二进制翻译中代码Cache的分级双粒度管理策略*

提出一种二进制翻译中代码Cache管理的LRC(Level-Region-Chunk)策略.其兼具全清空策略、FIFO策略和多级Cache的优点,并且考虑了程序的时间空间局部性、执行特性和替换开销,具有较好的性能,实现了代码Cache的高效管理.     

系统级动态二进制翻译中的代码Cache索引

针对系统级二进制翻译中多地址空间共存的情况,提出2种使用虚拟地址和物理地址对代码Cache进行索引的方法。物理地址索引方法有助于各个进程共享已被翻译的代码Cache。测试结果表明,在多进程环境下,物理地址索引的性能高于虚拟地址索引。     

动态二进制翻译与优化技术研究

动态二进制翻译技术是一种即时编译技术,它将针对源体系结构编译生成的二进制代码(源机器码)动态翻译为可以在目的体系结构上运行的代码(翻译码).动态优化技术是指在运行时获取动态信息并进行代码优化的技术.动态二进制翻译及优化系统使得源软件无需重编译就可以直接在目标体系结构上高效地运行.目前几种比较有影响的动态二进制翻译及优化系统有Intel公司的IA-32 Execution Layer,IBM公司的DAISY,Transmeta的CMS及HP的Dynamo等.这些系统对动态二进制翻译系统关键技术有不同的实现.对动态二进制翻译和优化技术的研究是计算机领域的研究热点,具有深远的现实意义和应用前景.     

利用控制流识别进行二进制翻译代码缓存压缩

为了扩展动态二进制翻译产生的本地翻译块,消除因分支目标重复产生的冗余本地代码和返回代码,降低代码缓存的内存占用,提出一种基于控制流识别的代码缓存压缩策略.通过分析投机与非投机2种扩展方式的利弊,结合嵌入式程序分支指令的特征,通过分支方向和偏移量识别对应的控制流;根据控制流选择适合本地翻译块的扩展方式,压缩动态二进制翻译的代码缓存.运行嵌入式基准测试程序时的实验数据表明,在实现该策略后,QEMU二进制模拟器代码缓存的内存占用降低了10%~40%.     

使用动态二进制翻译防止代码植入攻击

论文主要介绍了代码植入攻击的原理及其防范，并讨论了如何将动态二进制翻译应用于代码植入攻击的防范．介绍了两种方法：带外返回地址验证和系统调用沙盒。     

动态二进制翻译中的中间表示

在二进制翻译中采用中间表示,可以适当隔离不同机器平台的特点,便于二进制翻译系统的移植。提出一种VINST中间表示方法,介绍其指令集与特点,运用SSA形式化和冗余指令删除等方法对VINST进行初步优化。优化前后的性能比较结果表明,相对简单高效的方法可以弥补优化的开销,提高系统性能。     

动态二进制翻译的优化

提出动态二进制翻译的两种优化方案:基本块和热路径;分析了从代码中抽取值得优化部分的详细过程;同时也给出针对这两种方案的一些优化方法.最后简单介绍了当前一些动态二进制翻译系统所采用的优化技术.     

动态二进制翻译中的冗余LOAD删除优化技术

动态二进制翻译系统是根据程序的动态执行信息来将源机器上的可执行代码翻译成目标机器上的可执行代码.在翻译成中间表示的过程中会产生一些冗余的LOAD指令,为提高代码的执行效率,提出对这些LOAD指令进行冗余删除优化.该优化技术可以使优化效果超过其自身的开销,达到优化的目的.     

跳转链接技术在动态二进制翻译中的应用

动态二进制翻译中,翻译和执行的基本单元是基本块。一个基本块执行完毕,程序的控制权必须回到执行引擎,开始下一个基本块的查询,这导致频繁的控制权切换。对基本块应用跳转链接技术能够减少这种频繁的控制权切换。该文总结了二进制翻译器中一些常用的跳转链接方法,包括翻译块链接、路径线性化、分支预测等,并通过实验数据证实了跳转链接技术的有效性。     

二进制翻译中解释器指令缓冲区管理策略分析

二进制翻译一般是为了解决遗产代码的问题,同时也可以实现不同硬件平台之间软件的通用。解释执行是二进制翻译不可或缺的一部分。CISC结构的x86指令由于可变长,反汇编较固定指令字长的RISC结构复杂。为了后续的模拟,需要把x86的机器码提升为和汇编码平行的一种结构——IRI结构。该文讨论了这种IRI存放的缓冲区的管理策略对系统性能的影响。     

基于高速缓存负荷均衡的动态二进制翻译研究

针对动态翻译时指令和数据高速缓存访问负荷大幅增加且增幅不均衡导致翻译器性能下降的问题,提出基于指令高速缓存与数据高速缓存访问负荷动态均衡的软硬件协同翻译方法.该方法为处理器设计高速缓存负荷平衡状态,该状态将数据高速缓存分为普通区和负荷平衡区(load balancing area, LBA),普通区缓存正常的程序数据,负荷平衡区通过负荷转化通道(load transforming channel, LTC)吸收动态翻译器调度器地址空间转换操作在指令高速缓存上产生的部分负荷,以提高数据高速缓存利用率.EEMBC(embedded microprocessor benchmark consortium)测试基准实验结果表明,在同等处理器资源的情况下,该方法将指令高速缓存访问次数平均减少35%,数据高速缓存访问次数平均减少58%,动态翻译器综合性能提高171%.     

动态二进制翻译缓存的分区管理机制研究

研究现有的翻译缓存管理方法,针对其维护效率低下的问题,提出一种动态二进制翻译缓存的分区管理机制。该机制将整个翻译缓存划分为N个相等的子区域,从而实现区域与区域内部的2级管理。实验结果表明,该机制保持了翻译块持续较高的命中率,可以避免缓存碎片的产生,并有效提升系统执行效率。     

基于热例程的动态二进制翻译优化

依据对系统级程序行为特性的观察,提出了一种基于热例程的动态二进制翻译优化方法。该方法以频繁执行的例程作为优化单位,通过块内和块间优化算法消除动态二进制翻译引入的冗余。相比基于踪迹的优化方法,该方法具有优化单位发现开销更小、代码区域更大、无重复翻译等优点,更适用于系统虚拟机中操作系统代码的优化。在跨平台系统虚拟机监控器ARCH-BRIDGE上的测试表明,通过对内核代码实施该优化方法,SPEC CPUINT 2006程序的效率提升了3.5%~14.4%,相比基于踪迹的优化,性能最大提升了5.1%。     

译码制导的动态二进制翻译优化

提出了一种译码制导的轻量级动态二进制翻译优化技术,该技术在译码阶段提取源指令的高层语义信息,结合上下文对其进行标注,并在翻译阶段利用标注信息直接生成优化的目标指令.该技术可识别动态二进制翻译系统中主要的基本块级优化机会,去除load/store冗余、精确异常导致的冗余和标志位处理冗余.测试表明,相比QEMU,该优化技术的跨平台x86系统虚拟机ARCH-BRIDGE的翻译开销降低了53％,翻译块尺寸降低了78％,load和store操作数量分别了降低了50％和21％.     

动态二进制翻译系统的调试器框架

传统的动态二进制翻译系统缺少调试器支持或者调试功能有限,随着开发规模的扩大,调试手段成为制约设计开发进度的瓶颈。该文提出一种针对动态二进制翻译系统的调试器框架,引入观察点、回退执行与调试脚本3个功能,通过在Crossbit平台上的验证,证明该技术能够高效地帮助程序员发现错误,提高系统的开发进度。