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连载《Chrome V8 原理讲解》第一篇：V8环境搭建

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为什么写这个主题

Chrome的重要地位不用赘述，V8不仅是chrome的核心组件，还是node.js等众多软件的核心组件，V8的重要程度亦不用多言。V8涉及的技术十分广泛，包括了操作系统、编译技术、计算机系统结构等多方面的知识，而网上的材料或零散或陈旧，给初学者造成了很大的困难，所以我准备写一系列文章，从基础入手，对V8内存分配、Isolate创建、handles概念、builtin、codegen、编译等每个方面进行详细讲解，力求做到有概念层面的讲解、有理论依据，又有代码层面的说明、有事实论证。

 

本节内容介绍

本文是这个系列的第一篇，主要讲解四部分内容：一、编译工具链、V8编译和调试；二、如何学习V8代码最容易；三、以JavaScript元素(Element)为例，开启V8源码的学习之旅，起到抛砖引玉的作用；四、元素原理讲解。
本文所讲的操作过程要求你的网络能访问谷歌，还要求你的cmd命令行也能通过http(s)访问谷歌。

 

一、下载、编译、调试

1.系统环境要求

操作系统 win 10 64bit,VS2019社区版，git
windows 10 SDK至少是10.0.19041以上版本，安装SDK时不推荐用VS installer安装，应该单独下载SDK安装包，原因是installer安装的SDK文件不全。

2.depot_tools工具

它是v8的编译工具链，下载代码，编译代码都需要用到它。

  1. 下载地址：https://storage.googleapis.com/chrome-infra/depot_tools.zip
  2. 压缩depot_tools.zip,用鼠标右键压缩，注意：不要双击打开并从中拖拽出来
  3. 把depot_tools加入到环境变量PATH中；添加系统变量DEPOT_TOOLS_WIN_TOOLCHAIN=0
  4. 打开CMD终端(不是powershell，并且能通过http(s)访问谷歌),执行gclient。它做一些初始化工作，与v8代码无关，不作深入讲解，可自行查阅源码
  5. gclient执行完毕，用where python查看depot_tools中的python.bat路径信息，确保python.bat在环境变量PATH中的位置在系统中原有(如果有)的python环境位置前面

3.下载代码

git的初始化

  > git config --global user.name "Name"
  > git config --global user.email "[email protected]"
  > git config --global core.autocrlf false
  > git config --global core.filemode false
  > git config --global branch.autosetuprebase always

下载V8代码

  fetch v8
  git pull origin master

源码不太大，用debug模式编译后需要7G的硬盘空间，建议用固态硬盘，因为文件数量多，VS2019在扫描文件之间的引用关系时，固态很有优势。

生成GN工程文件

  > cd ~\v8\src #进入v8 src目录
  > gn gen --ide=vs out\default --args="is_component_build = true is_debug = true v8_optimized_debug = false"

gn命令不是本文重点，可自行查阅，参数：is_debug = true 让v8可以被调试，v8_optimized_debug = false 去掉对调试v8有干扰的代码优化，这不会影响v8的正确性，只可能对性能有点影响,下文是我的编译配置文件args.gn。

  is_component_build = true  
  is_debug = true  
  v8_optimized_debug = false  
  v8_use_snapshot = false

4.编译、调试

用VS2019编译V8
在src\out\default下，能看到all.sln，双击打开,如图-1。

在解决方案资源管理器中，能看到v8_hello_world这个方案，鼠标右击“设为启动项目”，再次鼠标右击“生成”，这样就开始编译了，在图1下方的输出窗口，能看到编译过程。编译时间长短要看机器性能：CPU和内存频率、硬盘读写速度。

上图是跟踪hello world的调用堆栈。
总结，环境搭建过程中可能会出现意想不到的问题，多数都和SDK版本、环境变量有关，详细查看出错信息往往会得到答案。

 

二、更容易入手的学习方法

学代码，肯定是可以调试、跟踪最容易，V8代码量大、结构复杂、类引用的层级关系多，要有一个合理的入口才好，v8的源码都在src目录下，如下图。

除了src目录，我们看到还有一个samples目录，它就是我们开始学习的地方，图1中打开的文件(hello-world.cc)正是在这个目录下，这个hello world程序是用C++编写的，包括了启动V8，然后运行一个javascript语言的hello world，还有一个加法运算。准确地说，V8是一个javascript虚拟机，这个hello word.cc中仅有”hello world”和加法算法是一个真正的javascript程序，其它的代码都是为了运行javascript程序而做的准备工作(启动V8虚拟机)，包括了V8的创建、Isolate创建、handle创建，编译，输出hello world，再结束V8的全过程。这里只包括了V8最简单最必要的功能集，所以，从跟踪hello-world.cc入手学习V8是最简单的。

 

三 、元素(Element)的调试跟踪

V8的启动全过程涉及很多知识，本篇文章的作用为学习V8代码起个头，所以咱们聊聊相对简单的元素(Element)初始化。通过元素的初始化，了解如何跟踪V8代码，以及了解V8的代码风格。
先来说什么是元素，Element是什么？先来看一个概念，{a:”foo”,b:”bar”}，这个对象有两个名字属性(name properties)，”a”和”b”,它们不能用数组下标索引，有下标索引属性的，通常被称为元素(Element),例如：[“foo”,”bar”],0位置是”foo”，1位置是”bar”。这在V8中的处理方式有很大的不同，先通过一张图说明一下javascript对象在V8中的表现形式。

