Python虚拟机的初始化概览

zlzyp

今天想跟下Python虚拟机的启动，看看以调试模式跑起python_d.exe是怎么一个过程。
1. d:\Python-2.7.2\Modules\python.c文件是main函数，直接调用Py_Main函数；
2. 在Py_Main函数中，初始化函数为Py_Initialize();，而后者直接调用Py_InitializeEx(1);函数；
3. 在Py_InitializeEx函数中，首先判断是否已经初始化过，如果有则返回，没有就改下标志，开始初始化；第一步也是十分关键的一步，是调用函数（interp=PyInterpreterState_New();）创建PyInterpreterState对象（即解释器进程，现在Python一个解释器只有一个进程，所以存在一个缺点，在多核的机子上也只能存在一个进程）。
4. 在PyInterpreterState_New()函数中，首先为PyInterpreterState对象分配内存：
PyInterpreterState*interp=(PyInterpreterState*)
malloc(sizeof(PyInterpreterState));
如果分配内存成功，执行HEAD_INIT();宏：
#ifdefWITH_THREAD
#include"pythread.h"
staticPyThread_type_lockhead_mutex=NULL;/*Protects interp->tstate_head */
#defineHEAD_INIT()(void)(head_mutex||(head_mutex=PyThread_allocate_lock()))
#defineHEAD_LOCK()PyThread_acquire_lock(head_mutex,WAIT_LOCK)
#defineHEAD_UNLOCK()PyThread_release_lock(head_mutex)
不论是从名称还是注释都可以看出head_mutex是用来保护解释器进程的tstate_head成员的。
在head_mutex为NULL的情况下会调用PyThread_allocate_lock()函数初始化head_mutex变量。
接着初始化其它成员。
于是，解释器进程就这么创建了……


接着立马创建线程：tstate=PyThreadState_New(interp);，继而调用new_threadstate(interp,1);。
同样地，先为线程对象分配空间：PyThreadState*tstate=(PyThreadState*)malloc(sizeof(PyThreadState));。
接着一样是对线程对象进行初始化，然后切换一下线程：(void)PyThreadState_Swap(tstate);。


接下来一步是很重要的，就是初始化类型信息：_Py_ReadyTypes();。
后续初始化顺序如下：
if(!_PyFrame_Init())
Py_FatalError("Py_Initialize:can't init frames");


if(!_PyInt_Init())
Py_FatalError("Py_Initialize:can't init ints");


if(!_PyLong_Init())
Py_FatalError("Py_Initialize:can't init longs");


if(!PyByteArray_Init())
Py_FatalError("Py_Initialize:can't init bytearray");


_PyFloat_Init();


第一个函数其实就是初始化变量staticPyObject*builtin_object;为字符串“__builtins__”；
第二个函数是初始化小整数的缓存链表，这里的小整数范围是可以自定义再重新编译进行设置的，过程挺有趣的；
第三个函数初始化Long类型信息，第四个函数没做什么；
接着初始化Float类型信息。


然后是初始化interp的modules和modules_reloading成员，都是简单地调用PyDict_New()函数赋值。
如果需要的话，还会初始化Unicode编码：_PyUnicode_Init();。


接着是模块初始化，代码有省略：
bimod=_PyBuiltin_Init();
interp->builtins=PyModule_GetDict(bimod);
sysmod=_PySys_Init();


interp->sysdict=PyModule_GetDict(sysmod);
还有模块导入机制、异常、警告的初始化，代码有省略：
_PyImport_Init();
_PyExc_Init();
_PyWarnings_Init();




initmain();/*Module __main__ */


初始化全局锁：
/*auto-thread-state API, if available */
#ifdefWITH_THREAD
_PyGILState_Init(interp,tstate);
#endif/*WITH_THREAD */


最后是检查stdin,stdout,stderr和设置相关信息。


然后回到Py_Main，输出版本信息以及“>>>”，等用户输入。


假设输入“a = 1”，然后按Enter键：
Python会先对用户输入进行编译（co=PyAST_Compile(mod,filename,flags,arena);），生成PyCodeObject，然后再执行：v=PyEval_EvalCode(co,globals,locals);：


PyObject*
PyEval_EvalCode(PyCodeObject*co,PyObject*globals,PyObject*locals)
{
returnPyEval_EvalCodeEx(co,
globals,locals,
(PyObject**)NULL,0,
(PyObject**)NULL,0,
(PyObject**)NULL,0,
NULL);
}


于是我们最终进入到PyEval_EvalFrameEx函数，在这里用大量的switch/case来执行指令。