系统的运行模型说明如何通过字节码的指令和简单的环境数据来修改系统的状态，我们知道以太坊是一个大型的状态机，运行模式就是通过虚拟状态机的模式来说明这个状态迁移的过程，这个虚拟状态机也被称作以太坊虚拟机(EVM)。这个虚拟机是伪图灵完备的虚拟机，因为以太坊单独设置了停机机制，如果gas消耗完，虚拟机就会停止运行。
虚拟机简介
EVM是个栈式的架构，其一个字的大小事256比特位，之所以选择这样的大小，是为了适应Keccak-256 hash算法和椭圆曲线函数计算。其内存是一个以字为寻址单位的字节序数组，栈可以最多容纳1024个字。除了内存的设计，虚拟机设计了存储，他与内存类似，只是他是一个以字为寻址方式的字的数组，而不是字节数组，同时内存的数据是可以擦除的，存储的数据是不可擦除的。所有的内存数据和存储数组在初始化为0。
虚拟机与冯诺依曼架构的计算机不同，他没有将可执行程序放在磁盘或者内存，而是将可执行代码放在了虚拟的ROM中，并且只有部分质量可以修改这段代码。
虚拟机可以因为多种异常原因停止运行，包括栈击穿异常，gas异常耗尽，指令异常，当这些异常发生之后，状态机机会迁移到异常停机状态，并且将错误上报给执行代码的代理，比如交易或者消息调用等，并且分别进行下一步处理。在前面的章节中我们已经定义了交易和消息调用在虚拟机代码指令发生异常的情况下，状态迁移函数是如何处理的。
费用概览
虚拟机的运行费用是通过gas的方式来标定的，在执行一个操作之前有3种前置费用，第一种是计算操作本身需要消耗的gas，这个在前面的几节中讲解过，第二种是消息调用和智能合约的创建指令需要消耗gas，第三种是因为内存的消耗需要支付的费用。
内存的消耗与整个程序消耗的内存除以32字节的倍数成正比，如果一个内存大小对32字节不能乘除则去上界作为衡量费用的标准。
存储的费用计算有点特殊，如果一个指令是旨在清除他在存储单元上的存储空间，不光这样的指令不收取费用，相反会获得一定的费用奖励。所有虚拟机消耗gas的公式在后面的章节中会详细的讲解.
运行的环境变量
我们知道除了全局状态和执行需要消耗的gas之外，任何程序运行都需要与宿主机的设备环境变量交互才可以在具体的机器上执行，这里的机器是个虚拟机，其环境变量相对简单：
公式1是对环境变量的定义，公式2表示虚拟机需要执行的代码的所有者账户对应的地址，公式3表示发起此次事务的发送者的地址，公式4表示代码运行是需要的数据，公式5表示gas的价格，公式6表示出发次代码执行的账户的地址，对于交易就是转账人地址，公式7代码执行涉及的价值转移额度，如果是一笔转账交易，那么这个值表示转账额度，公式8表示虚拟机需要执行的代码的字节序，公式9表示当前区块的区块头，公式10表示当前虚拟机执行栈深度公式11表示是否允许修改全局状态机的状态。
在整个运行模型的定义中，我们定义一种状态迁移的函数，这个函数我们前一节刚刚讲完，他的作用就是修改状态，记录最新的gas值并产生输出结果，公式13表示累计的子状态的定义，这个在前面的章节中已经给出过详细的解释。
网友评论