调研笔记

v86 深度调查：浏览器里跑 Windows 的原理

2026-10-30 #虚拟化 #WASM #浏览器
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调查对象：https://copy.sh/v86/ —— 在浏览器里运行完整 Windows 的开源项目。 本文回答四个问题：它是模拟器还是别的？原理是什么？Windows 是不是精简版？每次都要下载完整镜像吗？

一、技术本质：全系统 x86 模拟器 + 运行时 x86→WASM JIT

官方定义（GitHub README，2026-10）：

“v86 emulates an x86-compatible CPU and hardware. Machine code is translated to WebAssembly modules at runtime in order to achieve decent performance.”

三层理解：

  1. 全系统模拟（full-system emulation）：不是 Wine 那种“API 兼容层”，也不是容器；它模拟一整台 PC，从 BIOS、CPU、内存到磁盘控制器。
  2. CPU 是“解释 + JIT”混合：先解释执行，统计热页；热到阈值后，把整页 x86 指令翻译成 WebAssembly 模块，交给浏览器编译成本地机器码。
  3. 设备是 JavaScript/Rust 模拟：VGA、PS/2、IDE、网卡、声卡等由 JS 设备模型驱动，CPU 核在 WASM 里。

所以准确说法是：“真实 OS 镜像 + 模拟硬件 + x86→WASM JIT”，不是“没有模拟器”。

二、底层架构：x86 怎么被翻译，设备怎么模拟

1. CPU 与 JIT

  • 指令集：32 位 x86，约 Pentium 4 水平，含 SSE3；不支持 64 位、多核、部分保护模式特性、任务门、单步调试等。
  • 执行流程：
    1. 解释器先跑，记录函数调用/间接跳转入口，统计每个页的热度；
    2. 页热度超过 200,000 条指令（JIT_THRESHOLD）后，编译整页，以及最多 3 个直接可达页（MAX_PAGES=3）；
    3. 生成一个大函数 + br_table 分发的 WASM 模块，用 stackifier 算法把任意控制流结构化；
    4. 模块跑完退出，主循环检测下一个模块再进入（目前不做 WASM 模块链接）。
  • 为什么这么设计：WASM 没有任意跳转、不能跨函数保留硬件寄存器、没有 mmap、模块生成慢且有内存开销。所以只能“整页编译 + 大 switch + 模块边界”。
  • 优化：
    • TLB 快路径：4MB 缓存，存物理地址、只读位、是否代码页、是否 MMIO；绝大多数访问走快路径，缺页/MMIO 走慢路径；
    • lazy flags：算术指令延迟更新标志位；
    • 条件跳转直译：cmp + setcc 合并成一次比较；
    • FPU 用 Berkeley SoftFloat：80 位浮点精确但很慢。

2. 内存与分页

  • 客户机物理内存放在 WASM 线性内存/ArrayBuffer 里；
  • 分页（页表、缺页、只读页、代码页失效）完全软件模拟，没有硬件 mmap；
  • 代码页被写入时要失效对应 JIT 代码，保证自修改代码正确。

3. 设备模型

设备模拟方式说明
VGABochs VBE / SVGA，帧缓冲 + Canvas2D framebuffer，无 3D GPU 加速；默认 640×480×4bit（16 色）
键盘/鼠标8042 PS/2 控制器扫描码注入；鼠标绝对/相对定位
硬盘IDE（PATA）不是 AHCI/SATA；支持 raw .img，异步按块加载
CD-ROMIDE + 内置 ISO 9660 生成器支持 Joliet；.iso
软盘8272A 控制器1.44MB 等
网卡NE2000 (RTL8390) 或 virtio-net需要代理后端：inbrowser / wsproxy / wisp / fetch；不是裸 socket
声卡SoundBlaster 16Web Audio 输出，有延迟
其他PIT、PIC、RTC、PCI、部分 APIC、Hayes ModemACPI 仅部分/实验性

4. 为什么能“接近原生”？

准确说：不是接近原生，而是“热代码接近原生”。

  • x86 热页被翻译成 WASM，浏览器再用 Liftoff/TurboFan 编译成本地机器码，所以纯计算循环可以跑到原生的一个可观比例；
  • 但 CPU 状态在内存里而不是寄存器、模块边界、页表模拟、设备 I/O、Canvas 渲染、SoftFloat 都会拖慢；
  • 第三方实测/估算：计算密集型约为原生的 20–40%，整体比原生虚拟机慢 3–10 倍（Pi Stack 2026-06 对比文；非官方数字）。
  • Windows 98 之所以“感觉能接受”，是因为 1998 年的软件本身很轻、默认 16 色低分辨率，再加上状态快照直接跳过开机，不是因为它真的有原生速度。
  • 3D 游戏、视频解码、现代浏览器基本不要想。

