10 虛擬機

python虛擬機從編譯得到的codeobject中依次讀入每一條字節碼指令,并在當前的上下文環境中執行指令。

執行環境

這個執行環境包含了名字空間在內的等一系列動態的信息。

typedef struct _frame {
        PyObject_VAR_HEAD
        struct _frame *f_back;  // 執行環境的上一個frame
        PyCodeObject *f_code;   // 對應的code object
        PyObject *f_builtins;   /* builtin symbol table (PyDictObject) */
        PyObject *f_globals;    /* global symbol table (PyDictObject) */
        PyObject *f_locals;     /* local symbol table (any mapping) */
        PyObject **f_valuestack;    // 運行時棧的棧底位置
        PyObject **f_stacktop;        // 運行時棧的棧頂位置
        PyObject *f_trace;      /* Trace function */

        /* If an exception is raised in this frame, the next three are used to
        * record the exception info (if any) originally in the thread state.  See
        * comments before set_exc_info() -- it's not obvious.
        * Invariant:  if _type is NULL, then so are _value and _traceback.
        * Desired invariant:  all three are NULL, or all three are non-NULL.  That
        * one isn't currently true, but "should be".
        */
        PyObject *f_exc_type, *f_exc_value, *f_exc_traceback;

        PyThreadState *f_tstate;
        int f_lasti;        // 上一條字節碼在code中的偏移位置
        int f_lineno;       // 當前字節碼對應的源代碼行位置
        int f_iblock;       /* index in f_blockstack */
        PyTryBlock f_blockstack[CO_MAXBLOCKS]; /* for try and loop blocks */
        PyObject *f_localsplus[1];  /* 動態內存 locals+stack */
    } PyFrameObject;

動態內存

分配的f_localsplus不僅僅是運行時棧的空間,同時有局部變量的、co_freevars、co_cellvars的。使用方向也是從local_plus[0]開始,棧底在n_locals+ncells+nfrees處,然后累加。初始狀態棧頂也是指向棧底(f_valuestack = f_stacktop = n_locals+ncells+nfrees)。

獲取

在Python中可以通過sys的_getframe來獲得frame object,獲得的frame object就對應有PyFrameObject的一系列屬性。

實現自己的getframe方法

import sys

def get_current_frame():

    try:
        1 / 0
    except Exception as e:
        type, value, traceback = sys.exc_info()
        return traceback.tb_frame.f_back

運行環境

運行時環境是一個全局的概念,執行環境是一個frame,是對應一個code block的概念。

在運行環境初始化后,python會調用ceval.c中的PyEval_EvalFramEx的函數。

PyEval_EvalFramEx

先初始化一些變量,取出code object和frame中的一些信息,然后就開始遍歷code object中的co_code對象來依次執行字節碼,在遍歷時會使用三個東西:

first_instr  指向字節碼開始位置
next_instr  指向下一個字節碼指令的位置
f_lasti  指向上一條已經被執行的字節碼位置

執行時有一個巨大的switch case來根據字節碼來執行相應的函數。

進程 線程

python使用的是操作系統的原生線程,有一個PyThreadState來保存關于線程的信息;對于進程,有PyInterpreterState來保存關于進程的信息。

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