以太坊 EVM虚拟机框架分析

    最近比较迷恋solidity和EVM，solidity研究了不少，发现还是需要结合EVM才能理解的比较透彻，最近准备详细研究一些EVM。研究了一下源码，发现EVM貌似会有新的版本，叫EWASM；不过现在貌似还没有应用，据说改动很大；笔者研究的还是EVM。之后会继续根据EWASM的进展。

    EVM模块支持合约的执行与调用，调用时根据合约地址获取到代码，生成环境后载入到EVM中运行。通常智能合约的开发流程是用solidlity编写逻辑代码，再通过编译器编译元数据，最后通过EVM解析之后，再发布到链上。

   

   再来介绍一个几个关键的模块。

   指令：文件opcodes.go中定义了所有的OpCode，该值是一个byte，合约编译出来的bytecode中，一个OpCode就是上面的一位。opcodes按功能分为9组（运算相关，块操作，加密相关等）。

  指令函数集：jump.table.go中定义了四种指令集合，每个集合实质上是个256长度的数组，指令集分为了四种，分别是frontierInstructionSet、homesteadInstructionSet、byzantiumInstructionSet、constantinopleInstructionSet（荒地，农庄，拜占庭，君士坦丁堡）；应该是对应了EVM的四个发展阶段。指令集向前兼容。

   解释器：interpreter.go中有解释器的入口函数run，根据用户给定的输入数据，循环对智能合约中的代码进行解析，翻译成对应的指令函数集中的函数，并运行。

  Gas计算：gas_table.go，gas.go,根据不同的运算，计算消耗的gas，具体的方法都定义在gas_table里面。 

   智能合约：contract.go，合约是EVM智能合约的存储单位也是解释器执行的基本单位，包含了代码，调用人，所有人，gas相关的信息。contracts.go ，包含了一些EVM预先编译好的一些合约，例如ecrecover、sha256hashripemd160hash。

   memory：memory.go，内存用于一些内存操作（MLOAD,MSTORE,MSTORE8）及合约调用的参数拷贝（CALL，CALLCODE）。内存数据结构，维护了一个byte数组，MLOAD，MSTORE读取存入的时候都要指定位置及长度才能准确的读写。

  stack：stack.go,EVM中栈用于保存操作数，每个操作数的类型是big.int.执行opcode的时候，从上往下弹出操作数，作为操作的参数。

  statedb：go-ethereum/core/state/statedb.go，合约本身不保存数据，合约及其调用类似于数据库的日志，保存了合约定义以及对他的一系列操作，只要将这些操作执行一遍就能获取当前的结果，但是如果每次都要去执行就太慢了，因而这部分数据是会持久化到stateDb里面的。code中定义了两条指令SSTORE SLOAD用于从db中读写合约当前的状态。

   log：logger.go，对evm运行过程，对memorty，stack，statedb，还有一些信息的记录。

 

    需要注意的是在EVM中，栈是唯一免费的存放数据的区域，其他区域都需要支付gas。因此，这相当于鼓励尽量使用栈，但是栈的深度又有限制，可见写一个很棒的solidity是有难度的。   

   上图主要是对EVM的整个结构进行了一下总结，可能有不准确的地方，随着后续文章会慢慢改进；发现错误或者有建议的同学可以联系我。