EVM

基础概念

EVM，是ERC协议和运作的心脏。

简单的类比：EVM之于以太坊，正如Java虚拟机之于Java语言

我们写的java代码会被编译成字节码，但计算机无法识别字节码；java虚拟机把字节码编译成计算机系统可以识别的机器码指令，然后在计算机上运行。如下图所示：

EVM的存在是为了能让我们用Solidity编写的合约代码，运行在以太坊的环境中。这样类比的话，以太坊就相当于计算机环境，EVM把合约代码编译成以太坊能识别的机器码运行。如下图所示：

大致流程：

当智能合约被编译成二进制文件后，被部署到区块链上。用户通过调用智能合约的接口，来触发智能合约的执行操作。EVM执行智能合约的代码，修改当前区块链上的数据（状态）。被修改的数据，会被共识，确保一致性。

它实际上是完全隔离的，这意味着在EVM上运行的代码无法访问网络、文件系统和其他进程。智能合约对其他的智能合约的访问权也有限，在区块链网络上单独运作。

编写智能合约有三个主要步骤：

1. 用高级语言编写，如Solidity
2. 用EVM编译器编译成字节码
3. 用客户端上传到区块链网络

技术细节

EVM的存储模型

EVM是一个基于堆栈的虚拟机，具有临时内存字节数组和持久键值存储(持久存储在Storage中)。

Stack：EVM是基于栈(stack)的虚拟机，stack用来保存指令的输入输出数据，最大深度为1024个字，其中每个单元就是一个字。

临时存储Memory：内存，一个简单的内存数组，用于临时存储EVM代码运行中需要存取的各种数据，基于字进行寻址和扩展

永久存储Storage：用来保存所有合约“状态”的永久存储，由以太坊客户端独立维护，每个账户的存储区域被以“字”为单位划分为若干个“槽”(solt)，合约中的状态变量会根据其具体类型分别保存到这些槽中。例如在合约创建时由EVM根据合约定义的状态变量进行初始化，将他们保存进以“字”为单位划分的“存储槽(solt storage)”中。

Storage也是作为是世界状态的一部分存在的，客户端会用一个MPT来维护其数据。

ROM：用来保存所有EVM程序代码的只读存储，由以太坊客户端独立维护。

交易在EVM的执行

输入一笔交易，内部会转换成一个Message 对象，传入EVM执行。

普通转账交易

如果是一笔普通转账交易，那么直接修改StateDB中对应的账户余额即可。

智能合约的创建或者调用

如果是智能合约的创建或者调用，则通过EVM中的解释器加载和执行字节码，执行过程中可能会查询或者修改StateDB。

1.生成Contract对象

交易会被转换成一个Message对象传入EVM，而EVM则会根据Message生成一个Contract对象以便后续执行。

2.送入解释器执行

EVM是基于栈的虚拟机，解释器中需要操作四大组件

PC：类似于CPU中的PC寄存器，指向当前执行的指令

Stack：执行堆栈，位宽为256bits，最大深度为1024

Memory：内存空间

Gas：油费池，耗光油费则交易执行失败

EVM的每条指令称为一个OpCode，占用一个字节，所以指令集最多不超过256

• 首先PC会从合约代码中读取一个OpCode
• 然后从一个JumpTable中检索出对应的operation，也就是与其相关联的函数集合
• 接下来会计算该操作需要消耗的油费，如果油费耗光则执行失败，返回ErrOutOfGas错误。如果油费充足，则调用execute()执行该指令，根据指令类型的不同，会分别对Stack、Memory或者StateDB进行读写操作。

EVM机器语言

EVM机器语言分为特定的指令集组，例如算术运算，逻辑和比较运算，控制流，系统调用，堆栈操作和储存器操作。除典型的Bytecode操作外，EVM还必须管理帐户资讯（即地址和余额），当前gas价格和区块资讯。

通用堆栈操作