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Go语言对ARM架构的支持与未来[译]

本文翻译自Go官方博客文章《Go on ARM and Beyond》(https://blog.golang.org/ports)。

最近业界关于非x86处理器的讨论沸沸扬扬,所以我们认为值得简单的写一篇关于Go语言对这些非x86处理器的支持情况的文章。

对我们来说,Go的可移植性一直很重要,我们不会过度去适配任何特定的操作系统或架构。Go最初的开源版本包括对两种操作系统(Linux和MacOSX)和三种架构(64位x86、32位x86和32位ARM)的支持。

多年来,我们已经增加了对更多操作系统和架构组合的支持:

  • Go1(2012年3月)支持原始系统(译注:上面提到的两种操作系统和三种架构)以及64位和32位x86上的FreeBSD、NetBSD和OpenBSD,以及32位x86上的Plan9。
  • Go 1.3(2014年6月)增加了对64位x86上Solaris的支持。
  • Go 1.4(2014年12月)增加了对32位ARM上Android和64位x86上Plan9的支持。
  • Go 1.5(2015年8月)增加了对64位ARM和64位PowerPC上的Linux以及32位和64位ARM上的iOS的支持。
  • Go 1.6(2016年2月)增加了对64位MIPS上的Linux,以及32位x86上的Android的支持。它还增加了32位ARM上的Linux官方二进制下载,主要用于RaspberryPi系统。
  • Go 1.7(2016年8月)增加了对的z系统(S390x)上Linux和32位x86上Plan9的支持。
  • Go 1.8(2017年2月)增加了对32位MIPS上Linux的支持,并且它增加了64位PowerPC和z系统上Linux的官方二进制下载。
  • Go 1.9(2017年8月)增加了对64位ARM上Linux的官方二进制下载。
  • Go 1.12(2018年2月)增加了对32位ARM上Windows10 IoT Core的支持,如RaspberryPi3。它还增加了对64位PowerPC上AIX的支持。
  • Go 1.14(2019年2月)增加了对64位RISC-V上Linux的支持。

虽然x86-64的移植在Go的早期得到了大部分的关注,但今天我们所有的目标架构都得到了我们基于SSA的编译器后端的良好支持,并生成了优秀的代码。我们一路走来得到了许多贡献者的帮助,包括来自Amazon、ARM、Atos、IBM、Intel和MIPS的工程师。

Go支持对所有这些系统进行开箱即用的交叉编译,而且只需付出最小的努力。例如,要在一个64位Linux系统中构建一个基于32位x86的Windows应用,我们只需执行下面命令:

GOARCH=386 GOOS=windows go build myapp  # 编译生成myapp.exe

在过去的一年里,几家主要的厂商都宣布了用于服务器、笔记本电脑和开发者机器的新ARM64硬件。Go在这些方面适配的很好。多年来,Go一直在ARM64 Linux服务器上为Docker、Kubernetes和Go生态系统的其他部分,以及ARM64 Android和iOS设备上的移动应用提供支持。

自今年夏天苹果宣布Mac过渡到苹果芯片以来,苹果和谷歌一直在合作,以确保Go和更广泛的Go生态系统在其上运行良好,无论是在Rosetta 2下运行Go x86二进制文件,还是运行原生Go ARM64二进制文件。本周早些时候,我们发布了第一个Go 1.16测试版,其中包括了对使用M1芯片的Mac的原生支持。您可以在Go下载页面上下载并试用适用于M1 Mac和所有其他系统的Go 1.16测试版。当然,这是一个测试版,就像所有的测试版一样,它肯定有我们不知道的bug。如果你遇到任何问题,请在golang.org/issue/new上报告)。

在本地开发中使用与生产中相同的CPU架构总是很好的,这样可以消除两种环境之间的差异。如果你部署到ARM64生产服务器上,Go也可以轻松在ARM64 Linux和Mac系统上进行开发。但当然,无论你是在x86系统上工作并部署到ARM上,还是在Windows上工作并部署到Linux上,或者其他组合,在一个系统上工作并交叉编译部署到另一个系统上仍然和以前一样容易。

