動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯建模及其并行化研究.pdf

1、隨著國(guó)產(chǎn)處理器的發(fā)展，特別是國(guó)產(chǎn)多核處理器的發(fā)展，解決軟件高效移植的問(wèn)題已經(jīng)成為新處理器能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵因素。二進(jìn)制代碼的兼容性是限制軟件移植關(guān)鍵問(wèn)題，也是限制新的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要障礙。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯(Dynamic Binary Translation，DBT)技術(shù)作為一種跨平臺(tái)的動(dòng)態(tài)編譯技術(shù)，為通過(guò)軟件的方法解決不同體系結(jié)構(gòu)之間的二進(jìn)制代碼兼容性提供了可能，也為程序動(dòng)態(tài)優(yōu)化和計(jì)算機(jī)虛擬化提供了新的方向。
　　 由于現(xiàn)代硬

2、件體系結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性，不同的體系結(jié)構(gòu)之間存在著巨大的差異。動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯技術(shù)為了彌補(bǔ)這些硬件上差異，需要耗費(fèi)大量的額外開銷進(jìn)行模擬，直接導(dǎo)致了動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本地程序的性能，阻礙了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。如何提高動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)的性能是該領(lǐng)域的核心研究問(wèn)題。由于多核平臺(tái)所具有的豐富計(jì)算資源，對(duì)傳統(tǒng)單線程動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)進(jìn)行并行化是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　 本文在對(duì)龍芯處理器的動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)研究工作中，基于大

3、量相關(guān)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的分析，為動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)的整個(gè)執(zhí)行過(guò)程構(gòu)建出“翻譯-執(zhí)行-查找”的動(dòng)態(tài)模型。通過(guò)該模型，也就可以把動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)和類似的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔地劃分為翻譯模塊，執(zhí)行模塊和查找模塊。本文的研究?jī)?nèi)容和優(yōu)化方法也圍繞著這三個(gè)模塊，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.歸納出動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)的“翻譯-執(zhí)行-查找”模型:本文在對(duì)大量的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，歸納出動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中的“翻譯-執(zhí)行-查找”

4、的動(dòng)態(tài)模型。把動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系劃分為翻譯模塊，執(zhí)行模塊和查找模塊，為進(jìn)一步研究工作提供準(zhǔn)確的優(yōu)化方向。
　　 2.設(shè)計(jì)出一種帶私有緩存的間接分支目標(biāo)地址查找算法:在查找模塊中，間接分支指令的處理是動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯系統(tǒng)中的性能瓶頸，本文通過(guò)對(duì)間接分支目標(biāo)地址的局部性分析，提出利用私有緩存快速查找間接分支目標(biāo)地址的算法，有效減少了間接分支引起的上下文切換次數(shù)。
　　 3.改進(jìn)了動(dòng)態(tài)二進(jìn)制多線程翻譯模型:在翻譯模塊中，本文詳細(xì)分

5、析和對(duì)比了已有的多線程翻譯模型優(yōu)缺點(diǎn)，提出了基于棧模式的預(yù)測(cè)算法并利用等待隊(duì)列來(lái)管理多個(gè)翻譯線程，提出內(nèi)存拷貝的方法改善分布式代碼緩存的局部性。利用這些優(yōu)化方法改善了多線程翻譯模型的性能。
　　 4.提出了全寄存器直接映射方法:在執(zhí)行模塊中，寄存器的模擬器方式對(duì)于翻譯代碼膨脹率和被翻譯程序的性能有著至關(guān)重要的影響。本文綜合了基于內(nèi)存和直接映射的寄存器模擬方法，提出了在動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯機(jī)制中使用全部寄存器直接映射方法，并在此基礎(chǔ)上，