请问如何学习苹果 Rosetta 的技术？

[levelworm]

为了提高问题的质量，我做了一些研究。

参考资料：

1 - https://dougallj.wordpress.com/2022/11/09/why-is-rosetta-2-fast/

2 - https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_translation#Dynamic_binary_translation

3 - https://github.com/laniku/sys71src

Rosetta 1/2 的技术，主要是动态二进制转译（ Dynamic Binary Translation ）。资料 1 中提到，系统在转译 x86-64 的二进制文件的时候，首次会把所有内容都转译成 ARM 的代码，所以首次启动比较慢。我在 ycombinator 也看到有人说 Total store ordering (TSO)是 Rosetta 2 高速最重要的原因，不过说实话没看懂是为什么。

我觉得 x86-64 -> ARM 对我来说太复杂了，而且也没有源代码看，所以想找点稍微简单点的例子。资料 2 中提到苹果在每一次更换 CPU 架构的时候都会做类似的事情。第一次是在 Power PC 架构的苹果电脑 rom 里放置了一个 M68K emulator 。但是我找来找去也没找到源代码，甚至在资料 3 （ System 7.1 ，应该是首个有 M68K emulator 的操作系统）中也没有，可能 rom 的源代码是分开的。

我想请教一下做类似工作的大佬（我猜想龙芯或者华为可能有做这个的朋友？），如何上手研究这项技术？有没有什么比较简单易懂的项目可以先做起来？我琢磨着，如果转译比如说 6502 到 z80 ，是不是会容易一些？这两个架构都是相对简单一些的，而且可能差别不大，但是寄存器数量不一样（ 5 vs 16 ），感觉还是会有些头疼。

多谢！

[Avn]

https://github.com/wine-mirror/wine

Wine 可以在 macOS 中运行 Windows 应用，这里面应该有类似的技术。

[wangyucn]

wine 在 macos 上运行 底层还是靠 Rosetta 2 转译 并不是自己实现了类似技术

[ysc3839]

建议研究开源的游戏模拟器

[Avn]

@wangyucn

Wine 把 Windows API 转换成 macOS API
Rosetta 把 x86 指令转换成 ARM 指令

它两个是不同级别的转译，一个是操作系统级别、一个是硬件级别，不是包含关系。我理解是：

1. 在 x86 芯片的 macOS 上运行 x86 的 Windows 应用：只需要 Wine
2. 在 ARM 芯片的 macOS 上运行 x86 的 macOS 应用：只需要 Rosetta
3. 在 ARM 芯片的 macOS 上运行 x86 的 Windows 应用：需要 Wine 和 Rosetta

[zk8802]

看一下 Qemu 的源码吧。

[passive]

不考虑动态链接、内存 layout 这些，理想情况是不是能先逆编译到 llvm ，再新编译到目标代码的时候重新分配寄存器、优化指令。

[passive]

我在想那些跨 endian 的是怎么转译的。像 cuda 那样同时支持大小 endian 太幸福了。如果在程序里已经写死了每个 byte 处理的顺序，转译的时候并不会知道那是在处理一个 word 。

[wangyucn]

@Avn

>Wine 把 Windows API 转换成 macOS API
>Rosetta 把 x86 指令转换成 ARM 指令
>它两个是不同级别的转译，一个是操作系统级别、一个是硬件级别，不是包含关系

这个说的没错

但是人家楼主明确说，要学的是 x86-64 -> ARM 指令转译。 你建议看 wine ，能学到 x86-64 -> ARM 转译吗？

[levelworm]

@ysc3839 多谢，我又找了点资料，原来 m68k emulator 第一个版本就是读入一个 m68k 指令，然后转译成 PPC 的对应指令。我以前写过简单的 emulator ，但是直接是软件执行，而不是转成指令在本地执行，我研究一下。

[xfn]

Rosetta 2 的高效转义主要得益于 Apple Silicon 系芯片的加持，芯片本身在转义过程中也做了一些工作，可以简单理解为 Apple Silicon 实现了一些 x86 芯片才有的特性（ https://x.com/ErrataRob/status/1331736203402547201 ）。Rosetta 2 并非 qemu 这样完全的直接指令转换。

[DianQK]

https://github.com/ptitSeb/box64 应该是一个合适的参考项目？

[nullyouraise]

我之前看到的一篇逆向 Rosetta 2 的文章 https://github.com/FFRI/ProjectChampollion

[michaelzxp]

Rosetta 2 相比 Rosetta 1 效率提升让人惊艳，接近无缝过度

[iamqk]

@Avn 3. 在 ARM 芯片的 macOS 上运行 x86 的 Windows 应用：需要 Wine 和 Rosetta
这个不成立吧？
arm mac 下面无法运行 x86 的 windows 程序吧？
否则能够运行 window x86 的虚拟机早就开发出来了
现在只有 windows arm 的虚拟机

[iOCZS]

操作系统为可执行文件提供了 API 和 loader 。

[iamqk]

@iamqk 错了 GPT 好像可以通过 Rosetta 运行 x86 的游戏

[Avn]

@iamqk UTM 这种基于 QEMU 的，可以在 ARM 芯片的 macOS 上运行 x86 的 Windows 系统，就是性能很差，卡。

[mmdsun]

还有微软 Prism ，也是相同的原理也可以研究一下，必要时候逆向
https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/arm/apps-on-arm-x86-emulation

[levelworm]

@xfn #10

多谢，我看了几遍，感觉苹果在工程上真是考虑了很多，优化做的很多。里头还提到对 objective-c 的 reference counting 做的硬件优化。

[levelworm]

@DianQK #11
多谢，我研究一下哈，第一次知道这个项目。