今日の内容

主に話すこと

• mruby/edge っち何？
• VM って何？

遺憾ながらあんまり話せないこと

• WebAssembly自体の話...

mruby/edgeとは？

• 一言で: mrubyをwasm上で動かすのに特化したVM実装
  • Rustで書いた
  • あらゆる機能がないが、fibは動かせる
  • RubyKaigi 2024で詳細を話します！

まずは: CRubyのVM

• そもそも、CRubyが動くとはどういうこと？
• ざっくり言えば
  • Rubyスクリプト
  • →トークン
  • →パースされたAST
  • →CRubyのバイトコード
  • →YARVでバイトコードを実行

図にするとこう

• 『Rubyの仕組み』（オーム社）に書いてある気がする
• JITの話はまあ今日はいいじゃないですか

CRuby のinsn（命令）を見てみよう

こういうコードがある時

def hello
  p 1 + 2
end

hello

insnをダンプするには

ruby --dump=insns で表示される

$ ruby --dump=insns test.rb
== disasm: #<ISeq:<main>@test.rb:1 (1,0)-(5,5)> (catch: FALSE)
0000 definemethod                           :hello, hello             (   1)[Li]
0003 putself                                                          (   5)[Li]
0004 opt_send_without_block                 <calldata!mid:hello, argc:0, FCALL|VCALL|ARGS_SIMPLE>
0006 leave

== disasm: #<ISeq:[email protected]:1 (1,0)-(3,3)> (catch: FALSE)
0000 putself                                                          (   2)[LiCa]
0001 putobject_INT2FIX_1_
0002 putobject                              2
0004 opt_plus                               <calldata!mid:+, argc:1, ARGS_SIMPLE>[CcCr]
0006 opt_send_without_block                 <calldata!mid:p, argc:1, FCALL|ARGS_SIMPLE>
0008 leave                                                            (   3)[Re]

次に、mrubyのVMは？

• 基本的には動く時の機序は同様
• Rubyスクリプト→…→AST→mruby バイトコード（mrb）→mruby VM
• いきなりバイトコードからパスを進めてもOKな作り

mrubyの図

mruby の命令をダンプしよう

こういうコードがある時

def hello
  p 1 + 2
end

hello

mrbc を使う

mrbc -v でパース結果、VM命令も出てくる

$ mrbc -v test.rb     # ...中略
irep 0x60000080c0a0 nregs=3 nlocals=1 pools=0 syms=1 reps=1 ilen=15
file: test.rb
    1 000 TCLASS        R1
    1 002 METHOD        R2      I(0:0x60000080c0f0)
    1 005 DEF           R1      :hello
    5 008 SSEND         R1      :hello  n=0
    5 012 RETURN        R1
    5 014 STOP
irep 0x60000080c0f0 nregs=6 nlocals=2 pools=0 syms=1 reps=0 ilen=12
file: test.rb
    1 000 ENTER         0:0:0:0:0:0:0 (0x0)
    2 004 LOADI_3       R3      (3)
    2 006 SSEND         R2      :p      n=1
    2 010 RETURN        R2

ちょっとした違い

• CRubyのVMはスタックマシンベース
• mrubyのVMはレジスタマシンベース
  • VMの扱うデータはスタックの他にレジスタにも置かれる

他の言語のVM

• Java
  • スタックマシンベース
  • YARVの開発以前からある、参考にしたのかも
• Lua
  • レジスタマシンベース
  • Matz曰くmrubyはこれを参考にした
  • 一度tree-walk interpreterから切り替えたらしい。Rubyと同じ

Luaの命令の例(1)

サンプルスクリプト
見ての通りさっきのRubyスクリプトとほぼ同じことをしている

function hello()
    print(1 + 2)
end

hello()

Luaの命令の例(2)

