程序执行

摘要

程序通过 LLVM 编译为 sBPF，并在沙盒虚拟机中运行，每笔交易有 1.4M CU 的预算。运行时最多缓存 512 个已编译程序，提供日志、CPI、加密和内存等系统调用，并在新部署时延迟 1 个 slot。

编译

Solana 使用 LLVM 将程序编译为 ELF 二进制文件，其中包含 Solana 字节码格式（sBPF）。ELF 二进制文件以可执行账户的形式存储在链上。

sBPF 是 Solana 针对运行时定制的 eBPF 字节码变体。它并非标准 eBPF，而是经过 Solana 特定修改的版本。

编写程序

Solana 程序主要使用 Rust 编写，常见有两种方式：

Anchor

一个利用 Rust 宏减少样板代码的框架。推荐大多数开发者使用。

原生 Rust

直接使用 Rust，无需框架。提供完全控制，但需要更多手动实现。

程序执行模型

当处理一笔交易时，运行时会依次执行每条指令，通过 process_message()。对于每条指令，运行时会：

准备指令上下文。 调用 prepare_next_top_level_instruction()，用于映射指令的账户索引、设置签名者和可写标志，并配置 TransactionContext。
检查预编译程序。 如果该程序是预编译程序，运行时会调用 process_precompile()，该过程依然会通过 push() 和 pop() 推入和弹出栈帧，但会跳过 sBPF 虚拟机和程序缓存查找，直接执行本地代码。
推入一个栈帧。（第 3-6 步在 InvokeContext::process_instruction() 和 process_executable_chain() 内部执行，由 process_message() 调用。）调用 push() 作用于 InvokeContext，该操作会增加指令栈高度并强制执行可重入性规则：只有当直接调用者（当前指令栈顶的程序）与自身为同一程序时，程序才可以重新进入自身。允许深度自递归（A -> A -> A），但受限于栈深度。其他可重入模式（例如 A 调用 B 再调用 A）会返回 InstructionError::ReentrancyNotAllowed。
解析程序。 运行时会调用 process_executable_chain() 来确定加载器。如果 program account 的 owner 是 native loader，则该程序为内置程序，其入口函数会直接从 ProgramCacheForTxBatch 查找。如果 owner 是某个 BPF loader（bpf_loader_deprecated、bpf_loader、bpf_loader_upgradeable 或 loader_v4），则会调用加载器自身的内置入口函数。
执行 BPF 程序。 对于 BPF 程序，loader entrypoint 会从程序缓存中查找已编译的可执行文件。然后 execute() 函数会：

将账户数据序列化为扁平参数缓冲区
创建包含栈、堆和内存区域的 sBPF 虚拟机
运行已编译代码，执行期间消耗计算单元。如果超出预算，则返回 ComputationalBudgetExceeded。
从缓冲区反序列化账户数据回账户状态

弹出栈帧。 调用 pop()，用于验证指令是否违反了运行时的记账规则（ lamport 余额是否平衡、只读账户未被修改、账户数据大小在限制范围内）。
累计计算单元。 指令消耗的计算单元通过 saturating_add 累加到交易总量中。

程序缓存

运行时维护一个全局的 ProgramCache，用于存储已验证和已编译的程序。该缓存支持分叉图感知，并负责处理部署可见性规则、驱逐和 epoch 边界的重新编译。

缓存条目类型

每个被缓存的程序都有一个 ProgramCacheEntryType，用于决定其运行时行为：

类型	描述
`Loaded`	已验证并编译的程序，可直接执行。
`Builtin`	编译进 validator 二进制文件的原生程序（如 System、Stake、Vote 等）。不会存储在链上。
`Unloaded`	之前已验证的程序，其已编译可执行文件为释放内存空间被驱逐。仍然会跟踪使用统计信息，可在无需重新验证的情况下重新加载。
`FailedVerification`	未通过当前功能集下 sBPF 验证器验证的程序的墓碑标记。如果功能激活更改了验证规则，可能会变为 `Loaded`。
`Closed`	被明确关闭或从未部署的程序的墓碑标记。也用于属于 loader 但不包含可执行代码的账户（如缓冲账户）。
`DelayVisibility`	由 `ProgramCacheForTxBatch::find()` 返回的合成墓碑标记，当存在 `Loaded` 条目但尚未生效（其 `effective_slot` 在未来）。不会直接存储在缓存中。

可见性延迟

新部署或升级的程序不会立即生效。DELAY_VISIBILITY_SLOT_OFFSET 常量为 1，这意味着在 slot N 部署的程序会在 slot N+1 生效。在部署 slot 期间，任何尝试调用新版本的操作都会返回 DelayVisibility，导致运行时报出“程序未部署”。

驱逐策略

缓存最多可容纳 MAX_LOADED_ENTRY_COUNT（512）个已编译程序条目。当达到上限时，最少使用的程序会被驱逐到 Unloaded 状态。使用情况通过 tx_usage_counter（每次有交易引用该程序时递增）和 latest_access_slot 进行跟踪。

epoch 边界重新编译

如果某个功能激活在 epoch 边界更改了 ProgramRuntimeEnvironments，所有缓存的程序都会根据新环境重新编译。

编译