जावास्क्रिप्ट इंजन मूल बातें: प्रोटोटाइप अनुकूलन। भाग 1

सभी को नमस्कार। कम और कम समय पाठ्यक्रम "सुरक्षा प्रणालियों की सुरक्षा" के लॉन्च तक छोड़ दिया जाता है, इसलिए आज हम इस पाठ्यक्रम के लॉन्च के लिए समर्पित प्रकाशनों को साझा करना जारी रखते हैं। वैसे, यह प्रकाशन इन दो लेखों की एक निरंतरता है: "जावास्क्रिप्ट इंजन के मूल तत्व: सामान्य रूप और इनलाइन कैशिंग। भाग 1 " , " जावास्क्रिप्ट इंजन की मूल बातें: सामान्य रूप और इनलाइन कैशिंग। भाग 2 ” ।

लेख में मुख्य मूल बातें वर्णित हैं। वे सभी जावास्क्रिप्ट इंजनों के लिए सामान्य हैं, न कि केवल वी 8 के लिए जो लेखक ( बेनेडिक्ट और मैथियस ) पर काम कर रहे हैं। एक जावास्क्रिप्ट डेवलपर के रूप में, मैं कह सकता हूं कि जावास्क्रिप्ट इंजन कैसे काम करता है, इसकी एक गहरी समझ आपको कुशल कोड लिखने में मदद करेगी।



पिछले लेख में, हमने चर्चा की कि कैसे जावास्क्रिप्ट इंजन वस्तुओं और सरणियों तक पहुंच का अनुकूलन करते हैं, जो रूपों और इनलाइन कैश का उपयोग करते हैं। इस लेख में, हम पाइपलाइन संपत्तियों के अनुकूलन और प्रोटोटाइप गुणों तक पहुंच को तेज करने पर ध्यान देंगे।

नोट: यदि आप पठन लेखों की तुलना में प्रस्तुतियाँ देखना पसंद करते हैं, तो इस वीडियो को देखें । यदि नहीं, तो इसे छोड़ें और पढ़ें।

अनुकूलन और व्यापार-स्तर के स्तर

पिछली बार, हमें पता चला कि सभी आधुनिक जावास्क्रिप्ट इंजन, वास्तव में, एक ही पाइपलाइन हैं:



हमने यह भी महसूस किया कि इस तथ्य के बावजूद कि इंजन से इंजन तक उच्च-स्तरीय पाइपलाइन संरचना में समान हैं, अनुकूलन पाइपलाइन में अंतर है। ऐसा क्यों है? कुछ इंजनों में दूसरों की तुलना में अधिक अनुकूलन स्तर क्यों हैं? बात यह है कि कोड के निष्पादन के चरण के लिए एक त्वरित संक्रमण के बीच समझौता करना या इष्टतम प्रदर्शन के साथ कोड को निष्पादित करने के लिए थोड़ा अधिक समय खर्च करना है।



दुभाषिया जल्दी से बायटेकोड उत्पन्न कर सकता है, लेकिन गति के मामले में अकेले बायोटेक पर्याप्त कुशल नहीं है। इस प्रक्रिया में एक अनुकूलन संकलक को शामिल करना एक निश्चित समय खर्च करता है, लेकिन अधिक कुशल मशीन कोड के लिए अनुमति देता है।
आइए एक नज़र डालते हैं कि वी 8 इसे कैसे संभालता है। स्मरण करो कि V8 में दुभाषिया को इग्निशन कहा जाता है और इसे मौजूदा इंजनों के बीच सबसे तेज दुभाषिया माना जाता है (कच्चे बायोटेक निष्पादन गति के मामलों में)। V8 में अनुकूलन कंपाइलर को टर्बोफैन कहा जाता है, और यह वह है जो अत्यधिक अनुकूलित मशीन कोड उत्पन्न करता है।



स्टार्टअप देरी और निष्पादन की गति के बीच व्यापार-बंद का कारण है कि कुछ जावास्क्रिप्ट इंजन चरणों के बीच अतिरिक्त अनुकूलन स्तर जोड़ना पसंद करते हैं। उदाहरण के लिए, स्पाइडरमोंकी अपने दुभाषिया और पूर्ण अनुकूलन वाले आयनमेक संकलक के बीच एक बेसलाइन स्तरीय जोड़ता है:



दुभाषिया जल्दी से बायटेकोड उत्पन्न करता है, लेकिन बायटेकोड स्वयं अपेक्षाकृत धीमा है। बेसलाइन कोड को थोड़ा लंबा बनाता है, लेकिन रनटाइम में बेहतर प्रदर्शन प्रदान करता है। अंत में, अनुकूलन करने वाला संकलन IonMonkey मशीन कोड बनाने में सबसे अधिक समय खर्च करता है, लेकिन ऐसा कोड बेहद कुशल होता है।
आइए एक विशिष्ट उदाहरण देखें और देखें कि विभिन्न इंजनों की पाइपलाइन इस मुद्दे से कैसे निपटती हैं। यहां गर्म लूप में, समान कोड अक्सर दोहराया जाता है।

let result = 0; for (let i = 0; i < 4242424242; ++i) { result += i; } console.log(result); 

