面向多核系統(tǒng)的垃圾回收關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在過(guò)去的十幾年中，一方面處理器多核化已經(jīng)成為提高計(jì)算性能的有效手段，是目前硬件體系結(jié)構(gòu)的重要發(fā)展趨勢(shì)，另一方面軟件設(shè)計(jì)的規(guī)模和復(fù)雜程度越來(lái)越高，從而對(duì)編程語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)環(huán)境的性能和可擴(kuò)展性提出了更高的要求。運(yùn)行時(shí)環(huán)境承擔(dān)著充分挖掘硬件并行性和協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的任務(wù)，為應(yīng)用程序提供高效資源管理與調(diào)度的功能，在軟硬件體系結(jié)構(gòu)中具有重要地位。垃圾回收器作為運(yùn)行時(shí)環(huán)境中內(nèi)存管理的重要部分是影響運(yùn)行時(shí)環(huán)境性能的主要瓶頸，面向多核多線程環(huán)境的垃圾回收機(jī)制的

2、設(shè)計(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)。垃圾回收作為運(yùn)行時(shí)環(huán)境中最難被并行化和并發(fā)化的部分，任何細(xì)小的改動(dòng)都可能影響垃圾回收設(shè)計(jì)的正確性。本文針對(duì)多核多線程環(huán)境下垃圾回收機(jī)制的并行化及并發(fā)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)研究，從高效的并行及并發(fā)回收器設(shè)計(jì)和增強(qiáng)與優(yōu)化垃圾回收中數(shù)據(jù)訪問(wèn)局部性兩方面入手，在現(xiàn)有的垃圾回收機(jī)制基礎(chǔ)上提出了一系列的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的方案，包括針對(duì)垃圾回收的高精度回收設(shè)計(jì)、無(wú)鎖同步機(jī)制、緩存預(yù)取機(jī)制以及堆空間碎片壓縮整理等。本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括：<

3、br>　　提出了基于追蹤計(jì)數(shù)的高精度并發(fā)追蹤回收機(jī)制，在已有的并發(fā)追蹤回收基礎(chǔ)上，通過(guò)在回收過(guò)程中采取追蹤日志和追蹤計(jì)數(shù)的方式，監(jiān)視在并發(fā)追蹤過(guò)程中應(yīng)用線程對(duì)對(duì)象引用圖的修改，根據(jù)修改的類型分別針對(duì)引用的創(chuàng)建和刪除設(shè)計(jì)了兩種攔截器保護(hù)機(jī)制，避免了在并發(fā)垃圾回收過(guò)程中活動(dòng)對(duì)象的丟失。本文方案可以有效地跟蹤對(duì)象的修改情況，在保證并發(fā)回收正確性前提下，減少了在重掃描過(guò)程中處理的對(duì)象數(shù)量和浮動(dòng)垃圾的數(shù)量，提高了并發(fā)追蹤的精度。
　　提出了

4、面向并發(fā)垃圾回收的無(wú)鎖同步機(jī)制，為了克服傳統(tǒng)基于鎖同步方式的缺陷，提出了一種基于硬件CAS原語(yǔ)的無(wú)鎖同步方案，該方案支持在多核系統(tǒng)下對(duì)任意多個(gè)內(nèi)存字的無(wú)鎖同步操作，有效的避免了由于鎖競(jìng)爭(zhēng)造成的程序串行化問(wèn)題，提高了并發(fā)執(zhí)行性能。并在此基礎(chǔ)上提出了基于MCAS的對(duì)象擴(kuò)展模型，設(shè)計(jì)了在并發(fā)垃圾回收中基于該模型的對(duì)象并發(fā)拷貝機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文的設(shè)計(jì)在具有很好的并發(fā)訪問(wèn)性能和可擴(kuò)展性。
　　提出了面向并行追蹤回收的緩存預(yù)取機(jī)制，分析

5、測(cè)量了追蹤垃圾回收中的主要性能瓶頸，提出了在已有軟硬件平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)緩存預(yù)取的方案，將緩存預(yù)取加入到垃圾回收的追蹤階段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象追蹤和數(shù)據(jù)加載的并行執(zhí)行。通過(guò)有效的預(yù)取隊(duì)列的控制，并結(jié)合并行回收器的調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)了針對(duì)并行追蹤的緩存預(yù)取調(diào)度機(jī)制，避免了無(wú)效預(yù)取請(qǐng)求，降低了緩存預(yù)取對(duì)內(nèi)存帶寬以及緩存污染的影響。
　　提出了基于半空間拷貝回收的堆碎片消除機(jī)制，分析總結(jié)了在垃圾回收中堆碎片產(chǎn)生的原因以及對(duì)運(yùn)行時(shí)環(huán)境的影響，在半空間拷貝垃圾回