从图可以看出，在V8中javascript对象内部是分开做存储的，name property和元素分开存储的，也就是图版中红色标记的部分。我直接给出了在V8中定位元素代码和调试跟踪方法，见下图。

注意图中文件的位置，和断点，调试时就可以在这个位置停下来,这就是跟踪方法，单步进入分析即可。

 

四、元素(ELement)原理及重要数据结构

1.主要代码和数据结构

Element中的大量方法，例如pop或者slice方法等，大多都是用来对一段连续的地址空间进行操作的。ElementsAccessor是操作Element的基类，在Element上的每个操作都会对应到ElmentsAccessor。

void ElementsAccessor::InitializeOncePerProcess() {
  static ElementsAccessor* accessor_array[] = {
#define ACCESSOR_ARRAY(Class, Kind, Store) new Class(),
     ELEMENTS_LIST(ACCESSOR_ARRAY)//这里初化的宏义
#undef ACCESSOR_ARRAY
  };
  STATIC_ASSERT((sizeof(accessor_array) / sizeof(*accessor_array)) ==
                kElementsKindCount);
  elements_accessors_ = accessor_array;
}

代码中的ACCESSOR_ARRAY和ELEMENTS_LIST两个宏配合完成初始化，ELEMENTS_LIST中也能看到所有种类的Element，也就是Element kinds，如下图所示。

以FastPackedSmiElemntsAccessor为例进行分析，这个类从名字可以看出来它是连续存储的Smi类型(V8中规定)，连续存储是指数据地址中没有空洞，例如：a =[1,2,3],这就是packed(连续) Smi，b = [1,,3],这就是Holey Smi。何为Smi?就是小整数，以32位CPU为例说明，最低的一位(bit)是表示类型的，如果是1，则是指针，是0表示是Smi。
FastPackedSmiElementsAccessor中没有具体实现的功能， 我们直接看他的父类 FastSmiOrObjectElementsAccessor,这里有一些功能的实现，但目前看完这些功能，是没有办法在脑海中构建出一个Element结构来的，现在还为时尚早，因为这里只有Element的初始化，没有讲它是如何使用的，比如：slice方法是如何实现的，这里并没有详细说明，这里主要说明了初始化。接着看FastElementsAccessor这个父类，这里定义的功能实现比FastSmiOrObjectElementsAccessor中多，方法名中包含”Normailize”字样的方法非常重要，因为任何一个Javascript中关于Element的操作方法(比如slice)的执行过程都与Normalize类方法有关，Normalize是Element的操作方法到最终实现之间的必经之路。

NormalizeImpl是Normalize方法的具体实现，再进入下一个父类。

最后给出类型的嵌套关系，如下图。

看完这些类中的各种方法，感觉方法之间无法关联起来，这是正常的，因为到目前为止，我们还没有进入方法的调用过程。

2.从element.length看执行过程

到目前为止，我们还只是看ELement的初始化过程，如果能让所有的成员动起来，可以提高我们的学习效率，借助debug让代码动起来，如下图。

我们调试的是shell.cc，它的位置在samples\下，我们没有使用hello world，改为使用shell.cc，只是因为shell的交互性更强，让你看到”动起来”的效果更明显，hello world依旧是最简单的学习方式。调试之前要把这个工程编译，看图中右侧的红色标记，可以把这个工程设置为启动项，然后生成，启动debug后可以看到下面这个图。

这时，我们在elements.cc中下断点，如下图。

在这样图中，能看到断点，还有调用堆栈，从中能看到函数的调用过程，在shell窗口中执行如下指令。

a=[1,2,3,4]
a.length = 7 //特意改变数组长度，为了能触发断点

这时就能够复原上图的堆栈了，你可以查看附近的相关代码。

3.数据结构Accessors

我们先来看一下这个结构的部分源代码。

// Accessors contains all predefined proxy accessors.
class Accessors : public AllStatic {
 public:
#define ACCESSOR_GETTER_DECLARATION(_, accessor_name, AccessorName, ...) \
  static void AccessorName##Getter(                                      \
      v8::Local<v8::Name> name,                                          \
      const v8::PropertyCallbackInfo<v8::Value>& info);
  ACCESSOR_INFO_LIST_GENERATOR(ACCESSOR_GETTER_DECLARATION, /* not used */)
#undef ACCESSOR_GETTER_DECLARATION

#define ACCESSOR_SETTER_DECLARATION(accessor_name)          \
  static void accessor_name(                                \
      v8::Local<v8::Name> name, v8::Local<v8::Value> value, \
      const v8::PropertyCallbackInfo<v8::Boolean>& info);
  ACCESSOR_SETTER_LIST(ACCESSOR_SETTER_DECLARATION)
#undef ACCESSOR_SETTER_DECLARATION
...
省略很多代码... ....
...

这个Accessors的作用是什么？通过上面的例子来说明：上面定义的a.length=5的执行过程是：需要先找到它的Accessors，然后才能到具体的setlength，这正好和V8的ElementsAccessor说明是对应的，如下图。

好了，今天就到这里，下次见。
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