三、里面的 Windows 到底是什么

1. 版本与镜像大小（关键：页面上的“13+MB”不是磁盘大小）

系统磁盘镜像内存状态快照页面显示“Size”
Windows 98300 MB raw .img128 MB13.4 MB .bin.zst13+ MB（是快照，不是磁盘）
Windows 20002 GB raw .img512 MB29.6 MB .bin.zst28+ MB（快照）
Windows 95450 MB64 MB无（或另配）19+ MB
Windows ME1 GB256 MB有28+ MB

依据：src/browser/main.js 的 profile 配置；i.copy.sh 的 Content-Length 实测（2026-10-30）。

所以“Windows 98 只有 13MB”是误解：13MB 是预启动 RAM/CPU 快照，真正的磁盘是 300MB。

2. 是 9x 还是 XP/2000？

  • 默认演示同时有 Windows 98（9x 内核） 和 Windows 2000（NT 5.0），不是二选一；
  • 还有 95、ME、NT 3.1/3.51/4.0；
  • Windows XP 不在默认列表，README 说“在特定条件下可运行”，属于实验性支持。

3. 是不是“精简定制版”？

  • 是预制好的完整安装镜像，但做了“为 v86 适配”的精简，不是微软官方的“Lite 发行版”。
  • 具体手段（来自官方 docs/windows-9x.md / windows-nt.md）：
    • 用 QEMU 安装，-M pc,acpi=off，改成 Standard PC（2000 以上必须关 ACPI）；
    • 最小化安装，删掉不必要组件/文件夹（如 ADMIN、DEMOS、HELP 等）；
    • 装 VBE9x / VMDisp9x 驱动，才能上真彩色；默认只有 640×480×4bit；
    • 预装 IE、小游戏、Winamp、Delphi 等，纯粹为了演示。
  • Windows 98 是 9x 内核，Windows 2000 是 NT 5.0；两者不是“精简版 XP”。

4. 镜像怎么“塞进去”的？

不是运行时安装，是预制的 raw 磁盘镜像。

流程：

  1. QEMU 里正常安装 Windows；
  2. 导出 raw .img；
  3. 用 tools/split-image.py 按 256KB 切成 0-262144.img、262144-524288.img …；
  4. 静态服务器托管，v86 按需取块。

你也可以自己构建：qemu-img create -f raw hdd.img 300M → 安装 → 导出 → 切块 → 在 V86 配置里指向你的 hda。官方文档给了 9x/NT/Linux 的完整步骤。

版权提醒：v86 代码是开源 BSD-2-Clause，但 Windows 镜像版权归微软；自建/自托管镜像要自己解决授权。

四、加载机制：每次打开都要下完整镜像吗？

不需要。

1. 默认路径（?profile=windows98）

  1. 下载 JS/WASM（v86_all.js、v86.wasm）和 BIOS；
  2. 下载 13.4MB 的 zstd 状态快照（windows98_state-v2.bin.zst），浏览器解压后 restore_state()，直接进入桌面，不经历 BIOS/开机；
  3. 磁盘镜像 300MB 不整包下载：async: true + use_parts: true + fixed_chunk_size: 256KB，v86 只取客户机实际读到的 256KB 块（例如打开 IE 才取 IE 相关块）；
  4. 块有内存缓存（block_cache），同一块不重复请求；服务器返回的 state 带 Cache-Control: public, max-age=43200（12 小时），浏览器 HTTP 缓存可复用。

2. 有没有 IndexedDB？

没有。 我在源码里 grep 过 indexedDB，v86 默认实现只有：

  • HTTP 缓存（服务器头控制）；
  • 内存块缓存（Map，页面关闭即失）；
  • 手动“Save State”是下载文件，不是自动 IndexedDB。

所以：刷新页面、缓存未过期 → 可能命中 HTTP 缓存；换浏览器/清缓存 → 重新下 13MB + 工作集。不会每次下 300MB，但也不是“永久本地缓存”。

3. 首次加载多久？

  • 状态快照 13.4MB：10–50 Mbps 下约 2–10 秒；加上 JS/WASM 和浏览器解压，桌面通常 数秒内出现；
  • 冷启动 profile（windows98-boot，无快照）：要读大量磁盘块，30 秒到几分钟，取决于网络和磁盘；
  • Windows 2000 状态 29.6MB，首次更久。

