C로 작성된 초소형 VM 샌드박스, Rust·C·Zig 앱 실행 지원

1 month ago 15

uvm32는 마이크로컨트롤러 등 제한된 자원 환경을 위한 최소주의 가상 머신 샌드박스로, 단일 C 파일로 구성되고 동적 메모리 할당 없이 동작
RISC-V 에뮬레이터 기반으로, C·Zig·Rust·어셈블리로 작성된 바이트코드 앱을 실행하며, 비동기 설계로 호스트 정지 방지
3KB 이하 플래시, 1KB 이하 RAM으로 동작 가능하며, 안전성을 우선시해 잘못된 코드가 호스트를 크래시시키지 않음
다양한 VM 호스트 예제와 언어별 샘플 앱을 제공해, 임베디드·게임·플러그인 등 다양한 환경에 통합 가능
MIT 라이선스로 공개되어 연구, 제품, 임베디드 장치에서 자유롭게 활용 가능

uvm32 개요

uvm32는 의존성 없는 경량 가상 머신 샌드박스로, 마이크로컨트롤러 및 자원 제약 장치용으로 설계
- 단일 C 파일 구조, C99 표준 기반, 비동기 설계, 동적 메모리 미사용
- STM32L0(ARM Cortex-M0+) 기준 3KB 플래시 / 1KB RAM 이하로 동작
RISC-V 에뮬레이터를 기반으로 하며, 관리 인터페이스와 효율적 코드 빌드 도구를 포함

주요 활용 목적

Lua, Duktape, MicroPython 등의 임베디드 스크립트 엔진 대체
샌드박스 환경을 통한 신뢰할 수 없는 코드 격리
Rust, Zig 등 현대 시스템 언어로 개발 가능하게 지원
“Write once, run anywhere” 원칙으로 다중 플랫폼 유지보수 최소화

주요 특징

C, Zig, Rust, 어셈블리로 작성된 바이트코드 예제 포함
논블로킹 설계로 비정상 코드가 호스트를 멈추지 않음
호스트 I/O 가정 없음, 단순하고 일관된 실행 모델
안전한 최소형 FFI 제공
소형 스크립트부터 복잡한 애플리케이션까지 실행 가능
안전성 우선 설계, VM 내부 오류가 호스트를 손상시키지 않음
완전한 CPU 에뮬레이터 기반이지만, 하드웨어 시뮬레이션 목적 아님

대안과의 비교

기존 임베디드 스크립트 엔진 대비 작은 메모리 풋프린트
C, Rust, Zig 등 널리 사용되는 언어 지원
기존 소프트웨어와의 통합 용이성
이벤트 기반·폴링·멀티프로세서 등 다양한 패러다임 지원
비정상 VM 코드에 대한 강인성 확보
반면, 직접 FFI 호출, 최대 효율성, 간단한 스크립팅 경험, 표준 라이브러리 내장은 목표하지 않음

리포지토리 구성

핵심 코드는 uvm32/ 디렉터리에 위치
host-mini는 최소 예제 호스트로, VM 실행 구조를 단순히 보여줌
기타 디렉터리는 고급 호스트 예제 또는 실행 가능한 샘플 앱 포함

예제 코드

host-mini 예제는 uvm32_init, uvm32_load, uvm32_run 함수를 사용해 바이트코드를 실행
시스템 호출(UVM32_SYSCALL) 이벤트를 처리하며, 출력·문자열·에러 이벤트를 구분

샘플 구성

VM 호스트 예제
- host: 다양한 syscall 처리 포함한 완전 실행형 호스트
- host-mini: 최소형 호스트, 내장 바이트코드 포함
- host-parallel: 여러 VM 인스턴스를 병렬 실행
- host-arduino: Arduino 스케치 형태, QEMU로 AVR 코드 테스트 가능
C 앱 예제
- helloworld, heap, conio, lissajous, maze, fib, sketch 등
Rust 앱 예제
- rust-hello: Rust로 작성된 Hello World
Zig 앱 예제
- zig-mandel, zigtris, zigalloc, zigdoom, tinygl 등
어셈블리 앱 예제
- hello-asm: 최소형 Hello World
VM 내 VM 실행 예제
- apps/self: VM이 또 다른 VM을 실행하는 구조

빌드 및 실행 (Docker)

C 컴파일러만으로 빌드 가능, Docker 환경 제공
- make dockerbuild, make dockershell 명령으로 환경 구성
- Docker 셸 내부에서 make 실행 후,
  ./hosts/host/host apps/helloworld/helloworld.bin 실행 가능
host -h 명령으로 전체 옵션 확인 가능

추가 정보

주요 문서는 uvm32/uvm32.h 헤더와 test/ 디렉터리 내 테스트 코드
make test 실행 시 테스트 커버리지 리포트 자동 생성
추가 문서는 doc/README.md 참고

라이선스

MIT License 적용
연구, 제품, 임베디드 장치 등에서 자유롭게 사용 가능

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