rbpf虚拟机-JIT和解释执行对比

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[rbpf虚拟机-JIT和解释执行对比]
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一、概述

该篇文章是记录rbpf虚拟机JIT执行和解释执行的速度对比。

(学习该虚拟机的目的是为了搞懂solana合约的执行方式,solana使用的rbpf是在该虚拟机上进行扩展。)

二、定义

2.1解释执行

代码在运行时由解释器逐行解释并执行，不需要提前编译。例如，Python、JavaScript等脚本语言通常采用解释执行。

2.2 JIT编译执行

JIT在程序运行时根据需要将部分代码（如热点代码）编译成机器码，而不是在程序运行前一次性编译所有代码。

三、测试代码

3.1解释执行

#[test]
fn test_process_time() {
    let start = Instant::now();
    let prog = assemble(
        "
            mov32 r0, 0        
            mov32 r1, 10000000
            add32 r0, 1
            sub32 r1, 1
            jgt r1, 0, -3
            exit             
        ",
    )
    .unwrap();
    let vm = rbpf::EbpfVmNoData::new(Some(&prog)).unwrap();
    for _i in 0..5 {
        assert_eq!(vm.execute_program().unwrap(), 0x989680);
    }
    let duration_with_jit = start.elapsed();
    eprintln!("未使用 JIT 的总时间: {:?}", duration_with_jit);
}

在上述代码中，使用解释执行，R0赋值为0，R1赋值为10000000,当R1不少于0时执行循环体，循环体内使R0加1，使R1减一，直到不满足循环条件时退出，此时应该返回R0的值为10000000（0x989680），该程序会被执行5次并记录时间。

通过面图片，可以看到该程序总共运行了14秒钟。

3.2 JIT执行

#[test]
fn test_jit_time() {
    let start = Instant::now();
    let prog = assemble(
        "
            mov32 r0, 0        
            mov32 r1, 10000000
            add32 r0, 1
            sub32 r1, 1
            jgt r1, 0, -3
            exit             
        ",
    )
    .unwrap();
    let mut vm = rbpf::EbpfVmNoData::new(Some(&prog)).unwrap();
    vm.jit_compile().unwrap();
    let duration_with_jit = start.elapsed();
    eprintln!("编译时间: {:?}", duration_with_jit);
    unsafe {
        for _i in 0..5 {
            assert_eq!(vm.execute_program_jit().unwrap(), 0x989680);
        }
    }
    let duration_with_jit = start.elapsed();
    eprintln!("使用 JIT 的总时间: {:?}", duration_with_jit);
}

然后使用JIT编译和运行命令，执行同样的功能代码。

可以看到执行了执行了12毫秒，也就是1.2%秒。

四、结果

​未使用 JIT 的总时间：
从第一张图片可以看到，程序在未使用 JIT 的情况下，总共运行了约 ​14 秒。这包括了五次循环执行的时间以及解释器逐行解释代码的开销。

​使用 JIT 的总时间：
第二张图片显示，使用 JIT 编译后，程序的总运行时间显著减少至 ​12 毫秒​。
考虑到 JIT 编译本身需要一定的时间（在代码中 vm.jit_compile().unwrap(); 所记录的编译时间），实际执行循环体的时间会更短。
因此，JIT 编译后的执行速度相比解释执行有显著提升。

五、总结

通过对 rbpf 虚拟机中解释执行和 JIT 编译执行的对比测试，我们可以得出以下结论：

​性能提升：JIT 编译在执行速度上显著优于解释执行，适合对性能要求较高的应用场景。
​适用场景：对于需要频繁执行的热点代码，采用 JIT 编译可以带来明显的性能提升；而对于启动时间敏感或执行频率较低的场景，解释执行可能更为合适。
​权衡选择：在实际应用中，可以根据具体需求和场景，选择合适的执行方式，或者结合两者的优点，采用混合执行策略，以达到最佳的性能和用户体验。

代码来源:rbpf虚拟机
鸣谢: qmonnet 提供的开源代码.

当然,我也会将带有中文注释和自己理解的一些代码上传的我的github页面,感兴趣的朋友可以进行clone查看.

我的GitHub:forked

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