V8 इग्निशन दुभाषिया में बाइटकोड शुरू करके शुरू होता है। कुछ बिंदु पर, इंजन निर्धारित करता है कि कोड गर्म है और टर्बोफैन इंटरफ़ेस लॉन्च करता है, जो प्रोफाइलिंग डेटा को एकीकृत करता है और कोड का एक मूल मशीन प्रतिनिधित्व बनाता है। फिर इसे और सुधार के लिए दूसरे धागे में टर्बोफैन ऑप्टिमाइज़र के साथ भेजा जाता है।



जबकि अनुकूलन जारी है, V8 इग्निशन में कोड निष्पादित करना जारी रखता है। कुछ बिंदु पर, जब ऑप्टिमाइज़र समाप्त हो गया है और हमें निष्पादन योग्य मशीन कोड प्राप्त हुआ है, तो यह तुरंत निष्पादन चरण तक पहुंचता है।
SpyderMonkey दुभाषिया में बायोटेक निष्पादन भी शुरू करता है। लेकिन इसका एक अतिरिक्त बेसलाइन स्तर है, जिसका अर्थ है कि हॉट कोड पहले वहां भेजा जाता है। बेसलाइन कंपाइलर मुख्य धागे में बेसलाइन कोड उत्पन्न करता है और अपनी पीढ़ी के अंत में निष्पादन जारी रखता है।



यदि बेसलाइन कोड कुछ समय से चल रहा है, तो स्पाइडरमोंकी अंततः IonMonkey इंटरफ़ेस (IonMonkey frontend) लॉन्च करता है और ऑप्टिमाइज़र चलाता है, यह प्रक्रिया V8 के समान है। यह सब बेसलाइन में एक ही समय पर काम करना जारी रखता है, जबकि आयनमंकीज अनुकूलन में लगा हुआ है। अंत में, जब ऑप्टिमाइज़र अपना काम पूरा कर लेता है, तो बेसलाइन कोड के बजाय अनुकूलित कोड निष्पादित होता है।

चक्र की वास्तुकला स्पाइडरमंकी के समान है, लेकिन मुख्य धागे को अवरुद्ध करने से बचने के लिए चक्र एक ही समय में अधिक प्रक्रियाएं चलाने की कोशिश कर रहा है। मुख्य धागे में संकलक के किसी भी भाग को चलाने के बजाय, चक्र बाईटकोड और प्रोफाइलिंग डेटा की प्रतिलिपि बनाता है जिसे संकलक की आवश्यकता होती है और इसे समर्पित संकलक प्रक्रिया को भेजता है।



जब जनरेट कोड तैयार हो जाता है, तो इंजन bytecode के बजाय इस SimpleJIT कोड को निष्पादित करता है। फुलजिट के साथ भी यही होता है। इस दृष्टिकोण का लाभ यह है कि नकल के दौरान होने वाला विराम आमतौर पर एक पूर्ण संकलक (फ्रंटियर) को शुरू करने की तुलना में बहुत छोटा होता है। दूसरी ओर, इस दृष्टिकोण में एक खामी है। यह इस तथ्य में निहित है कि प्रतिगामी कुछ जानकारी को अनुकूलन के लिए आवश्यक जानकारी को छोड़ सकता है, इसलिए हम कह सकते हैं कि कुछ हद तक काम की गति के लिए कोड की गुणवत्ता का त्याग किया जाता है।

JavaScriptCore में, सभी अनुकूलन कंपाइलर जावास्क्रिप्ट के मूल निष्पादन के साथ पूरी तरह से समानांतर में काम करते हैं। कोई नकल चरण नहीं है। इसके बजाय, मुख्य धागा बस दूसरे धागे में संकलन करना शुरू करता है। कंपाइलर फिर मुख्य थ्रेड से प्रोफाइलिंग डेटा तक पहुंचने के लिए एक जटिल लॉकिंग योजना का उपयोग करते हैं।



इस दृष्टिकोण का लाभ यह है कि यह मुख्य थ्रेड में अनुकूलन के बाद दिखाई देने वाले कचरे की मात्रा को कम करता है। इस दृष्टिकोण का नुकसान यह है कि इसके लिए विभिन्न कार्यों के लिए जटिल मल्टीथ्रेडिंग समस्याओं और कुछ अवरुद्ध लागतों को हल करने की आवश्यकता होती है।
हमने फास्ट कोड जेनरेशन के बीच ट्रेड-ऑफ के बारे में बात की, जबकि इंटरप्रेटर चल रहा है और ऑप्टिमाइज़िंग कंपाइलर का उपयोग करके फास्ट कोड जेनरेशन। लेकिन एक और समझौता है, और यह स्मृति के उपयोग की चिंता करता है। इसे स्पष्ट करने के लिए, मैंने एक साधारण जावास्क्रिप्ट प्रोग्राम लिखा, जिसमें दो नंबर शामिल हैं।

 function add(x, y) { return x + y; } add(1, 2); 