$ luac -l test.lua

main <test.lua:0,0> (6 instructions at 0x6000014c8080)
0+ params, 2 slots, 1 upvalue, 0 locals, 1 constant, 1 function
        1       [1]     VARARGPREP      0
        2       [3]     CLOSURE         0 0     ; 0x6000014c8100
        3       [1]     SETTABUP        0 0 0   ; _ENV "hello"
        4       [5]     GETTABUP        0 0 0   ; _ENV "hello"
        5       [5]     CALL            0 1 1   ; 0 in 0 out
        6       [5]     RETURN          0 1 1   ; 0 out

function <test.lua:1,3> (4 instructions at 0x6000014c8100)
0 params, 2 slots, 1 upvalue, 0 locals, 1 constant, 0 functions
        1       [2]     GETTABUP        0 0 0   ; _ENV "print"
        2       [2]     LOADI           1 3
        3       [2]     CALL            0 2 1   ; 1 in 0 out
        4       [3]     RETURN0  

mrubyのバイトコードはmrubyだけのものじゃない

• mrubyのバイトコードを実行できるランタイムがいくつかある
  • mruby 自体
  • mruby/c →mrubyのバイトコードを解釈可能
  • (PicoRuby ? も同じ発想? キーボードは怖いので詳しく調べていない)

mruby/c とは？

• 九工大田中和明先生らにより開発され、現在mrubyと歩調を合わせて開発中
  • https://github.com/mrubyc/mrubyc
• mrubyのコンパイラ部分を取り除き、またROSなど限定した環境でも
  動かしやすいよう機能を絞ったmruby実行環境
  • 福岡県＋島根県のコラボ

mruby/c はmruby bytecodeを食べられるという話

• mrubycを実行用バイナリとしてコンパイル
  • tag: release3.2
  • コードをチェックアウトし make mrubyc_bin でバイナリができる

$ make mrubyc_bin
$ # これが mrubyc バイナリ相当、mrbファイルを渡す
$ ./sample_c/sample_scheduler
Usage: ./sample_c/sample_scheduler <xxxx.mrb>

mruby/c でmrbファイルを実行

mrbファイルはmruby側の mrbc で作る

$ mrbc ./sample_c/test.rb
$ # ./sample_c/test.mrb ができる

mruby/c でも実行できる

$ # p 1 + 2 の実行結果
$ ./sample_c/sample_no_scheduler ./sample_c/test.mrb
3

mruby/edge の仕組みの詳細

• Rubyスクリプトをmruby bytecodeにコンパイルする（mrbcを使う）
• それと別に、mruby bytecodeを評価するVMを用意する
• mruby bytecodeとVMのコードをwasmのワンバイナリに固める

export/import の指定方法

• コンパイル時、RBSファイルがあれば、どの関数をexport/importするか指定可能

図解です

mruby/edgeのmruby VMはRust製

// 抜粋。雰囲気だけでも...
pub fn eval_insn1(vm: &mut VM, ...) -> Result<(), Error> {
    vm.pc += ilen;
    match opcode {
        OpCode::MOVE => {
            let (a, b) = fetched.as_bb()?;
            let dst = a as usize;
            let src = b as usize;
            if let Some(val) = vm.regs.get(&src) {
                vm.regs.insert(dst, val.clone());
            }
        }
        OpCode::LOADL => {
            let (a, b) = fetched.as_bb()?; //...

なぜそういうアーキテクチャにしたのか？

• in other words: なぜ、既存のmruby familyを再利用しなかったのか？
  1. バイナリサイズをさらに減らしたかった
  2. Rustを使いメモリ安全なmruby VMを用意したかった
  3. wasmの仕様に即した機能を含めたかった（まだWIP）
  4. そもそも、VMを自作したかった

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なぜそういうアーキテクチャにしたのか？

• in other words: なぜ、既存のmruby familyを再利用しなかったのか？
  1. バイナリサイズをさらに減らしたかった
  2. Rustを使いメモリ安全なmruby VMを用意したかった
  3. wasmの仕様に即した機能を含めたかった（まだWIP）
  4. そもそも、VMを自作したかった（がモチベーションの9割）
  • 憧れますよね？
  • ロマンですよね？　僕だけ？

VM ってなんだろう

by 笹田耕一さん

こんなわけで、具体的な何かに依存するよりは、中間層を設けることによって別々のものを扱いやすくしましょう、というのが仮想化です。

• YARV Maniacs 【第 2 回】 VM ってなんだろう より