アーキテクチャ

zwasm は WebAssembly モジュールを複数段のパイプラインで処理します。デコード、バリデーション、レジスタ IR へのプリデコード、そしてインタプリタまたは JIT による実行です。

パイプライン

.wasm binary
      |
      v
+-----------+
|  Decode   |  module.zig -- parse binary format, sections, types
+-----+-----+
      |
      v
+-----------+
| Validate  |  validate.zig -- type checking, operand stack simulation
+-----+-----+
      |
      v
+-----------+
| Predecode |  predecode.zig -- stack machine -> register IR
+-----+-----+
      |
      v
+-----------+
| Regalloc  |  regalloc.zig -- virtual -> physical register assignment
+-----+-----+
      |
      v
+----------------------+
|      Execution       |
|  +----------------+  |
|  |  Interpreter   |  |  vm.zig -- register IR dispatch loop
|  +-------+--------+  |
|          | hot path  |
|  +-------v--------+  |
|  |  JIT Compiler  |  |  jit.zig (ARM64), x86.zig (x86_64)
|  +----------------+  |
+----------------------+

実行ティア

zwasm は自動昇格を備えた階層型実行を採用しています。

インタプリタ — レジスタ IR 命令を直接実行します。すべての関数はここからスタートします。
JIT (ARM64/x86_64) — 関数の呼び出し回数またはバックエッジ回数が閾値を超えると、レジスタ IR がネイティブマシンコードにコンパイルされます。以降の呼び出しではネイティブコードが直接実行されます。

JIT の閾値はアダプティブです。ホットループはバックエッジカウントにより、より速くコンパイルがトリガーされます。

ソースマップ

ファイル	役割	LOC
`module.zig`	バイナリデコーダ、セクションパース、LEB128	~2K
`validate.zig`	型チェッカー、オペランドスタックシミュレーション	~1.7K
`predecode.zig`	スタック IR → レジスタ IR 変換	~0.7K
`regalloc.zig`	仮想レジスタ → 物理レジスタ割り当て	~2K
`vm.zig`	インタプリタ、実行エンジン、ストア	~8K
`jit.zig`	ARM64 JIT バックエンド	~5.9K
`x86.zig`	x86_64 JIT バックエンド	~4.7K
`types.zig`	コア型定義、値型	~1.3K
`opcode.zig`	オペコード定義 (全581+個)	~1.3K
`wasi.zig`	WASI Preview 1 (46 システムコール)	~2.6K
`gc.zig`	GC プロポーザル: ヒープ、struct/array 型	~1.4K
`wat.zig`	WAT テキストフォーマットパーサー	~5.9K
`cli.zig`	CLI フロントエンド	~2.1K
`instance.zig`	モジュールインスタンス化、リンク	~0.9K
`component.zig`	Component Model デコーダー	~1.9K
`wit.zig`	WIT パーサー	~2.1K
`canon_abi.zig`	Canonical ABI	~1.2K

レジスタ IR

zwasm は WebAssembly のスタックマシンを直接インタプリトする代わりに、プリデコード時に各関数本体をレジスタベースの中間表現 (IR) に変換します。これにより、実行時のオペランドスタック管理が不要になります。

スタック IR: local.get 0 / local.get 1 / i32.add (3つのスタック操作)
レジスタ IR: add r2, r0, r1 (1命令)

レジスタ IR は仮想レジスタを使用し、レジスタアロケータによって物理レジスタにマッピングされます。ローカル変数が少ない関数は直接マッピングされ、多い関数はメモリにスピルされます。

JIT コンパイル

JIT コンパイラはレジスタ IR をネイティブマシンコードに変換します。

ARM64: フルサポート — 算術演算、制御フロー、浮動小数点、メモリ、call_indirect、SIMD
x86_64: フルサポート — ARM64 と同等のカバレッジ

主な JIT 最適化:

インライン自己呼び出し (再帰関数がトランポリンのオーバーヘッドなしに自身を呼び出し)
スマートスピル/リロード (コールをまたいで生存しているレジスタのみスピル)
ダイレクト関数呼び出し (既知のターゲットに対して関数テーブルルックアップをバイパス)
デプスガードキャッシング (呼び出し深度チェックをメモリではなくレジスタで実行)

JIT は W^X メモリ保護を使用します。コードは RW ページに書き込まれ、実行前に RX に切り替えられます。シグナルハンドラが JIT コード内のメモリフォルトを Wasm トラップに変換します。

モジュールのインスタンス化

WasmModule.load(bytes)       -> decode + validate + predecode
    |
    v
Instance.instantiate(store)  -> link imports, init memory/tables/globals
    |
    v
Vm.invoke(func_name, args)   -> execute via interpreter or JIT

Store はすべてのランタイム状態を保持します。メモリ、テーブル、グローバル変数、関数インスタンスです。複数のモジュールインスタンスがストアを共有することで、クロスモジュールリンクが可能です。

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