python虚拟机从编译得到的codeobject中依次读入每一条字节码指令,并在当前的上下文环境中执行指令。
执行环境
这个执行环境包含了名字空间在内的等一系列动态的信息。
typedef struct _frame {
PyObject_VAR_HEAD
struct _frame *f_back; // 执行环境的上一个frame
PyCodeObject *f_code; // 对应的code object
PyObject *f_builtins; /* builtin symbol table (PyDictObject) */
PyObject *f_globals; /* global symbol table (PyDictObject) */
PyObject *f_locals; /* local symbol table (any mapping) */
PyObject **f_valuestack; // 运行时栈的栈底位置
PyObject **f_stacktop; // 运行时栈的栈顶位置
PyObject *f_trace; /* Trace function */
/* If an exception is raised in this frame, the next three are used to
* record the exception info (if any) originally in the thread state. See
* comments before set_exc_info() -- it's not obvious.
* Invariant: if _type is NULL, then so are _value and _traceback.
* Desired invariant: all three are NULL, or all three are non-NULL. That
* one isn't currently true, but "should be".
*/
PyObject *f_exc_type, *f_exc_value, *f_exc_traceback;
PyThreadState *f_tstate;
int f_lasti; // 上一条字节码在code中的偏移位置
int f_lineno; // 当前字节码对应的源代码行位置
int f_iblock; /* index in f_blockstack */
PyTryBlock f_blockstack[CO_MAXBLOCKS]; /* for try and loop blocks */
PyObject *f_localsplus[1]; /* 动态内存 locals+stack */
} PyFrameObject;
动态内存
分配的f_localsplus不仅仅是运行时栈的空间,同时有局部变量的、co_freevars、co_cellvars的。使用方向也是从local_plus[0]开始,栈底在n_locals+ncells+nfrees处,然后累加。初始状态栈顶也是指向栈底(f_valuestack = f_stacktop = n_locals+ncells+nfrees)。
获取
在Python中可以通过sys的_getframe来获得frame object,获得的frame object就对应有PyFrameObject的一系列属性。
实现自己的getframe方法
import sys
def get_current_frame():
try:
1 / 0
except Exception as e:
type, value, traceback = sys.exc_info()
return traceback.tb_frame.f_back
运行环境
运行时环境是一个全局的概念,执行环境是一个frame,是对应一个code block的概念。
在运行环境初始化后,python会调用ceval.c中的PyEval_EvalFramEx的函数。
PyEval_EvalFramEx
先初始化一些变量,取出code object和frame中的一些信息,然后就开始遍历code object中的co_code对象来依次执行字节码,在遍历时会使用三个东西:
first_instr 指向字节码开始位置
next_instr 指向下一个字节码指令的位置
f_lasti 指向上一条已经被执行的字节码位置
执行时有一个巨大的switch case来根据字节码来执行相应的函数。
进程 线程
python使用的是操作系统的原生线程,有一个PyThreadState来保存关于线程的信息;对于进程,有PyInterpreterState来保存关于进程的信息。