来个更短的，没有其他乱七八糟的东西，只有一个简短的 C文件，不需要 linux 环境：
miniboot.c
asm(".long 0x1badb002, 0, (-(0x1badb002 + 0))");
unsigned char *videobuf = (unsigned char*)0xb8000;
const char *str = "Hello, World !! ";
int start_entry(void)
{
int i;
for (i = 0; str[i]; i++) {
videobuf[i * 2 + 0] = str[i];
videobuf[i * 2 + 1] = 0x17;
}
for (; i < 80 * 25; i++) {
videobuf[i * 2 + 0] = ' ';
videobuf[i * 2 + 1] = 0x17;
}
while (1) { }
return 0;
}
编译：
gcc -c -fno-builtin -ffreestanding -nostdlib -m32 miniboot.c -o miniboot.o
ld -e start_entry -m elf_i386 -Ttext-seg=0x100000 miniboot.o -o miniboot.elf
运行：
qemu-system-i386 -kernel miniboot.elf
结果：
满足条件：
只用纯 C 开发，可以使用 gcc 编译
编译出来的东西真的可以运行
不需要依赖操作系统
不需要包含系统调用的 glibc
连 libgcc 都不需要
解释一下：
Read more…
应用层用spinlock的最大问题是不能跟kernel一样的关中断（cli/sti），假设并发稍微多点，线程1在lock之后unlock之前发生了时钟中断，一段时间后才会被切回来调用unlock，那么这段时间中另一个调用lock的线程不就得空跑while了？这才是最浪费cpu时间的地方。所以不能关中断就只能sleep了，怎么着都存在巨大的冲突代价。
尤其是多核的时候，假设 Kernel 中任务1跑在 cpu1上，任务 2跑在 cpu2上，任务1进入lock之前就把中断关闭了，不会被切走，调用unlock的时候，不会花费多少时间，cpu2上的任务2在那循环也只会空跑几个指令周期。
看看 Kernel 的 spinlock:
#define _spin_lock_irq(lock) \
do { \
local_irq_disable(); \
preempt_disable(); \
_raw_spin_lock(lock); \
__acquire(lock); \
} while (0)
看到里面的 local_irq_disable() 了么？实现如下：
#define local_irq_disable() \
__asm__ __volatile__("cli": : :"memory")
倘若不关闭中断，任务1在进入临界区的时候被切换走了，50ms以后才能被切换回来，即使原来临界区的代码只需要0.001ms就跑完了，可cpu2上的任务2还会在while那里干耗50ms，所以不能禁止中断的话只能用 sleep来避免空跑while浪费性能。
所以不能关闭中断的应用层 spinlock 是残废的，nop都没大用。
不要觉得mutex有多慢，现在的 mutex实现，都带 CAS，首先会在应用层检测冲突，没冲突的话根本不会不会切换到内核态，直接用户态就搞定了，即时有冲突也会先尝试spinlock一样的 try 几次（有限次数），不行再进入休眠队列。比傻傻 while 下去强多了。
“游戏机模拟器” 注重的是 “严格模拟硬件”，要精确，可以对照 MAME代码，所有问题都能在里面找到对应答案：
第一：模拟 CPU
MAME里实现了各种 68000， z80，mips, sparc, arm，pic16c5x，nec, alpha，等 100 多款你见过的或者没见过的主从协处理器的模拟，虽然都是 switch case opcode，但是不像 lua虚拟机。MAME的 CPU模拟重点在 “精确实现硬件”，除了指令集实现外，还有各种软硬终端/trap/异常处理/IO实现。举个简单例子，一个游戏主机需要 4MHz 的 z80芯片，你就得给我真的按照 4Mhz来跑，每条指令计算周期，不能多也不能少，你要把 4Mhz跑成 8Mhz，游戏玩起来节奏就不一样了。比如以前老游戏机上敌人一多，就会慢下来，你实现模拟器，也得把这种慢下来给实现了。另外很多街机是双处理器，比如一块 68000 + z80，你不能复原老主机的运行速度，一些写的粗糙的游戏 ROM可能会出错。
模拟 CPU重点是 “精细”，比如浮点数误差最好一致，比如中断优先级你得模拟出来，模拟器由于按照 interval 来运行，更容易产生同时多个硬件中断被触发，比如 “手柄按键” ，多核通信之类各种东西加在一起，某个核满负荷运行的情况下，优先级低的可能永远得不到处理，弄错了可能游戏就没法玩了。
第二：模拟总线
总线也有好多规格需要实现，不同基板的总线链接不同cpu 和外设的方式都不一样，还是需要 “精确模拟”，比如 ROM /RAM / IO 地址映射，一些大容量游戏需要 ROM 的 BANK 切换，还有一些游戏会在卡带上带有扩展内存，除此之外还要正确模拟各种异常，比如某些 RAM，读写奇数地址会出错，要给对应 CPU发送异常信号，某些老点的 RAM只能读写 16bit的 WORD，不能读写 DWORD或者 BYTE，否则都无效。这些你都得模拟到位了，有些有 BUG的游戏，错误的写了内存，在真实主机上，写操作直接被硬件忽略掉了，没有损伤，但软件模拟不注意执行了那条指令结果就不一致了。
第三：外设模拟
