В современном мире высокопроизводительного программного обеспечения вопросы скорости и эффективности выполнения кода выходят на первый план. Особенно актуальными они становятся в сферах, связанных с Just-In-Time (JIT) компиляцией, динамической оптимизацией и системным программированием. Для решения подобных задач на C++ разработчики уже давно используют различные библиотеки и инструменты. Одной из ярких и востребованных библиотек для генерации машинного кода с низкой задержкой является AsmJit. Она представляет собой компактное и высокопроизводительное решение, которое помогает эффективно создавать и исполнять машинный код на лету, поддерживая несколько архитектур и обеспечивая надежное управление ресурсами.
AsmJit изначально создавалась как легковесный фреймворк для JIT-компиляции, позволяющий разрабатывать динамические языки программирования и инструменты с возможностью генерации и исполнения кода в рантайме. Со временем проект существенно вырос и сейчас состоит из нескольких взаимосвязанных компонентов, каждый из которых выполняет определённые функции. Основной библиотекой, конечно, остается AsmJit, предоставляющая API для создания кода и его исполнения. Кроме нее существует дополнительный набор инструментов, называемый AsmTK, который расширяет функциональность AsmJit, например, реализуя парсеры ассемблерного кода. Кроме того, разработаны онлайн-инструменты, такие как AsmGrid, который помогает визуализировать инструкции ассемблера и их характеристики, включая задержки выполнения.
Главным преимуществом AsmJit является её легковесность и модульность. Скомпилированная библиотека занимает порядка 500 килобайт, поддерживая при этом три основные архитектурные платформы. При разработке учитывались аспекты минимизации зависимостей — в проекте не используются внешние библиотеки и даже стандартные контейнеры STL. Такой подход делает библиотеку легко встраиваемой во множество проектов, а также удобной для статической или динамической линковки. Более того, AsmJit отказалась от использования исключений и RTTI, что значительно повышает стабильность и производительность, при этом оставляя возможность подключать собственные обработчики ошибок по требованию пользователя.
Поддерживаемые архитектуры в AsmJit включают X86 и X86_64 с максимально широкой поддержкой современных расширений инструкций, таких как MMX, SSE всех поколений, AVX, AVX-512 и других. Также реализована поддержка AArch64, включая расширения ASIMD. Такая гибкость позволяет использовать библиотеку в самых разнообразных проектах, от высокопроизводительных вычислений и системной разработки до реализации виртуальных машин и эмуляторов. Ключевой особенностью AsmJit является динамический подход к генерации инструкций и операндов. Пользователи могут создавать инструкции и их параметры в рантайме, что расширяет возможности по генерации кода, включая инспекцию и валидацию.
Несколько типов излучателей кода, таких как Assembler, Builder, Compiler и экспериментальный UJIT, предоставляют разные уровни абстракции и позволяют решать различные задачи — от простого позиционирования инструкций до сложной оптимизации с использованием встроенного аллокатора регистров. AsmJit предлагает продвинутую поддержку секций памяти, позволяя разделять код и данные, а также создавать независимые буферы для генерации машинного кода. Важным аспектом является собственный аллокатор JIT-памяти, который работает по схеме, подобной malloc, и содержит расширенные возможности. Это позволяет корректно работать с операционными системами, поддерживающими разделение страниц памяти на доступные для записи или исполнения (политика W^X), а также обеспечивает поддержку специфичных для Apple систем флагов безопасности, таких как MAP_JIT. Использование встроенных инструментов ведения журналов и гибкой обработки ошибок увеличивает удобство разработки на базе AsmJit.
Возможность генерировать код с помощью компилятора с встроенным регистровым аллокатором позволяет быстро и эффективно создавать большие фрагменты машинного кода, что критично для JIT-компиляторов и высокопроизводительных систем. Среди уникальных функций AsmJit выделяется экспериментальный проект UJIT — платформо-независимый бэкенд для генерации кода, с возможностью перехода к архитектуре-зависимой оптимизации для максимальной производительности. Это позволяет разрабатывать универсальные решения, которые могут адаптироваться под разные аппаратные платформы и архитектурные особенности. AsmJit активно используется в различных сферах и проектах. Его применяют в системах высокой производительности, в инструментах обратного инжиниринга, отладчиках и даже в графических движках.
Крупные проекты и компании, такие как Erlang OTP, Blend2D, FB GEMM, GZDoom и другие, интегрировали AsmJit для генерации и исполнения машинного кода в реальном времени. Помимо этого, AsmJit находят применение в ряде исследовательских работ, посвящённых компиляции, JIT технологиям и оптимизации запросов в базах данных. Несмотря на все преимущества, сам проект AsmJit сейчас испытывает сложности с финансированием, что привело к временному приостановлению активного развития. Однако доступность кода и открытый характер проекта позволяют сообществу, а также коммерческим компаниям использовать библиотеку и поддерживать её актуальность. Разработчики призывают организации, использующие AsmJit в своих продуктах, поддерживать проект финансово, чтобы обеспечить устойчивое развитие и своевременное исправление багов.
Чтобы эффективно использовать AsmJit в собственных проектах, можно воспользоваться разнообразными способами интеграции. Среди них — установка через популярные пакетные менеджеры или прямое встраивание исходников в проект с использованием git submodules или клонирования репозитория. Для CMake-проектов предусмотрена удобная интеграция через библиотеку asmjit::asmjit, что значительно упрощает процесс сборки и линковки. Работа с AsmJit предполагает разделение процесса генерации машинного кода на отдельные логические уровни. Например, компиляция начинается с создания объекта среды выполнения, затем инициализируется объект-холдер кода, после чего создаётся ассемблер, который формирует нужные инструкции.
После генерации код перемещается в область памяти с разрешением на исполнение и может быть вызван как обычная функция. Такой подход обеспечивает контроль над жизненным циклом кода, безопасность и устойчивость к ошибкам. AsmJit продемонстрировала свою эффективность на практике во множестве сценариев: от реализации графических движков и прославленных JIT-компиляторов, до системного программного обеспечения и инструментов профилирования. Её гибкость, небольшие размеры и высокая скорость делают её идеальным выбором для тех, кто разрабатывает программное обеспечение, требующее динамической генерации машинного кода и минимальных задержек. В целом, AsmJit представляет собой надежную и современную платформу для генерации машинного кода с возможностью тонкой настройки и оптимизации.
Несмотря на текущие проблемы с поддержкой разработчиков, она сохраняет свою популярность за счёт открытого характера, высокой производительности и широкой области применения. Для разработчиков, заинтересованных в создании мощных JIT-компиляторов, эмуляторов или других систем с динамическим исполнением кода, AsmJit предлагает инструменты, которые помогут эффективно решать сложные задачи и существенно снизить затраты времени на разработку.