我们希望添加支持的下一个目标是ARM64 Windows 10系统。如果你有专业知识并愿意提供帮助,我们正在golang.org/issue/36439上协调工作。


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一文告诉你神奇的Go内建函数源码在哪里

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Go内建函数源码,我好像在哪里见过你。 – 佚名

1. 何为Go内建函数

众所周知,Go是最简单的主流编程语言之一,截至Go 1.15版本,Go语言的关键字的规模依旧保持在25个:

img{512x368}

很多刚入门的gopher可能会问:像bool、byte、error、true、iota甚至int都难道都不是关键字?没错!和其他语言不同,这些标识符并不是关键字,在Go中它们被称为预定义标识符。这些标识符拥有universe block作用域(关于go代码块作用域的详细解析,可参考我的技术专栏:“改善Go语⾔编程质量的50个有效实践”),可以在任何源码位置使用。

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从上图我们看到:所谓的Go内建函数也包含在这个预定义标识符集合中,只是这些标识符被用作函数名称标识符罢了。

2. 预定义标识符可被override

Go语言的关键字是保留的,我们无法将其用于规范之外的其他场合,比如作为变量的标识符。但是预定义标识符不是关键字,我们可以override它们。下面就是一个对默认表示整型类型的预定义标识符int进行override的例子:

package main

import (
        "fmt"
        "unsafe"
)

type int int8

func main() {
        var a int = 5
        fmt.Printf("%T\n", a) // main.int,而不是int
        fmt.Println(unsafe.Sizeof(a)) // 1,而不是8
}

在上述这个源文件中,预定义标识符int被override为一个自定义类型int,该类型的underlying type为int8,于是当我们输出该类型变量(代码中的变量a)的类型和长度时,我们得到的是main.int和1,而不是int和8。

3. 预定义标识符的声明源码在哪里

Go是开源的编程语言,这些预定义标识符想必也都有自己的“归宿”吧,的确是这样的。Go的每个发行版都带有一份源码,而预定义标识符就在这份源码中。

Go 1.14为例,我们可以在下面路径中找到预定义标识符的源码:

$GOROOT/src/builtin/builtin.go

以string、int、uint这几个代表原生类型的预定义标识符为例,它们的声明代码如下:

// $GOROOT/src/builtin/builtin.go

// string is the set of all strings of 8-bit bytes, conventionally but not
// necessarily representing UTF-8-encoded text. A string may be empty, but
// not nil. Values of string type are immutable.
type string string

// int is a signed integer type that is at least 32 bits in size. It is a
// distinct type, however, and not an alias for, say, int32.
type int int

// uint is an unsigned integer type that is at least 32 bits in size. It is a
// distinct type, however, and not an alias for, say, uint32.
type uint uint

同时,我们利用go doc builtin.int也可以查看预定义标识符int的文档:

$go doc builtin.int
package builtin // import "builtin"

type int int
    int is a signed integer type that is at least 32 bits in size. It is a
    distinct type, however, and not an alias for, say, int32.

func cap(v Type) int
func copy(dst, src []Type) int
func len(v Type) int

4. 内建函数的源码在哪里?

作为预声明标识符子集的内建函数们在builtin.go中也都有自己的位置,比如:以append这个内建函数为例,我们可以在Go安装包的builtin.go中找到它的原型(Go 1.14):

// The append built-in function appends elements to the end of a slice. If
// it has sufficient capacity, the destination is resliced to accommodate the
// new elements. If it does not, a new underlying array will be allocated.
// Append returns the updated slice. It is therefore necessary to store the
// result of append, often in the variable holding the slice itself:
// slice = append(slice, elem1, elem2)
// slice = append(slice, anotherSlice...)
// As a special case, it is legal to append a string to a byte slice, like this:
// slice = append([]byte("hello "), "world"...)
func append(slice []Type, elems ...Type) []Type

但我们惊奇的发现:这里没有append函数的实现。那么append内建函数实现的源码究竟在哪里呢?本质上讲append函数,包括其他内建函数其实并没有自己的实现源码。