音频芯片，I/O，图形加速芯片，随机数发生器，音视频输出，摇杆，时钟等。有些外设是有bug的，你也要把这些历史上的硬件bug给模拟进去，不然游戏可能行为不一致。
第四：调试系统
提供终端和接口可以内存 DUMP，反汇编，修改指令和数据，保存现场之类的。
有史以来出现过的游戏机硬件数不胜数，但是他们用到的芯片或者硬件是有限的，比如z80和 68000这类流行的芯片，具体每台主机其实就是一份配置文件，包含使用那种总线，哪些cpu，分别按照什么速度来运行，内存I/O布局，关联哪些外设，BIOS和启动加载等信息。
总之是个辛苦活，你需要一本硬件手册，然后边查边弄。
如果你嫌 MAME太复杂庞大，再推荐一个 gens 的代码，只针对世嘉16位机的 Windows实现，条理很清晰，很多比世嘉简单的 FC模拟器写的都没有 gens那么结构清晰，简单易读。它就不像MAME那么大而全，很多步骤实现的很直接不需要配置那么多，代码量也不大。
现在新进的模拟器很多，没机会逐一查看他们的实现细节，只记得有几款比较新的模拟器都是直接裁剪 MAME的部分代码来弄的，因为 MAME里面几乎实现了所有游戏能用的芯片了，拿出来改改参数加点指令集就可以用，比如 MAME里面模拟了 mips，我们裁剪出来实现 PSP模拟器，个别指令有些区别需要改一下，然后我们着重自己实现 PSP里面 MAME没有的硬件部分。
同范畴类似的东西中，虚拟机开发比操作系统和编译器都有意思：
操作系统能玩的好玩的不多，做完进程管理和内存管理，其他就是脏活累活了，要得到一个成型可用的东西，没有一个团队弄不了，个人玩不转。以前调侃过这个话题：
关于LMOS自主操作系统的发展，大家有什么建议？ – 韦易笑的回答
而编译器方面，优化和代码生成有llvm，用不着自己开发，其他部分基本上是一个固定套路，照着文档照着书，按固定套路来即可。
以 Lua为例，最精巧的部分就是 Lua虚拟机的实现，整个 Lua-5.3 代码中，编译部分只占2000行，剩下两万行全在实现虚拟机。大家津津乐道的各种 lua 奇技淫巧全都在它的虚拟机实现部分中。
Ruby更是如此，整个ruby代码除去库实现外，基本在实现ruby的虚拟机，编译器部分作者都懒得怎么写，直接一个的 .y文件搞定，精力都在ruby虚拟机实现上。
虚拟机难是难在开头的设计，怎样最精巧，怎样没有逻辑漏洞，别写着写着发现前后逻辑矛盾了，设计好以后就要开始架构了，先从最简单的 switch case opcode实现起来，很快你就能得到反馈看到自己的工作成果，接下来给虚拟机实现符号表，object，实现 gc，实现各种容器，优化性能，在内存中翻译成本地指令码，然后实现多线程，再给你的虚拟机实现一门汇编语言，每走一步都很有意思。且虚拟机相关的技术目前还在日新月异的发展着，光一个gc，每年都能看到很多新方法出现，大有需要继续改进迭代的地方。
实现虚拟机需要覆盖很多知识面，虚拟机设计的好，还可以嫁接很多其他语言，让这些新语言来这个虚拟机上运行。
大家夸 v8 都是说它虚拟机运行速度快，内存少，没人说 v8 的编译部分如何如何，以至于很多新语言都以v8虚拟机为运行环境。
同样，每年都有很多人尝试重新实现 lua vm，引入更灵巧的机制或者使用更新的 JIT方法。来pk官方runtime, 以及 luajit，好多人或多或少在某些方面都能并发出很多奇思妙想。
相反，从来没人碰 lua 的编译部分，为啥啊？就那样了，还碰它干嘛，没意思了啊。
通常工程里不推荐自己写内存分配器，因为你费力写一个出来99%可能性没有内置的好，且内存出bug难调试
1. 实现教科书上的内存分配器：
做一个链表指向空闲内存，分配就是取出一块来，改写链表，返回，释放就是放回到链表里面，并做好归并。注意做好标记和保护，避免二次释放，还可以花点力气在如何查找最适合大小的内存快的搜索上，减少内存碎片，有空你了还可以把链表换成伙伴算法，写着玩嘛。
2. 实现固定内存分配器：
即实现一个 FreeList，每个 FreeList 用于分配固定大小的内存块，比如用于分配 32字节对象的固定内存分配器，之类的。每个固定内存分配器里面有两个链表，OpenList 用于存储未分配的空闲对象，CloseList用于存储已分配的内存对象，那么所谓的分配就是从 OpenList 中取出一个对象放到 CloseList 里并且返回给用户，释放又是从 CloseList 移回到 OpenList。分配时如果不够，那么就需要增长 OpenList：申请一个大一点的内存块，切割成比如 64 个相同大小的对象添加到 OpenList中。这个固定内存分配器回收的时候，统一把先前向系统申请的内存块全部还给系统。
3. 实现 FreeList 池：
在你实现了 FreeList的基础上，按照不同对象大小（8字节，16字节，32，64，128，256，512，1K。。。64K），构造十多个固定内存分配器，分配内存时根据内存大小查表，决定到底由哪个分配器负责，分配后要在头部的 header 处（ptr[-sizeof(char*)]处）写上 cookie，表示又哪个分配器分配的，这样释放时候你才能正确归还。如果大于64K，则直接用系统的 malloc作为分配，如此以浪费内存为代价你得到了一个分配时间近似O（1）的内存分配器，差不多实现了一个 memcached 的 slab 内存管理器了，但是先别得意。此 slab 非彼 slab（sunos/solaris/linux kernel 的 slab）。这说白了还是一个弱智的 freelist 无法归还内存给操作系统，某个 FreeList 如果高峰期占用了大量内存即使后面不用，也无法支援到其他内存不够的 FreeList，所以我们做的这个和 memcached 类似的分配器其实是比较残缺的，你还需要往下继续优化。
Read more…
Recent Comments