ก่อนที่ JIT (ทันเวลา) จะเตะใน: มันตีความรหัสไบต์และประมวลผลคำสั่งในภาษาที่ JVM เขียน (โดยทั่วไปคือ C หรือ C ++ แต่มีแม้แต่ฉบับเดียวที่เขียน ใน JavaScript, Doppio ) อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าแม้ข้อความดังกล่าวจะถูกแปลเป็นโค้ดเครื่องโดยคอมไพเลอร์และจริงๆแล้วก็ดูคล้ายกับสิ่งที่คอมไพเลอร์ Java สร้างขึ้น - นั่นคือพวกเขาใช้รีจิสเตอร์และสแต็กเพื่อทำงานของพวกเขา โปรดสังเกตว่าการใช้ภาษา "ตีความ" เทียบกับ "รวบรวม" จะค่อนข้างพร่ามัวในตอนนี้

เหตุใด VMs จึงจำเป็นต้องเป็น "เครื่องซ้อน" หรือ "เครื่องลงทะเบียน" ฯลฯ

พวกเขาไม่ได้. หากคุณต้องการเครื่องเสมือนอาจเป็นอะไรก็ได้

เครื่องเสมือนที่มีอยู่ได้ปรากฏขึ้นเพื่อแก้ไขสถานการณ์เช่น: ความคิดที่ยอดเยี่ยมจริงๆมาถึงหัวของฉันฉันได้คิดค้นภาษาการเขียนโปรแกรมใหม่! แต่ฉันต้องสร้างรหัส (มันเป็นงานที่น่าเบื่อ!) แต่ฉันไม่ต้องการสร้างรหัส i8086 เพราะมันน่าเกลียดและฉันไม่ต้องการสร้างรหัส 68k เพราะทุกคนใช้ Intel นอกจากนี้ยังมี VAX แต่ฉันไม่มี VAX ใด ๆ ไม่ว่าจะเป็นคอมพิวเตอร์หรือหนังสือ VAX ดังนั้นฉันจะสร้างรหัสสำหรับโปรเซสเซอร์บางตัวที่ไม่มีอยู่จริงและใช้โปรเซสเซอร์นั้นในซอฟต์แวร์ สเป็คของ VM นั้นจะทำให้บทในวิทยานิพนธ์ของฉัน ในทางทฤษฎีแล้วมันจะเป็นไปได้ที่จะคอมไพล์มันให้เป็นรหัสเนทีฟของโปรเซสเซอร์ใด ๆ แต่นั่นจะไม่ใช่ฉัน

ในทางกลับกันสัญกรณ์เช่น "2 + 3" อาจจะไม่ถูกใช้โดย VM ในอนาคตอันใกล้เพราะมันหมายถึงการทำการเปลี่ยนแปลงมากมายก่อนที่บางสิ่งอาจถูกดำเนินการ

เพื่อตอบคำถามจริงที่ถูกถาม คำว่า "virtual machine" หมายถึงซอฟต์แวร์ / ฮาร์ดแวร์ทั้งหมดได้รับการจำลอง / จำลอง หากคุณใช้ซอฟต์แวร์ / ฮาร์ดแวร์พื้นฐานเพื่อดำเนินการตามคำแนะนำแล้วคุณไม่มี VM คุณมีคอมไพเลอร์ / ล่าม