内建函数仅仅是一个标识符,在Go源码编译期间,Go编译器遇到内建函数标识符时会将其替换为若干runtime的调用,我们还以append函数为例,我们输出下面代码的汇编代码(Go 1.14):

// append.go
package main

import "fmt"

func main() {
 var s = []int{5, 6}
 s = append(s, 7, 8)  fmt.Println(s)
}

$go tool compile -S append.go > append.s

汇编节选如下(append.s):

"".main STEXT size=277 args=0x0 locals=0x58
 0x0000 00000 (xxx.go:5) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $88-0
 0x0000 00000 (xxx.go:5) MOVQ (TLS), CX
 0x0009 00009 (xxx.go:5) CMPQ SP, 16(CX)
 0x000d 00013 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-2
 0x000d 00013 (xxx.go:5) JLS  267
 0x0013 00019 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-1
 0x0013 00019 (xxx.go:5) SUBQ $88, SP
 0x0017 00023 (xxx.go:5) MOVQ BP, 80(SP)
 0x001c 00028 (xxx.go:5) LEAQ 80(SP), BP
 0x0021 00033 (xxx.go:5) PCDATA $0, $-2
 0x0021 00033 (xxx.go:5) PCDATA $1, $-2
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $0, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $1, gclocals·568470801006e5c0dc3947ea998fe279(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $2, gclocals·bfec7e55b3f043d1941c093912808913(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:5) FUNCDATA $3, "".main.stkobj(SB)
 0x0021 00033 (xxx.go:6) PCDATA $0, $1
 0x0021 00033 (xxx.go:6) PCDATA $1, $0
 0x0021 00033 (xxx.go:6) LEAQ type.[2]int(SB), AX
 0x0028 00040 (xxx.go:6) PCDATA $0, $0
 0x0028 00040 (xxx.go:6) MOVQ AX, (SP)
 0x002c 00044 (xxx.go:6) CALL runtime.newobject(SB)
 0x0031 00049 (xxx.go:6) PCDATA $0, $1
 0x0031 00049 (xxx.go:6) MOVQ 8(SP), AX
 0x0036 00054 (xxx.go:6) MOVQ $5, (AX)
 0x003d 00061 (xxx.go:6) MOVQ $6, 8(AX)
 0x0045 00069 (xxx.go:7) PCDATA $0, $2
 0x0045 00069 (xxx.go:7) LEAQ type.int(SB), CX
 0x004c 00076 (xxx.go:7) PCDATA $0, $1
 0x004c 00076 (xxx.go:7) MOVQ CX, (SP)
 0x0050 00080 (xxx.go:7) PCDATA $0, $0
 0x0050 00080 (xxx.go:7) MOVQ AX, 8(SP)
 0x0055 00085 (xxx.go:7) MOVQ $2, 16(SP)
 0x005e 00094 (xxx.go:7) MOVQ $2, 24(SP)
 0x0067 00103 (xxx.go:7) MOVQ $4, 32(SP)
 0x0070 00112 (xxx.go:7) CALL runtime.growslice(SB)
 0x0075 00117 (xxx.go:7) PCDATA $0, $1
 0x0075 00117 (xxx.go:7) MOVQ 40(SP), AX
 0x007a 00122 (xxx.go:7) MOVQ 48(SP), CX
 0x007f 00127 (xxx.go:7) MOVQ 56(SP), DX
 0x0084 00132 (xxx.go:7) MOVQ $7, 16(AX)
 0x008c 00140 (xxx.go:7) MOVQ $8, 24(AX)
 0x0094 00148 (xxx.go:8) PCDATA $0, $0
 0x0094 00148 (xxx.go:8) MOVQ AX, (SP)
 0x0098 00152 (xxx.go:7) LEAQ 2(CX), AX
 0x009c 00156 (xxx.go:8) MOVQ AX, 8(SP)
 0x00a1 00161 (xxx.go:8) MOVQ DX, 16(SP)
 0x00a6 00166 (xxx.go:8) CALL runtime.convTslice(SB)
 ... ...

我们可以看到:append并没有以独立的身份出现在CALL汇编指令的后面,而是被换成:runtime.growslice、runtime.convTslice以及相关汇编指令了。


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