【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

浏览器安全 2年前 (2021) admin
385 0 0
【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

 


【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

摘要

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

Isolate是V8虚拟机的实例,它负责为Javascript源码创建执行环境,管理堆栈、编译、执行、context等所有组件。编译缓存(CompilationCache),是Isolate的核心组件,也是Isolate创建的第一个组件,它属于编译阶段的能性优化技术,保存Javascript源码的编译结果(Sharedfunction),再次编译相同的Javascript源码时省去编译过程,直接使用缓存结果。编译缓存由Isoate::new负责创建,在Javascript源码编译前查询、编译后更新,本文详细它的创建、使用场景及以重要数据结构。

 


【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

CompilationCache源码分析

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

CompilationCache的创建由Isolate负责,代码如下:

bool Isolate::Init(ReadOnlyDeserializer* read_only_deserializer,                   StartupDeserializer* startup_deserializer) {//省略很多....................#define ASSIGN_ELEMENT(CamelName, hacker_name)                    isolate_addresses_[IsolateAddressId::k##CamelName##Address] =       reinterpret_cast<Address>(hacker_name##_address());  FOR_EACH_ISOLATE_ADDRESS_NAME(ASSIGN_ELEMENT)#undef ASSIGN_ELEMENT
compilation_cache_ = new CompilationCache(this);

最后一行是CompilationCache()的初始化,给出CompilationCache类源码,如下:

1.  class V8_EXPORT_PRIVATE CompilationCache {2.   public:3.    MaybeHandle<SharedFunctionInfo> LookupScript(4.        Handle<String> source, MaybeHandle<Object> name, int line_offset,5.        int column_offset, ScriptOriginOptions resource_options,6.        Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode);7.    InfoCellPair LookupEval(Handle<String> source,8.                            Handle<SharedFunctionInfo> outer_info,9.                            Handle<Context> context, LanguageMode language_mode,10.                            int position);11.    MaybeHandle<FixedArray> LookupRegExp(Handle<String> source,12.                                         JSRegExp::Flags flags);13.    void PutScript(Handle<String> source, Handle<Context> native_context,14.                   LanguageMode language_mode,15.                   Handle<SharedFunctionInfo> function_info);16.    void PutEval(Handle<String> source, Handle<SharedFunctionInfo> outer_info,17.                 Handle<Context> context,18.                 Handle<SharedFunctionInfo> function_info,19.                 Handle<FeedbackCell> feedback_cell, int position);20.    void PutRegExp(Handle<String> source, JSRegExp::Flags flags,21.                   Handle<FixedArray> data);22.    void Clear();23.    void Remove(Handle<SharedFunctionInfo> function_info);24.    void Iterate(RootVisitor* v);25.    void MarkCompactPrologue();26.    void Enable();27.    void Disable();28.   private:29.    explicit CompilationCache(Isolate* isolate);30.    ~CompilationCache() = default;31.    base::HashMap* EagerOptimizingSet();32.    static const int kSubCacheCount = 4;33.    bool IsEnabled() const { return FLAG_compilation_cache && enabled_; }34.    Isolate* isolate() const { return isolate_; }35.    Isolate* isolate_;36.    CompilationCacheScript script_;37.    CompilationCacheEval eval_global_;38.    CompilationCacheEval eval_contextual_;39.    CompilationCacheRegExp reg_exp_;40.    CompilationSubCache* subcaches_[kSubCacheCount];41.    bool enabled_;42.    friend class Isolate;43.    DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(CompilationCache);44.  };

(1) 代码3行LookupScript()。在Cache中查找对应的SharedFunction,返回值为SharedFunction对象或空值。使用场景:编译Javascript源码前,使用LookupScript()查Cache,如果找到SharedFunction,则省去编译过程。
(2) 代码13行PutScript()。用Javascript源码生成hash,与对应的SharedFunction一起填充进Cache。使用场景:Javascript源码编译后,使用PutScript()把结果填充进Cache。
(3) 代码7,16行LookupEval()和PutEval()的作用与前面两个方法一样,是为eval()方法单独设置的查询和填充操作。理由:eval(xxxx)方法的使用离不开context上下文环境,它的Sharedfunction也必须绑定正确的context,所以填充或查找时都需要context,其它的Javascript源码编译后的Sharedfunction对context没有要求。
CompilationCache利用了程序访问的局部性原理,省去重复的编译过程,提高V8性能,通俗地说就是把经常用到的数据放在cache中。
LookupScript()的源码如下:

