sBPF 暫存器與記憶體模型

當你的 sBPF 程式執行時，它會使用兩種主要的儲存機制：處理器內建的 11 個高速暫存器，以及組織化的記憶體區域來存放其他所有內容。

Registers

暫存器就像處理器內建的 11 個編號儲存槽（r0 到 r10）。每個暫存器可存放一個 64 位元的值，並能即時存取，毫無延遲。當你執行 add64 r1, r2 時，處理器會立即從兩個暫存器中檢索值並執行計算。

權衡很簡單：你總共只有 11 個儲存槽，因此需要策略性地使用它們來存放你正在處理的值。

sBPF 為每個暫存器分配了特定的角色：

暫存器 r6 到 r9 是 由被呼叫方保存 的，這意味著它們的值在函數呼叫期間會保持不變。使用這些暫存器來存放需要在函數調用中保留的重要數據。

其餘的暫存器（r0-r5）在系統呼叫和函數呼叫期間會被覆蓋。

暫存器 r10 是「特殊的」，因為它作為你的幀指標，指向你的堆疊空間基底並保持只讀。你可以使用負偏移量（例如 [r10 - 8] 和 [r10 - 16]）來訪問堆疊變數。

記憶體

雖然暫存器保存活躍使用的值，但記憶體則存儲其他所有內容。sBPF 將記憶體組織成固定區域，並在所有程式中具有相同的佈局：

• Text 區域 包含可執行程式碼和唯讀數據，例如字串常量。使用 .quad 指令定義的數據通常位於此處。

• Stack 區域 存放局部變量。r10 指向堆疊基址，您可以使用負偏移量訪問局部變量，例如 [r10 - 16]、[r10 - 24] 等。

• Input 區域 包含程式的參數。在進入時，r1 指向此區域 (0x400000000)，允許您讀取序列化的帳戶數據和傳遞給程式的指令參數。

這種固定佈局提供了三個主要優勢：通過程式間記憶體隔離實現安全性，通過在所有驗證器中使用相同地址實現確定性，以及通過編譯器針對已知位置的優化提升性能。

嘗試訪問未映射的地址會觸發 AccessViolation，並導致交易失敗。

使用暫存器和記憶體

以下是暫存器和記憶體如何在實踐中協同工作的方式：

.globl entrypoint
entrypoint:
    // On entry: r1 points to input data at 0x400000000
    
    ldxdw r0, [r1 + 0]      // Load first 8 bytes from input into r0
    mov64 r2, 42            // Put 42 in register r2
    add64 r0, r2            // Add them: r0 = r0 + r2
    
    stxdw [r10 - 8], r0     // Store result on stack
    mov64 r0, 0             // Return success
    exit

此程式展示了典型模式：

• 使用暫存器 r1（輸入指針）從記憶體中讀取

• 使用暫存器 r0 和 r2 進行計算

• 使用暫存器 r10（框架指針）訪問堆疊記憶體

• 在暫存器 r0 中返回結果

工作流程遵循一致的模式：將數據從記憶體加載到暫存器，使用暫存器進行計算，然後在需要時將結果存回記憶體。

堆疊使用

堆疊使用 r10 作為框架指標，指向當前堆疊框架的基址（最高地址）。局部變量使用負偏移量：

// Store a value on the stack
mov64 r0, 42
stxdw [r10 - 8], r0         // Store at first stack slot

// Load it back
ldxdw r1, [r10 - 8]         // Load from first stack slot

堆疊槽通常為 8 字節寬，因此連續的變量使用類似 [r10 - 8]、[r10 - 16]、[r10 - 24] 等偏移量。

程式的進入與退出

程式從標記為 .globl（通常是 entrypoint）的符號開始執行。初始暫存器狀態是最小且可預測的：

.globl entrypoint
entrypoint:
    // On entry:
    // r1 = 0x400000000 (input buffer pointer)
    // r10 = 0x200001000 (0x200000000 stack start + 0x1000 4KiB frame size)
    // r0, r2-r9 = 0 (all other registers zeroed)

    // Your program logic here

    mov64 r0, 0     // Success code (0 = SUCCESS)
    exit            // Return to runtime

退出行為取決於呼叫深度：

• 在呼叫深度為 0 時，退出會以 r0 作為結果代碼終止程式。

• 在更深的呼叫層次，退出的行為類似於 return 語句，恢復呼叫者保存的暫存器（r6-r9）和呼叫者的框架指標（r10），然後在返回地址繼續執行。

運行時通過隱式的序言和尾聲代碼自動處理設置和拆卸，包括初始暫存器狀態配置和最終返回處理。