Эмуляторы обычно переводят код, написанный для клиента, на машинный язык с помощью процесса, называемого компиляцией. Вот общий обзор этого процесса: 1. Анализ кода: Эмулятор анализирует код, написанный для клиента, чтобы понять его структуру и синтаксис. 2. Синтаксический и семантический анализ: Эмулятор проверяет синтаксическую и семантическую правильность кода, а также определяет типы данных и переменных. 3. Создание промежуточного представления: Эмулятор создает промежуточное представление кода, обычно в виде абстрактного синтаксического дерева (AST) или байт-кода. 4. Оптимизация: Эмулятор может применить оптимизации к промежуточному представлению кода для улучшения его производительности или эффективности. 5. Кодогенерация: Эмулятор переводит промежуточное представление кода на машинный язык, создавая исполняемый файл или код, который может быть выполнен на целевой платформе. Упрощенный пример кода, который может быть использован в интерпретаторе, выглядит так: ```python def multiply(x, y): return x * y result = multiply(2, 3) print(result) ``` Этот код будет анализироваться эмулятором, создавать промежуточное представление (например, в виде AST), и затем будет сгенерирован соответствующий машинный код для его исполнения. В результате будет напечатано число 6, так как функция `multiply` умножает аргументы и возвращает результат.
Когда эмулятор собирает и компилирует код jit, он составляет этот код в машинных инструкциях. Например, в эмуляторе QEMU есть фронт-энды и бэк-энды. Фронт-энды транслируют инструкции эмулируемой машины в промежуточный код, а бэк-энды транслируют промежуточный код в инструкции хостовой машины. При этом каждая гостевая инструкция может стать несколькими промежуточными, а каждая промежуточная - несколькими хостовыми инструкциями. Если на гостевую инструкцию требуется много промежуточных, она реализуется как вызов функции на C. Инструкции транслируются базовыми блоками, то есть с определенного адреса до определенного условия. Каждому базовому блоку сопоставляется набор флагов, определяемых фронт-эндом. Это позволяет иметь различные варианты трансляции для кода, начинающегося с одного адреса. Оттранслированные базовые блоки помещаются в кеш с функцией поиска по адресу и флагам. В цикле выполнения эмулятор ищет оттранслированный базовый блок в кеше и, если не находит его, транслирует и помещает в кеш, а затем выполняет этот блок. Перед выполнением каждой инструкции не обязательно проверять наличие прерывания. Даже при точной эмуляции достаточно проверять запрос на прерывание только перед входом в оттранслированный базовый блок. QEMU выполняет трансляцию по базовым блокам. Например, если граф состоит из последовательности узлов 0-1-2-3 и узла 4, который прыгает в блок 5-6, то можно выделить 7 базовых блоков: 0-1-2-3, 4-5-6, 7-8-1-2-3, 9-10, 11-12-13, 14-15-16-2-3, 17. Если безусловные переходы - это все переходы от узлов с большими номерами к узлам с меньшими, то количество базовых блоков будет таким же, за исключением блока 2-3, который будет оттранслирован три раза: сам по себе и как часть других блоков.
Нужно рассмотреть вопрос с другой стороны - как именно работает интерпретатор. Оказывается, JIT/IL интерпретируется определенной средой выполнения. Интерпретация IL может быть очень удобной. Кстати, подобные подходы используются уже давно, например, в старых версиях CA Clipper или в реализациях машины Дональда Кнута.
Код в машинных инструкциях создается эмулятором с помощью фронт-ендов и бэк-ендов. Фронт-енды транслируют инструкции эмулируемой машины в промежуточный код, а бэк-енды транслируют промежуточный код в инструкции хостовой машины. Если на гостевую инструкцию требуется более 20 промежуточных инструкций, она реализуется как вызов функции на C. Инструкции транслируются базовыми блоками, которые начинаются с определенного адреса и завершаются при выполнении перехода, изменении адреса страницы виртуальной памяти или превышении лимита числа инструкций в блоке. Оттранслированные базовые блоки сохраняются в кеше с учетом дополнительных флагов, определяющих состояние эмулируемой машины. Это позволяет иметь разные варианты трансляции для кода с одного адреса, например, для разных уровней привилегий. В цикле выполнения эмулятор ищет или транслирует отсутствующий базовый блок и выполняет его, получая контроль после завершения выполнения. Проверка наличия прерывания перед выполнением каждой инструкции не требуется. В точной эмуляции прерывания проверяются только при разрешенных прерываниях. В QEMU обычно проверка прерывания выполняется перед входом в базовый блок. QEMU выполняет трансляцию базовыми блоками. Если нет безусловных переходов, то QEMU может выделить 7 базовых блоков для данного графа. Если учитывать безусловные переходы, то будет 8 базовых блоков, и фрагмент 2-3 будет оттранслирован три раза: сам по себе и в составе других блоков.
Нужно посмотреть на то, как работает интерпретатор с другой точки зрения. Фактически, Just-In-Time (JIT) и Intermediate Language (IL) интерпретируются некоей средой выполнения. IL является удобным для интерпретации форматом. Интересно, что подобные решения используются уже давно, например, в 40-летних образцах, таких как CA Clipper, а также в реализациях машины Кнута.