面向多核系統(tǒng)的垃圾回收關鍵技術研究.pdf

1、在過去的十幾年中，一方面處理器多核化已經(jīng)成為提高計算性能的有效手段，是目前硬件體系結構的重要發(fā)展趨勢，另一方面軟件設計的規(guī)模和復雜程度越來越高，從而對編程語言運行時環(huán)境的性能和可擴展性提出了更高的要求。運行時環(huán)境承擔著充分挖掘硬件并行性和協(xié)調操作系統(tǒng)的任務，為應用程序提供高效資源管理與調度的功能，在軟硬件體系結構中具有重要地位。垃圾回收器作為運行時環(huán)境中內存管理的重要部分是影響運行時環(huán)境性能的主要瓶頸，面向多核多線程環(huán)境的垃圾回收機制的

2、設計面臨諸多挑戰(zhàn)。垃圾回收作為運行時環(huán)境中最難被并行化和并發(fā)化的部分，任何細小的改動都可能影響垃圾回收設計的正確性。本文針對多核多線程環(huán)境下垃圾回收機制的并行化及并發(fā)化設計與優(yōu)化問題展開研究，從高效的并行及并發(fā)回收器設計和增強與優(yōu)化垃圾回收中數(shù)據(jù)訪問局部性兩方面入手，在現(xiàn)有的垃圾回收機制基礎上提出了一系列的設計與優(yōu)化的方案，包括針對垃圾回收的高精度回收設計、無鎖同步機制、緩存預取機制以及堆空間碎片壓縮整理等。本文的主要工作和貢獻包括：<

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

4、面向并發(fā)垃圾回收的無鎖同步機制，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原語的無鎖同步方案，該方案支持在多核系統(tǒng)下對任意多個內存字的無鎖同步操作，有效的避免了由于鎖競爭造成的程序串行化問題，提高了并發(fā)執(zhí)行性能。并在此基礎上提出了基于MCAS的對象擴展模型，設計了在并發(fā)垃圾回收中基于該模型的對象并發(fā)拷貝機制。實驗結果表明，本文的設計在具有很好的并發(fā)訪問性能和可擴展性。
　　提出了面向并行追蹤回收的緩存預取機制，分析

5、測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下實現(xiàn)緩存預取的方案，將緩存預取加入到垃圾回收的追蹤階段，實現(xiàn)了對象追蹤和數(shù)據(jù)加載的并行執(zhí)行。通過有效的預取隊列的控制，并結合并行回收器的調度機制設計了針對并行追蹤的緩存預取調度機制，避免了無效預取請求，降低了緩存預取對內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制，分析總結了在垃圾回收中堆碎片產生的原因以及對運行時環(huán)境的影響，在半空間拷貝垃圾回