以太坊虚拟机（EVM）与传统操作系统对比：简易指南（第一部分）

以太坊虚拟机 (EVM) vs 传统操作系统：一份简单的指南（第一部分）

在去中心化金融 (DeFi) 的世界中，理解以太坊的虚拟机 (EVM) 与传统操作系统 (OS) 的比较至关重要。虽然两者在管理和运行应用程序方面都扮演着重要的角色，但它们的架构和功能却截然不同。

本文将以清晰、引人入胜的方式分解这些差异，并帮助你了解智能合约如何在以太坊上执行，以及应用程序如何在 Windows 或 Linux 等传统操作系统上运行。为了让事情更有趣，我们还将看看硬件如何与 EVM 交互。但首先，让我们进入基础知识！

操作系统的作用是什么？

操作系统是你电脑的骨干。把它想象成运行在你设备上的所有程序（应用程序）的管理者。当你在手机上打开一个应用程序时，操作系统会确保每个应用程序都有自己的空间，并且不会干扰其他应用程序。它还管理与硬件组件（如你电脑的 CPU、内存和存储）的交互。

示例：你正在 Spotify 上听音乐，同时浏览互联网。操作系统通过分离它们的活动并将内存等资源分配给每个应用程序，确保两个应用程序顺利运行而不会发生冲突。

进入 EVM：以太坊的操作系统

现在，以太坊的运作方式略有不同。虽然传统的操作系统处理的是应用程序，但以太坊处理的是智能合约——存在于区块链上的自动执行的代码片段。以太坊虚拟机 (EVM) 就像以太坊自己的操作系统。它在沙箱环境中运行这些智能合约，确保每个合约都是隔离和安全的，很像你的操作系统处理不同的应用程序的方式。

但这里是 EVM 的突出之处：它是去中心化的。不是一台计算机在运行，而是全球成千上万个节点参与执行智能合约。因此，与具有中央控制的传统操作系统不同，EVM 在节点网络上运行。

示例时间：沙箱

将沙箱视为在手机上运行不同的应用程序。如果 Spotify 崩溃，你的浏览器会继续正常工作，因为操作系统确保它们不会相互干扰。

在 EVM 中，每个智能合约都是“沙箱化的”。这意味着它在隔离状态下运行，具有自己的一组规则和内存。如果一个合约有错误或失败，它不会影响网络上运行的其他合约。这是维持以太坊安全的关键。

EVM 如何与硬件交互？

你可能想知道，“EVM 如何处理物理硬件，因为它是一个虚拟机？” 虽然传统的操作系统直接管理硬件（例如你的操作系统向你电脑的 CPU 发送指令时），但 EVM 做了一些不同的事情。它在运行以太坊软件的每个以太坊节点的硬件之上运行。

将每个以太坊节点想象成都有自己的小型操作系统（如 Linux），用于处理硬件。 反过来，EVM 在此操作系统之上运行，从而抽离了实际的硬件细节。 这种分离有助于维持区块链的安全性和完整性。

实际比较： 想象一下租车。 你不需要知道引擎是如何工作的； 你只需要开车。 类似地，EVM 运行合约而无需直接访问节点的底层硬件，这是由以太坊节点软件管理的。

为了更好地理解 EVM 的执行层，这里有一个简单的 Solidity 智能合约：

在这个合约中，函数 store() 允许任何人输入一个数字，而函数 retrieve() 允许他们读取存储的数字。 这个基本示例展示了去中心化应用程序如何与以太坊区块链交互，更新和检索全球可访问的数据。

以太坊节点软件：幕后真正的功臣

为了更好地理解 EVM 的工作原理，让我们快速讨论一下以太坊节点。 这些节点是执行 EVM 并运行以太坊区块链的真正功臣。 每个节点都运行以太坊的软件，例如 Geth 或 OpenEthereum，以管理与区块链的交互并保持网络同步。