1.  MaybeHandle<SharedFunctionInfo> CompilationCache::LookupScript(2.      Handle<String> source, MaybeHandle<Object> name, int line_offset,3.      int column_offset, ScriptOriginOptions resource_options,4.      Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode) {5.    if (!IsEnabled()) return MaybeHandle<SharedFunctionInfo>();6.    return script_.Lookup(source, name, line_offset, column_offset,7.                          resource_options, native_context, language_mode);8.  }9.  //..................分隔线..........................10.  //..................分隔线..........................11.  MaybeHandle<SharedFunctionInfo> CompilationCacheScript::Lookup(12.      Handle<String> source, MaybeHandle<Object> name, int line_offset,13.      int column_offset, ScriptOriginOptions resource_options,14.      Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode) {15.    MaybeHandle<SharedFunctionInfo> result;16.    {17.      HandleScope scope(isolate());18.      const int generation = 0;19.      DCHECK_EQ(generations(), 1);20.      Handle<CompilationCacheTable> table = GetTable(generation);21.      MaybeHandle<SharedFunctionInfo> probe = CompilationCacheTable::LookupScript(22.          table, source, native_context, language_mode);23.      Handle<SharedFunctionInfo> function_info;24.      if (probe.ToHandle(&function_info)) {25.        if (HasOrigin(function_info, name, line_offset, column_offset,26.                      resource_options)) {27.          result = scope.CloseAndEscape(function_info);28.        }29.      }30.    }31.    Handle<SharedFunctionInfo> function_info;32.    if (result.ToHandle(&function_info)) {33.  #ifdef DEBUG34.      DCHECK(HasOrigin(function_info, name, line_offset, column_offset,35.                       resource_options));36.  #endif37.      isolate()->counters()->compilation_cache_hits()->Increment();38.      LOG(isolate(), CompilationCacheEvent("hit", "script", *function_info));39.    } else {40.      isolate()->counters()->compilation_cache_misses()->Increment();41.    }42.    return result;43.  }

LookupScript()是入口函数,主要工作由Lookup()完成。Lookup()核心功能说明如下:
(1) 参数source是Javascript源码, 参数line_offset和column_offset是行、列偏移量,用于在source上定位代码块的位置。
(2) 代码20行,取出CacheTable,它是CompilationCache的存储结构。初次执行时,它为空,编译结果由PutScript()填充进CacheTable,稍后讲解PutScript()时做详细说明。
(3) 代码21行,LookupScript()是hash查找,在CacheTable中查找Sharedfunction。
(4) 代码25行,判断找到的Sharedfuncion是否符合要求,HasOrigin()源码如下:

1.  // We only re-use a cached function for some script source code if the2.  // script originates from the same place. This is to avoid issues3.  // when reporting errors, etc.4.  bool CompilationCacheScript::HasOrigin(Handle<SharedFunctionInfo> function_info,5.                                         MaybeHandle<Object> maybe_name,6.                                         int line_offset, int column_offset,7.                                         ScriptOriginOptions resource_options) {8.    Handle<Script> script =9.        Handle<Script>(Script::cast(function_info->script()), isolate());10.    Handle<Object> name;11.    if (!maybe_name.ToHandle(&name)) {12.      return script->name().IsUndefined(isolate());13.    }14.    if (line_offset != script->line_offset()) return false;15.    if (column_offset != script->column_offset()) return false;16.    if (!name->IsString() || !script->name().IsString()) return false;17.    if (resource_options.Flags() != script->origin_options().Flags())18.      return false;19.    return String::Equals(20.        isolate(), Handle<String>::cast(name),21.        Handle<String>(String::cast(script->name()), isolate()));22.  }

