Lua虛擬機(jī)的機(jī)制分析.pdf

1、自Lua從巴西天主教大學(xué)被開發(fā)出來已經(jīng)有20多年。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展和高級(jí)腳本語言的不斷完善，Lua能很方便地嵌入到應(yīng)用程序并為它們提供靈活的擴(kuò)展和定制功能。與其它同類的高級(jí)解釋型腳本語言相比，Lua有著兩點(diǎn)非常重要的特性:簡(jiǎn)潔、高效。多數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，Lua在程序執(zhí)行效率上要比大部分的腳本語言（如Python、Perl等）高。另外Lua還提供非常豐富和實(shí)用的功能，比如函數(shù)式編程（所有的函數(shù)都是第一類值）、協(xié)同程序、自動(dòng)內(nèi)存管理等

2、。由于Lua是用C編寫而成，它與C/C++能非常方便的交互，而所有這些特性都?xì)w功于它有一個(gè)精簡(jiǎn)的、巧妙的、高效的Lua虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)。
　　Lua在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)都使用堆棧式的虛擬機(jī)，而從5.0版本后才改用寄存器式的虛擬機(jī)。基于寄存器的虛擬機(jī)減少了指令總數(shù)和指令執(zhí)行時(shí)堆棧調(diào)整的開銷因此執(zhí)行效率得到提高。虛擬機(jī)的效率除了與指令操作數(shù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有關(guān)外還與編譯和解釋過程相關(guān)。解釋性源程序一般要經(jīng)過編譯成字節(jié)碼階段，然后由解釋器逐條解釋和執(zhí)

3、行字節(jié)碼。解釋器中執(zhí)行框架的設(shè)計(jì)直接影響了解釋效率，Lua采用了一種最簡(jiǎn)單的執(zhí)行框架設(shè)計(jì)方式(switch-case)，由于它指令數(shù)較少，因此也獲得了較好的執(zhí)行效率。較新版本的Python虛擬機(jī)在采用了較好的指令分派方式后也獲得了效率提升，而其它的采用效率更高方案的虛擬機(jī)必然也在設(shè)計(jì)上更復(fù)雜或占用更多內(nèi)存。除此之外，垃圾回收(GC)算法也在一定程度上影響了虛擬機(jī)的效率，雖然Lua GC經(jīng)過了若干技術(shù)的優(yōu)化—比如分代的、增量式的垃圾回收—

4、有著與其他GC機(jī)制相差不大的效率。但與其它虛擬機(jī)GC機(jī)制相比，LuaGC主體仍使用較為古老的標(biāo)記-清除算法，該算法在標(biāo)記和回收過程上都比較耗時(shí)而且在內(nèi)存利用率（內(nèi)存碎片的產(chǎn)生）方面有劣勢(shì)，因而在性能上也略低于許多其它的虛擬機(jī)，Lua GC機(jī)制仍需要改善。
　　本文首先簡(jiǎn)單的介紹了Lua的語言特性;然后深入分析了Lua虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)，特別對(duì)Lua的編譯過程、線程執(zhí)行、函數(shù)調(diào)用和GC過程進(jìn)行了深度探究;其次將Lua虛擬機(jī)中的關(guān)鍵技術(shù)與P