V8のTorqueを語りたい

このスライドはSlidevで作られており、以下のレポジトリで公開しています
https://github.com/riya-amemiya/amemiya_riya_slide_data/tree/main/v8_torque

Transcript

1. V8のTorqueを 語りたい 西 悠太 / 株式会社ダイニー
2. 自己紹介 西 悠太 (Nishi Yuta) V8 Contributor Platform Engineer at Dinii Inc. TSKaigi Staff が好きです。 の中身をのぞくのも好きです。 TypeScript V8 実は21歳) (
3. とは？ V8 V型8気筒（ブイがたはちきとう）は、レシプロエンジン等のシリンダー配列形式の一つで、直列4気筒2組がV 字様に配置されている形式を指す。当記事では専らピストン式内燃機関のそれについて述べる注釈 1。V8（ブ イはち）と略されることが多い。 多気筒レシプロエンジンとして広く用いられるエンジン形式の一つであり、自動車用としては特に大排気量車 の多かったアメリカ合衆国で発達してきた。ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン双方あるも､現代では大型 乗用車用のエンジン形式として普及している。 引用: V型8気筒 - Wikipedia
4. とは？ V8 V8は、Googleが開発するオープンソースのJIT仮想マシン型のJavaScriptエンジンである3。この名前は同じく 「V8」と略されるV型8気筒エンジンに由来している4。Google ChromeなどのChromiumベースのブラウザ や、Node.jsなどで採用されている。 概要 ECMAScript (ECMA-262) 準拠で、C++で記述されている。スタンドアローンでの実行が可能なほか、C++で書 かれたアプリケーションの一部として動作させることもできる。 引用: V8 (JavaScriptエンジン) - Wikipedia
5. 「V8はC++で書かれている」 確かにほとんどの実装はC++です。
6. をのぞいてみると、そこにあるのは でも でもない、見慣れない言語。 builtins C++ JavaScript Torque
7. これがTorqueです // src/builtins/array-foreach.tq より抜粋 transitioning javascript builtin ArrayForEach( js-implicit context: NativeContext, receiver: JSAny)( ...arguments): JSAny { const o: JSReceiver = ToObject_Inline(context, receiver); const len: Number = GetLengthProperty(o); const callbackfn = Cast<Callable>(arguments[0]) otherwise TypeError; // ... }
8. なぜGoogleは、 V8専用の言語を わざわざ作ったのか？
9. 以前 の時代 Torque CSA
10. は手書きされていた builtins かつてV8のbuiltinsは、CodeStubAssembler（CSA）という C++ベースの低水準な記法で手書きされていました。
11. は速い。けれど… CSA の強み → 関数呼び出しの余計なコストを避けられる → 機械語レベルで攻めた最適化ができる → 1つの記述で全アーキ向けに生成できる CSA の弱み → 型の保証が弱い → 制御フローが手続き的で読みにくい → 正しく書くのに深い専門知識が要る CSA
12. 一番の問題は、型の保証が弱いこと TNode<Object> elem = LoadFixedArrayElement(elements, index); TNode<JSArray> arr = UncheckedCast<JSArray>(elem); にも TNode<T> という型はあります。 ただ無検査のキャストが通るため、 elem が本当に JSArray かまでは保証されません。 CSA
13. 取り違えは、脆弱性になる 型の取り違えが容易に起こり、しかもそれが クラッシュや深刻な脆弱性の原因になっていました。 型ごとにメモリ上の配置が違うため、誤った型として読むと、 無関係な領域をフィールドとして読み書きしてしまうためです。
14. つまり、こういう状況 安全で速いコードをCSAで書くには、 多くの専門知識が求められていました。
15. の登場 型のある世界へ Torque
16. Torque = 静的型付きのDSL CSA Torque × ◦ V8 型の保証が弱い × 無検査キャストで取り違えが起きうる × 専門知識が前提 の値に静的な型が付く ◦ 取り違えをコンパイル時に検出しやすい ◦ 仕様に近い書き方ができる
17. 仕様の手順と対応づけて書ける ECMAScript 仕様 (forEach) 1. Let O be ? ToObject(this value). 2. Let len be ? LengthOfArrayLike(O). 3. If IsCallable(callbackfn) is false, throw a TypeError exception. Torque const o: JSReceiver = ToObject_Inline(context, receiver); const len: Number = GetLengthProperty(o); const callbackfn = Cast<Callable>(arguments[0]) otherwise TypeError;
18. 失敗経路を、コンパイル時に強制 const arr = Cast<JSArray>(obj) otherwise Bailout; const n: Number = x; typeswitch (n) { case (s: Smi): { ... } case (h: HeapNumber): { ... } } は実行時に型を検査し、失敗経路を書かないとコンパイルが通りません。 typeswitch は共用型を型ごとに分け、網羅性まで検査されます。 Cast
19. でも、 速さはどうなる？
20. はコンパイルされる Torque Torque → C++ → 機械語 は実行時に解釈される言語ではありません。 を使う C++ にコンパイルされ、最終的に機械語になります。 Torque CSA
21. だから、速さを犠牲にしない は読みやすさと型安全を足しながら、 の性能を引き継ぎます。 Torque CSA
22. では、Torqueの強さはどこまでか
23. CSA の操作を、extern macro で呼ぶ // src/builtins/js-array.tq extern macro MoveElements( FixedArray|FixedDoubleArray, Smi, Smi, Smi): void; は、CSA 側の実装を Torque から呼ぶ宣言です。 MoveElements の実体は CodeStubAssembler にあります。 同じ処理を CSA で手書きし直す必要がありません。 Runtime を経由せず、生成コード側で完結させられます。 extern macro
24. 最適化後も、Torque builtin が使われる では、Maglev や TurboFan が生成するコードからも で書いた builtin を呼ぶことがあります。 一方で、TurboFan が forEach をインライン展開するように、 最適化側が別経路を持つ場合もあります。 それでも、Torque で書いた builtin は インタプリタ実行や、インライン化されない呼び出しの土台になります。 V8 Torque
25. まとめ
26. が同時に狙ったもの Torque 読みやすさ 仕様の手順と対応づけて書ける 安全性 型の取り違えをコンパイル時に検出 しやすい 速度 CSA の性能を Torque から使える この3つを同時に満たすために、Googleは専用言語という重い選択をしました。
27. 今日覚えて帰ってほしいこと の builtins の多くは Torque という専用言語で書かれている → CSA の手書きは速いが、型の保証が弱かった → Torque は静的型付きで、取り違えをコンパイル時に検出しやすい → CSA を使う C++ にコンパイルされるため、速さを犠牲にしない → extern macro で CSA の操作を呼べる → 最適化後も Torque builtin が使われることが多い（インライン化など例外あり） → V8
28. 参考資料 V8 Docs: Torque user manual V8 Docs: Torque builtins V8 Blog: Taming architecture complexity in V8 — the CodeStubAssembler
29. ご清聴ありがとうございました 「V8はC++で書かれている」。 その内側には、Torqueがいる。