[發(fā)明專利]一種基于寄存器映射的動態(tài)編譯方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110203365.0
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102236575A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊珉;張源;彭智俊;朱東來
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G06F9/45
• 分類號: G06F9/45
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于Java編譯運(yùn)行環(huán)境設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及Java動態(tài)編譯器的動態(tài)編譯方法。

背景技術(shù)

作為目前應(yīng)用最廣泛的面向?qū)ο缶幊陶Z言，Java語言因其特有的可移植性，被大量運(yùn)用在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用平臺開發(fā)中。而嵌入式平臺因其特有的硬件資源的有限性，如何使Java程序更加高效執(zhí)行，成為現(xiàn)今嵌入式平臺上的Java虛擬機(jī)急待解決的關(guān)鍵問題。

目前Java程序在嵌入式系統(tǒng)中主要采用兩種模式運(yùn)行：解釋器執(zhí)行模式以及即時編譯執(zhí)行模式。在嵌入式系統(tǒng)中，解釋器執(zhí)行模式雖然有實(shí)現(xiàn)簡單、跨平臺性良好等優(yōu)點(diǎn)，但其執(zhí)行效率卻十分低下。而即時編譯執(zhí)行模式雖然能夠提高Java程序的執(zhí)行效率，卻有著實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、加重應(yīng)用程序執(zhí)行期間負(fù)擔(dān)等缺點(diǎn)。這主要由于嵌入式平臺上廣泛采用RISC這種基于寄存器結(jié)構(gòu)的處理芯片，無論是解釋器執(zhí)行模式還是即時編譯執(zhí)行模式在嵌入式平臺上表現(xiàn)不甚理想。

當(dāng)今Java的字節(jié)碼表示除了傳統(tǒng)的基于棧機(jī)構(gòu)設(shè)計的Java字節(jié)碼之外，還出現(xiàn)了基于寄存器設(shè)計的Java字節(jié)碼，尤其以Google開發(fā)設(shè)計的嵌入式操作系統(tǒng)Android中的DEX字節(jié)碼為典型。基于寄存器的字節(jié)碼和同樣基于寄存器設(shè)計的RISC芯片之間天然的同構(gòu)型為Java虛擬機(jī)中即時編譯其的構(gòu)造帶來了新的機(jī)遇。然而，如今的Java虛擬機(jī)中所采用的即時編譯執(zhí)行模式都是針對基于棧結(jié)構(gòu)的字節(jié)碼格式提出的，不能很好的利用這種新的基于寄存器的字節(jié)碼。本發(fā)明提出了一種基于寄存器映射的動態(tài)編譯技術(shù)，以更好的利用RISC架構(gòu)和基于寄存器的Java字節(jié)碼，從而獲得更好的Java程序執(zhí)行效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對目前的Java編譯技術(shù)中缺少一套針對基于寄存器設(shè)計的Java字節(jié)碼的動態(tài)編譯技術(shù)的這一問題，提出一種新型的動態(tài)編譯方法。

本發(fā)明將所有的Java函數(shù)劃分為兩類函數(shù)，即簡單函數(shù)和復(fù)雜函數(shù)。

1、簡單函數(shù)：虛擬寄存器使用數(shù)目不超過實(shí)際機(jī)器物理寄存器總個數(shù)。

2、復(fù)雜函數(shù)：虛擬寄存器使用數(shù)目大于或等于實(shí)際機(jī)器物理寄存器總個數(shù)。

本發(fā)明通過采用SPECjvm98這一測試用例，在ARM平臺上對基于寄存器設(shè)計的Java字節(jié)碼中函數(shù)使用寄存器情況進(jìn)行了調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如附圖1所示。

通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，簡單函數(shù)占函數(shù)總數(shù)的90%以上，這說明了在RISC架構(gòu)機(jī)器上，豐富的物理寄存器數(shù)目足以用來進(jìn)行對基于寄存器的Java字節(jié)碼中的虛擬寄存器進(jìn)行一一映射的快速分配。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：利用RISC處理器擁有大量寄存器這一特性，在動態(tài)編譯階段，以函數(shù)為粒度，將基于寄存器的Java字節(jié)碼中所使用的虛擬寄存器和物理寄存器通過一一映射進(jìn)行綁定。通過動態(tài)編譯直接生成本地代碼。

根據(jù)函數(shù)類型的不同，所述進(jìn)行寄存器映射的策略也不同，具體為：

1、在編譯簡單函數(shù)時，采取如下寄存器映射策略，如附圖2所示：

（1）編譯簡單函數(shù)時，虛擬寄存器和物理寄存器的映射關(guān)系是由函數(shù)本身決定，固定為一一映射。

（2）在每個函數(shù)中，所有的虛擬寄存器都必須指派一個物理寄存器與之映射，即使是在字節(jié)碼中并未使用到寄存器也不能例外；而任意一個物理寄存器都必須分配給至少一個虛擬寄存器進(jìn)行映射綁定。

（3）被分配的物理寄存器總數(shù)目必需等于虛擬寄存器的總數(shù)目。

（4）在編譯某些復(fù)雜的基于寄存器設(shè)計的字節(jié)碼的指令時，比如一些虛擬機(jī)相關(guān)的指令，由于其復(fù)雜的邏輯關(guān)系，所以需要使用到一些臨時寄存器，所以在這種情況下，需要選擇一些已經(jīng)被映射過的物理寄存器來做為臨時寄存器，故而在編譯該條字節(jié)碼指令時，這些被選作用來充當(dāng)臨時寄存器的物理寄存器中的值將被壓入棧上進(jìn)行保存，編譯完后，將取回棧上保存的值存入物理寄存器中進(jìn)行恢復(fù)。

2、在編譯復(fù)雜函數(shù)時，采取如下寄存器映射策略，如附圖2所示：

首先將實(shí)際的物理寄存器與字節(jié)碼中的虛擬寄存器一一映射，此外，不能映射到物理寄存器的虛擬寄存器將映射到線程棧上一段溢出區(qū)(spill?area)，如附圖3所示。

（1）在編譯復(fù)雜函數(shù)時，由于復(fù)雜函數(shù)眾多的虛擬寄存器數(shù)目超出了機(jī)器實(shí)際的物理寄存器數(shù)目，所以并不是所有的虛擬寄存器都能夠和物理寄存器進(jìn)行一一映射的。所以多出來的虛擬寄存器將用棧來存儲，這部分棧上使用的區(qū)域被稱為溢出區(qū)域。

（2）在每個函數(shù)中，所有的虛擬寄存器都必須指派一個物理寄存器與之映射，即使是在字節(jié)碼中并未使用到寄存器也不能例外；而任意一個物理寄存器都必須分配給至少一個虛擬寄存器進(jìn)行映射綁定。