以上是量级估算，不是官方 benchmark。

五、项目本身

项目事实
作者Fabian Hemmer（GitHub copy，copy.sh，copy@copy.sh）
起始2013-11-06 创建仓库
协议BSD-2-Clause（内置 SeaBIOS 等第三方组件各自许可）
Star23,644（2026-10-30）
Fork1,938
活跃度最后 push 2026-10-18；demo 构建 1e4f43c95（2026-07-03）
语言JavaScript + Rust（CPU/JIT 编译到 WASM）
支持系统Linux（32 位）、Windows 1.x/3.x/95/98/ME/NT/2000、FreeDOS/MS-DOS、ReactOS、Haiku、FreeBSD/OpenBSD、Android-x86 1.6/4.4、KolibriOS、QNX、SerenityOS 等 50+
嵌入libv86.js / npm v86；给 screen_container + BIOS + 磁盘即可
自建镜像可以；官方有 9x/NT/Linux 构建文档
主要限制无 64 位、无多核、无 3D GPU、无 USB、IDE 非 AHCI、ACPI 部分、FPU 慢、网络需代理、音频延迟、XP 实验性
镜像版权代码开源 ≠ Windows 镜像可自由分发

六、同类项目对比

项目技术路线能跑什么性能/特点
v86全系统 x86 模拟 + 运行时 x86→WASM JITWindows 9x/2000、Linux、DOS、ReactOS计算 20–40% 原生；完整 PC，兼容性好
JSLinux（Fabrice Bellard）纯 JavaScript x86 模拟（无 WASM JIT）Linux（2.6/4.x 等）更慢；只做 Linux，不支持 Windows
WebVM / CheerpX专有 x86→WASM JIT，用户态 LinuxDebian/Linux 应用接近原生；闭源、偏应用层
PCjs周期精确的 8086/286/386 模拟早期 IBM PC、DOS历史还原度高，速度慢，不适合 Win9x
QEMU.wasm / container2wasmQEMU 全系统模拟编译到 WASM多种 OS功能全但体积大、速度慢
FigmaC++ 编译到 WebAssembly（不是 x86 模拟）设计工具渲染说明 WASM 对计算密集代码可接近原生，但不是同一类
98.js用 JS 重画 Windows 98 桌面网页版“像 Win98”不是真 OS，不能跑任意 exe
wine-assemblyx86 解释器 + Win32 API 重实现直接跑 Win98 exe不启动完整 OS，应用级方案

一句话区分：v86 是“把整台 PC 搬进浏览器”；JSLinux 是“只把 Linux 搬进去”；CheerpX 是“把 Linux 用户态搬进去但闭源”；98.js 是“画了一个 Windows 98”；Figma 是“用 WASM 加速自己的 C++”，不是模拟器。

七、事实 / 推测对照

说法定性
v86 是全系统 x86 模拟器，不是 OS 重实现事实（README/源码）
运行时把 x86 热页翻译成 WASM事实（docs/how-it-works.md、jit.rs）
Windows 98 磁盘 300MB、2000 磁盘 2GB事实（profile 配置）
页面“13+MB/28+MB”是状态快照，不是磁盘事实（HEAD 实测 13.4MB/29.6MB）
每次打开要下完整镜像错误；只下状态 + 按需 256KB 块
用 IndexedDB 缓存镜像没有；默认 HTTP 缓存 + 内存块缓存（源码 grep 无 IndexedDB）
Windows 98 是 9x、2000 是 NT 5.0事实；XP 非默认，实验性
镜像是“精简定制版”部分事实：完整安装后做兼容性精简（Standard PC、关 ACPI、VBE 驱动、删组件），非官方 Lite 发行版
“接近原生速度”夸大；第三方估算计算 20–40%，整体慢 3–10 倍
作者 Fabian Hemmer、BSD-2-Clause、23.6k stars事实（GitHub API 2026-10-30）
自建镜像可塞进去事实（官方 9x/NT 文档、split-image.py）
Windows 镜像可自由分发错误；代码开源不等于镜像授权

八、结论

  • 它是真模拟器，跑的是真 OS：真实 Windows 镜像 + 模拟的 x86 PC + x86→WASM JIT。
  • “接近原生”要打引号：热代码可以到原生的 20–40%，整体远不到原生；Windows 98 的流畅感来自“轻负载 + 快照跳过开机”。
  • 13MB 不是 Windows 的大小：是预启动状态快照；磁盘是 300MB（98）/2GB（2000）。
  • 不用每次下完整镜像：状态快照 + 256KB 按需分块 + HTTP 缓存；没有 IndexedDB。
  • 项目健康：23.6k stars、BSD-2-Clause、2026 年仍活跃；适合教学、怀旧、嵌入式 Web VM，不适合跑现代 3D/视频/生产负载。

如果陛下想，我可以下一步做两件事之一：① 在本机用 v86 嵌一个最小 Linux 镜像，实测 MIPS 和首屏时间；② 把 Windows 98 的磁盘块请求抓一遍，画出“打开 IE 到底下载了哪些块”的图。