動態(tài)二進制翻譯建模及其并行化研究.pdf

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

2、件體系結(jié)構(gòu)的高度復雜性，不同的體系結(jié)構(gòu)之間存在著巨大的差異。動態(tài)二進制翻譯技術(shù)為了彌補這些硬件上差異，需要耗費大量的額外開銷進行模擬，直接導致了動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)的性能遠遠低于本地程序的性能，阻礙了該技術(shù)的廣泛應用。如何提高動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)的性能是該領(lǐng)域的核心研究問題。由于多核平臺所具有的豐富計算資源，對傳統(tǒng)單線程動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)進行并行化是當前研究的熱點問題。
　　 本文在對龍芯處理器的動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)研究工作中，基于大

3、量相關(guān)動態(tài)運行時系統(tǒng)的分析，為動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)的整個執(zhí)行過程構(gòu)建出“翻譯-執(zhí)行-查找”的動態(tài)模型。通過該模型，也就可以把動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)和類似的運行時系統(tǒng)簡潔地劃分為翻譯模塊，執(zhí)行模塊和查找模塊。本文的研究內(nèi)容和優(yōu)化方法也圍繞著這三個模塊，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1.歸納出動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)的“翻譯-執(zhí)行-查找”模型:本文在對大量的運行時系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，歸納出動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)執(zhí)行過程中的“翻譯-執(zhí)行-查找”

4、的動態(tài)模型。把動態(tài)二進制翻譯系劃分為翻譯模塊，執(zhí)行模塊和查找模塊，為進一步研究工作提供準確的優(yōu)化方向。
　　 2.設計出一種帶私有緩存的間接分支目標地址查找算法:在查找模塊中，間接分支指令的處理是動態(tài)二進制翻譯系統(tǒng)中的性能瓶頸，本文通過對間接分支目標地址的局部性分析，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.改進了動態(tài)二進制多線程翻譯模型:在翻譯模塊中，本文詳細分

5、析和對比了已有的多線程翻譯模型優(yōu)缺點，提出了基于棧模式的預測算法并利用等待隊列來管理多個翻譯線程，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，提出了在動態(tài)二進制翻譯機制中使用全部寄存器直接映射方法，并在此基礎(chǔ)上，