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Título: Optimizing software-hardware interplay in efficient virtual machines
Autores: Prokopski, Grzegorz
Fecha: 2009
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Applied Sciences - Computer Science
Descripción: To achieve the best performance, most computer languages are compiled, either ahead of time and statically, or dynamically during runtime by means of a Just-in-Time (JIT) compiler. Optimizing compilers are complex, however, and for many languages such as Ruby, Python, PHP, etc., an interpreter-based Virtual Machine (VM) offers a more flexible and portable implementation method, and moreover represents an acceptable trade-off between runtime performance and development costs. VM performance is typically maximized by use of the basic direct threading interpretation technique which, unfortunately, interacts poorly with modern branch predictors. More advanced techniques, like code-copying have been proposed [RS96,PR98,EG03c,Gag02] but have remained practically infeasible due to important safety concerns. On this basis we developed two cost-efficient, well-performing solutions. First, we designed a C/C++ language extension that allows programmers to express the need for the special safety guarantees of code-copying. Our low-maintenance approach is designed as an extension to a highly-optimizing, industry-standard GNU C Compiler (GCC), and we apply it to Java, OCaml, and Ruby interpreters. We tested the performance of these VMs on several architectures, gathering extensive analysis data for both software and hardware performance. Significant improvement is possible, 2.81 times average speedup for OCaml and 1.44 for Java on Intel 32-bit, but varies by VM and platform. We provide detailed analysis and design guidelines for helping developers predict and evaluate the benefit provided by safe code-copying. In our second approach we focused on alleviating the limited scope of optimizations in code-copying with an ahead-of-time-based (AOT) approach. A source-based approach to grouping bytecode instructions together allows for more extensive cross-bytecode optimizations, and so we develop a caching compilation server
Pour avoir une meilleure performance, la plupart des langages de programmation sont compilés, soit avant leur exécution et statiquement, ou dynamiquement, pendant leur utilisation, à l'aide d'un compilateur "Just-in-Time" (JIT). Cependant, les compilateurs avec desfonctionnalités d'optimisation sont complexes, et plusieurs langages, tel que Ruby, Python, PHP, profitent mieux d'une solution flexible et portable tel qu'une machine virtuelle (MV) interprétée. Cette solution offre un échange acceptable entre la performance d'exécution et les coûts de développement. La performance de la MV est typiquement maximisée par l'utilisation de la technique d'interprétation "direct threading", qui, malheureusement, interagit mal avec les prédicteurs de branches moderne. Des techniques plus avancées, tel que "code-copying" ont été proposées [RS96,PR98,EG03c,Gag02], mais ne sont pas applicable en pratique à cause de préoccupation de sécurité. C'est sur les bases suivantes que nous avons développé deux solutions coût-efficace qui offrent une bonne performance. Premièrement, nous avons développé une extension au langage C qui permet aux programmeurs d'exprimer le besoin pour des garanties spéciales pour la technique de "code-copying". Notre technique, qui requiert très peu de maintenance, est développée comme une extension à un compilateur qui a non seulement des fonctionnalités d'optimisation très élaborées mais qui est aussi un standard d'industrie, le "GNU C Compiler" (GCC). Nous pouvons alors appliquer cette technique sur les interpréteur Java, OCaml et Ruby. Nous avons évalué la performance de ces MV sur plusieurs architectures, en collectionnant de l'information pour analyser la performance logiciel et matériel. La marge d'amélioration possible est très grande, une accélération d'ordre 2.81 pour OCaml et 1.44 pour Java sur l'architecture Intel 32-bit. Il est importan
Idioma: en