V8 में इग्निशन दुभाषिया द्वारा ऐड फ़ंक्शन के लिए उत्पन्न होने वाले बायटेकोड को देखें।

 StackCheck Ldar a1 Add a0, [0] Return 

बाईटेकोड के बारे में चिंता न करें, आपको इसे पढ़ने में सक्षम होने की आवश्यकता नहीं है। यहां इस तथ्य पर ध्यान देना आवश्यक है कि इसमें केवल 4 निर्देश शामिल हैं ।
जब कोड गर्म हो जाता है, TurboFan अत्यधिक अनुकूलित मशीन कोड उत्पन्न करता है, जो नीचे प्रस्तुत किया गया है:

 leaq rcx,[rip+0x0] movq rcx,[rcx-0x37] testb [rcx+0xf],0x1 jnz CompileLazyDeoptimizedCode push rbp movq rbp,rsp push rsi push rdi cmpq rsp,[r13+0xe88] jna StackOverflow movq rax,[rbp+0x18] test al,0x1 jnz Deoptimize movq rbx,[rbp+0x10] testb rbx,0x1 jnz Deoptimize movq rdx,rbx shrq rdx, 32 movq rcx,rax shrq rcx, 32 addl rdx,rcx jo Deoptimize shlq rdx, 32 movq rax,rdx movq rsp,rbp pop rbp ret 0x18 

यहां वास्तव में बहुत सारी टीमें हैं, खासकर उन चार की तुलना में जो हमने बाईटकोड में देखी थीं। सामान्य तौर पर, मशीन कोड की तुलना में और विशेष रूप से अनुकूलित मशीन कोड में बायटेकोड बहुत अधिक कैपेसिटिव होता है। दूसरी ओर, बायटेकोड को दुभाषिया द्वारा निष्पादित किया जाता है, जबकि अनुकूलित कोड को प्रोसेसर द्वारा सीधे निष्पादित किया जा सकता है।
यह एक कारण है कि जावास्क्रिप्ट इंजन सिर्फ "सब कुछ अनुकूलित" नहीं करते हैं। जैसा कि हमने पहले देखा, अनुकूलित मशीन कोड बनाने में बहुत समय लगता है, और इसलिए इसे अधिक मेमोरी की आवश्यकता होती है।



सारांशित करने के लिए: कारण जावास्क्रिप्ट इंजन अनुकूलन के विभिन्न स्तरों है कि अनुकूलन कोडर का उपयोग करते हुए दुभाषिया और तेज कोड पीढ़ी का उपयोग करके तेज कोड पीढ़ी के बीच समझौता करना है। निष्पादन के दौरान अतिरिक्त जटिलता और ओवरहेड की लागत के आधार पर अधिक अनुकूलन स्तर जोड़ने से आप अधिक सूचित निर्णय ले सकते हैं। इसके अलावा, अनुकूलन और स्मृति उपयोग के स्तर के बीच एक व्यापार बंद है। यही कारण है कि जावास्क्रिप्ट इंजन केवल गर्म कार्यों को अनुकूलित करने का प्रयास करते हैं।

प्रोटोटाइप गुणों तक पहुंच का अनुकूलन

पिछली बार हमने इस बारे में बात की थी कि कैसे जावास्क्रिप्ट इंजन फॉर्म और इनलाइन कैश का उपयोग करके ऑब्जेक्ट संपत्तियों के लोडिंग को ऑप्टिमाइज़ करते हैं। याद रखें कि इंजन ऑब्जेक्ट के आकार को ऑब्जेक्ट के मूल्यों से अलग स्टोर करते हैं।



प्रपत्र आपको इनलाइन कैश या संक्षिप्त आईसी का उपयोग करके अनुकूलन का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। एक साथ काम करते समय, प्रपत्र और आईसी आपके कोड में एक ही स्थान से संपत्तियों तक बार-बार पहुंच को गति दे सकते हैं।



इसलिए प्रकाशन का पहला भाग समाप्त हो गया, और कक्षाओं और प्रोटोटाइप प्रोग्रामिंग के बारे में दूसरे भाग में पाया जा सकता है। परंपरागत रूप से, हम आपकी टिप्पणियों और तूफानी चर्चाओं की प्रतीक्षा कर रहे हैं, साथ ही साथ हम आपको "सूचना सुरक्षा की सुरक्षा" पाठ्यक्रम पर एक खुले दिन के लिए आमंत्रित करते हैं।