代码1~3行的注释说明了它的判断规则,代码14~18行可以看出规则的具体实现方法是:使用行、列偏移量计算出代码块,判断Sharedfunction是否包含该代码块。
回到CompilationCacheScript::Lookup()代码27行,HasOrigin()结果为真说明找到了正解的Sharedfunction,代码40行返回。
CompilationCache::PutScript()负责填充Cache,源码如下:

1.  void CompilationCache::PutScript(Handle<String> source,2.                                   Handle<Context> native_context,3.                                   LanguageMode language_mode,4.                                   Handle<SharedFunctionInfo> function_info) {5.    if (!IsEnabled()) return;6.    LOG(isolate(), CompilationCacheEvent("put", "script", *function_info));7.    script_.Put(source, native_context, language_mode, function_info);8.  }9.  //.......................分隔线............................10.  void CompilationCacheScript::Put(Handle<String> source,11.                                   Handle<Context> native_context,12.                                   LanguageMode language_mode,13.                                   Handle<SharedFunctionInfo> function_info) {14.    HandleScope scope(isolate());15.    Handle<CompilationCacheTable> table = GetFirstTable();16.    SetFirstTable(CompilationCacheTable::PutScript(table, source, native_context,17.                                                   language_mode, function_info));18.  }

CompilationCache::PutScript()是入口函数,主要工作由Put()完成,它的参数source是源码、function_info是编译结果。代码15行,先获取CacheTable,代码18行是把结果写入table,也就是填充CacheTable。CacheTable源码如下:

1.  // This cache is used in two different variants. For regexp caching, it simply2.  // maps identifying info of the regexp to the cached regexp object. Scripts and3.  // eval code only gets cached after a second probe for the code object. To do4.  // so, on first "put" only a hash identifying the source is entered into the5.  // cache, mapping it to a lifetime count of the hash. On each call to Age all6.  // such lifetimes get reduced, and removed once they reach zero. If a second put7.  // is called while such a hash is live in the cache, the hash gets replaced by8.  // an actual cache entry. Age also removes stale live entries from the cache.9.  // Such entries are identified by SharedFunctionInfos pointing to either the10.  // recompilation stub, or to "old" code. This avoids memory leaks due to11.  // premature caching of scripts and eval strings that are never needed later.12.  class CompilationCacheTable13.      : public HashTable<CompilationCacheTable, CompilationCacheShape> {14.   public:15.    NEVER_READ_ONLY_SPACE16.    static MaybeHandle<SharedFunctionInfo> LookupScript(17.        Handle<CompilationCacheTable> table, Handle<String> src,18.        Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode);19.    static InfoCellPair LookupEval(Handle<CompilationCacheTable> table,20.                                   Handle<String> src,21.                                   Handle<SharedFunctionInfo> shared,22.                                   Handle<Context> native_context,23.                                   LanguageMode language_mode, int position);24.    Handle<Object> LookupRegExp(Handle<String> source, JSRegExp::Flags flags);25.    static Handle<CompilationCacheTable> PutScript(26.        Handle<CompilationCacheTable> cache, Handle<String> src,27.        Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode,28.        Handle<SharedFunctionInfo> value);//省略部分代码......................1.   };

重点是代码1~11行的注释,它说明了填充Cache时需要满足的条件,这是V8在编译缓存方面的优化策略,CacheTable结构非常简单,不做详细说明。
回到CompilationCacheScript::Put(),代码16行CompilationCacheTable::PutScript(),它负责把Javascript源码和Sharedfunction组织成一个表项,该表项由SetFirstTable()填充进入Cache,源码如下:

1.  Handle<CompilationCacheTable> CompilationCacheTable::PutScript(2.      Handle<CompilationCacheTable> cache, Handle<String> src,3.      Handle<Context> native_context, LanguageMode language_mode,4.      Handle<SharedFunctionInfo> value) {5.    Isolate* isolate = native_context->GetIsolate();6.    Handle<SharedFunctionInfo> shared(native_context->empty_function().shared(),7.                                      isolate);8.    src = String::Flatten(isolate, src);9.    StringSharedKey key(src, shared, language_mode, kNoSourcePosition);10.    Handle<Object> k = key.AsHandle(isolate);11.    cache = EnsureCapacity(isolate, cache, 1);12.    int entry = cache->FindInsertionEntry(key.Hash());13.    cache->set(EntryToIndex(entry), *k);14.    cache->set(EntryToIndex(entry) + 1, *value);15.    cache->ElementAdded();16.    return cache;17.  }