节点负责：

• 验证交易

• 执行智能合约（通过 EVM）

• 存储区块链数据

在某种程度上，以太坊节点软件是基础，而 EVM 是建立在其之上的建筑物，运行着去中心化应用程序和合约。

示例：发送交易

让我们想象一下，你向智能合约发送了一笔交易，以在 Uniswap 上交换代币。 你的交易进入以太坊网络并被一个节点拾取。 该节点上的 EVM 在一个沙箱环境中执行合约的逻辑，独立于其他合约。 一旦执行，该节点会帮助验证并在整个网络中传播结果。 感谢以太坊的共识机制，每个节点都同意相同的结果。

主要区别

1. 应用层

• 传统操作系统： 考虑一下在你笔记本电脑或台式机上运行的应用程序。 这些可以包括 Web 浏览器、游戏或文字处理器。 它们面向用户，并依靠操作系统来处理文件管理和内存分配等后台任务。

• EVM： 在以太坊中，“应用层”由智能合约组成。 智能合约是代码片段，会在触发时自动执行。 这些对于去中心化应用程序 (DApps)（如 DeFi 平台、NFT 市场等）至关重要。

2. 用户模式 vs. 执行层 (EVM)

• 传统操作系统： 用户通过 shell（命令行或 GUI）与操作系统交互。 在后台，操作系统确保应用程序接收到正确的内存量、CPU 性能和其他资源。

• EVM： 在以太坊中，智能合约在 EVM 上运行，这可确保所有指令都得到一致执行。 EVM 检查并强制执行 gas 限制，从而确保交易不会消耗过多的资源。

3. 内核 vs. 共识层

• 传统操作系统： 内核是控制硬件交互的操作系统的核心。 它管理从内存分配到进程调度的所有内容。

• EVM： 以太坊不依赖内核，而是依赖共识机制（权益证明）来确保所有节点状态的准确性。 多个节点必须就交易结果达成一致，以维持安全性和完整性。

4. 硬件交互 vs. 节点通信

• 传统操作系统：操作系统内核直接与 CPU、RAM 和其他硬件设备通信。 它将 CPU 周期分配给进程并处理网络输入/输出。

• EVM： 在以太坊中，以太坊网络中的节点不是进行硬件通信，而是以点对点的方式进行交互。 这些节点验证交易，相互通信并达成共识以保护网络。

5. 物理存储 vs. 区块链存储

• 传统操作系统：数据存储在本地磁盘上并由文件系统管理。 例如，文档、应用程序和系统文件都位于硬盘驱动器或 SSD 上。

• EVM： 在以太坊中，所有智能合约数据都存储在全局共享状态（分布式账本）中。 此数据会在网络中的所有节点上复制，以确透明性和安全性。

第二部分预告：以太坊 EVM 如何处理硬件和共识

在本系列的下一部分中，我们将更深入地探讨以太坊 EVM 在执行智能合约时如何与硬件交互。 我们将探讨：

• 沙箱如何确保以太坊中的安全性。

• 在交易执行期间如何在节点之间达成共识。

• 硬件和内存如何交互以运行以太坊智能合约。

这些主题将使你更深入地了解 EVM 在底层是如何运行的。

第三部分预告：分解以太坊中的 Gas、存储和效率

在本系列的最后一部分中，我们将揭开 gas 费背后的谜团、智能合约如何在链上存储数据以及如何编写更高效的智能合约。 我们将介绍：

• 了解 gas 费并对其进行优化。

• 链上与链下存储：数据真正存储在哪里。

• 开发人员使智能合约更具成本效益的实用技巧。

结论

以太坊虚拟机起初可能看起来很复杂，但是当我们逐层分解它时，我们可以看到它与传统操作系统的相似之处和差异。 从执行智能合约到管理全局共识，EVM 提供了去中心化技术和计算的迷人融合。

请继续关注第 2 部分和第 3 部分，在其中我们将探讨以太坊如何在底层运行，以及如何优化智能合约开发以实现去中心化的未来。

“你觉得以太坊虚拟机哪个方面最吸引人？在下面的评论中分享你的想法和问题，让我们一起更深入地了解去中心化技术的世界！”

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