V8: 连接 Ignition 与 Turbofan #

目录 #

原文 #

Ignition + Turbofan pipeline #

为什么做个新的 pipeline？

• 减少内存使用量

• 减少启动时间

parsing 和 compiling 总共占用总时间的 33%。

• 降低复杂性

Compiler Pipeline (2008) #

2008 Full-Codegen：

• 具有隐藏类（hidden classes）和内联缓存（inline caching），快速遍历 AST 的 JIT 编译器（AST-walking JIT compiler ）
• 缺点：无优化的即时编译（non-optimizing JIT）

2008 年，此时是将源代码直接编译为机器码，因此称之为 Full-Codegen ；JIT 编译器还不够成熟，没有优化的及时编译，生成半优化的代码。

Compiler Pipeline (2010) #

2010 – Crankshaft：

• 使用类型反馈和去优化（deoptimization），优化即时编译器（Optimizing JIT compiler）。
• 缺点：不能扩展到现代 JavaScript，严重依赖去优化，有限的静态类型分析（limited static type analysis），与 Codegen 紧密耦合（tightly coupled to Codegen），高移植开销（high porting overhead）。

2010 年使用 Crankshaft 的 V8 有了优化编译器，同时有了去优化的概念，但是 Crankshaft 的优化存在一定的局限性。

Compiler Pipeline (2015) #

2015 – TurboFan

用类型和范围分析（type-and-range analysis）优化即时编译器，节点海（sea of nodes）。

Compiler Pipeline (2016) #

2016 年，在 Crankshaft 和 TurboFan（涡轮增压器风扇）的基础上，出现了 Ignition（点火，点燃） ，其中 Ignition 将不同于 Full-codegen，Ignition 将 AST 转换为字节码，而 TurboFan 将字节码转换为机器码。

Compiler Pipeline (Svelte Devices) #

Compiler Pipeline (2017) #

显然在 2017 年之后，Ignition 和 TurboFan 成为了主线，而 Full-codegen 和 Crankshaft 则被淘汰。在 Parser 将 source code 转换为 AST 之后，随后的 Compiler 工作就交给了 Ignition 和 TurboFan，Ignition 将 AST 转化为 Bytecode，Bytecode 将被优化，随后 TurboFan 将 Bytecode 转化为 Native Code。

Bytecode 到 graph #

Ignition 到 Turbofan #

在这里我们可以看到源代码文本在经过 Ignition 的编译下变成字节码，并且子节点在 TurboFan 中被构建为 “节点海”。

字节码对简化节点图构建的限制 #

• 始终选择字节码
• 作用域良好的基本块
  • 异常处理程序覆盖单个线性范围的字节码
• 没有不可约（irreducible）控制流
• 单个反向分支到循环报头
• 以循环闭合形式寄存器

字节码的静态分析 #

• 构建图之前的字节码预分析
  • 活性分析 (用于去优化框架状态)
  • 环路分配分析 (对于环路的缺陷)
• 不要生成无用节点
  • 避免内存过载（每个节点 40 + 字节）
  • 避免节点遍历

活性分析 #

• 基本块的预先迭代遍历
  • 在图形构建过程中创建活动映射和状态值节点
  • 之后基于活性重新创建状态值节点
• 现在迭代遍历字节码数组
  • 只创建一次状态值节点

解决复杂控制 (生成器) #

• Javascript 生成器可以在任意点生成（yield）表达式
  • 会引入不可约控制流
  • 解决方案：在开头和循环头的隐藏 tokens 上转换为 switch 语句
  • 结果：Turbofan 不需要知道任何关于 generator 控制流程的知识

解决复杂控制 (try-finally) #

• try-finally 异常处理器
  • 根据触发 finally 块的内容不同，以不同方式退出 (fall-through, return 或 throw)
  • 解决方法：在 finally 块的末尾的 switch 语句
  • 结果：Turbofan 不需要知道任何关于 try-finally 控制流的信息

性能结果 #

代码内存使用（真实的网站） #

Ignition vs Full-Codegen #

Octane Performance #

时间花在了哪里（真实的网站） #

总结 #

• Ignition + Turbofan 是 V8 的未来
• 对字节码的限制可以简化优化的图创建
• 针对现实世界的优化暴露了不同的权衡

参考 #

• V8: Hooking up the Ignition to the Turbofan - Google Slides