代码8行,先对源码做flatten处理,代码9~15行计算hash生成表项。
以LookUpScript和PutScript为例,说明了CompilationCache的工作流程、Cache的填充策略,LookupEval和PutEval请读者自行为分析。分析CompilationCache时,要注意区分以下几点:
(1) CompilationCache::LookupScript()是入口函数;
(2) lookup的主要工作由CompilationCacheScript::Lookup()和CompilationCacheTable::LookupScript()完成;
(3) CompilationCacheTable类负责实现编译缓存,注意区分CompilationCache、CompilationCacheScript、CompilationCacheTable三者关系。

 

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

CompilationCache查询更新

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

代码如下:

1.   MaybeHandle<SharedFunctionInfo> Compiler::GetSharedFunctionInfoForScript(2.       Isolate* isolate, Handle<String> source,3.       const Compiler::ScriptDetails& script_details,4.       ScriptOriginOptions origin_options, v8::Extension* extension,5.       ScriptData* cached_data, ScriptCompiler::CompileOptions compile_options,6.       ScriptCompiler::NoCacheReason no_cache_reason, NativesFlag natives) {7.  //省略很多.....................8.       if (extension == nullptr) {9.         bool can_consume_code_cache =10.             compile_options == ScriptCompiler::kConsumeCodeCache;11.         if (can_consume_code_cache) {12.           compile_timer.set_consuming_code_cache();13.         }14.         maybe_result = compilation_cache->LookupScript(//在这里!!!!!!15.             source, script_details.name_obj, script_details.line_offset,16.             script_details.column_offset, origin_options, isolate->native_context(),17.             language_mode);18.         if (!maybe_result.is_null()) {19.           compile_timer.set_hit_isolate_cache();20.         } else if (can_consume_code_cache) {21.  //省略很多.....................22.           if (CodeSerializer::Deserialize(isolate, cached_data, source,23.                                           origin_options)24.                   .ToHandle(&inner_result) &&25.               inner_result->is_compiled()) {26.             is_compiled_scope = inner_result->is_compiled_scope();27.             DCHECK(is_compiled_scope.is_compiled());28.             //在这里!!!!!!!!!!!!!29.             compilation_cache->PutScript(source, isolate->native_context(),30.                                          language_mode, inner_result);31.             Handle<Script> script(Script::cast(inner_result->script()), isolate);32.             maybe_result = inner_result;33.           } else {34.             compile_timer.set_consuming_code_cache_failed();35.           }36.         }37.       }38.       return maybe_result;39.     }

GetSharedFunctionInfoForScript()中,代码14行查询CacheTable并获取Sharedfunction,获取失败时在代码21行编译Javascript代码,代码29行把编译生成的sharedfunction填充进CompilationCacheTable。图1给出GetSharedFunctionInfoForScript()的函数调用堆栈,供读者复现。

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

在分析LookupEval和PutEval时Javascript源码中要有eval方法,否则不会触发这两个函数执行。
好了,今天到这里,下次见。

恳请读者批评指正、提出宝贵意见
微信:qq9123013 备注:v8交流 邮箱:
[email protected]

【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

- 结尾 -
精彩推荐
【技术分享】剖析脏牛4_madvise()与漏洞成因
【技术分享】浅谈无需修改注册表抓取明文密码
【技术分享】docker notify_on_release和重写devices.allow逃逸方式分析
【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存
戳“阅读原文”查看更多内容

原文始发于微信公众号(安全客):【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存

版权声明:admin 发表于 2021年11月12日 上午10:00。
转载请注明:【技术分享】《Chrome V8原理》第十九篇 V8 Isolate核心组件:编译缓存 | CTF导航

相关文章

暂无评论

您必须登录才能参与评论!
立即登录
暂无评论...