二进制翻译中标志位的模式化翻译方法

二进制翻译是在不同硬件平台之间实现软件迁移的重要手段.在二进制翻译系统中,如何在没有标志位寄存器的目标平台上模拟实现源平台上标志位寄存器的功能,是影响系统性能的关键.现有的标志位分析技术通过对标志位的定值引用进行数据流分析,尽可能多地消除冗余的标志位定值.但是,对于那些会被引用的标志位定值,现有的技术仍然需要进行翻译.这不仅会导致翻译生成代码的膨胀,还会影响二进制翻译系统的性能.提出了一种二进制翻译中基于模式化的标志位翻译方法.该方法在标志位分析技术基础上,通过将源平台上标志位定值指令和引用指令组合成固定的标志位模式,然后根据模式的具体语义选择目标平台上具有相同语义功能的指令组合进行翻译.这种模式化的翻译方法,不仅可以降低因翻译标志位而引入的代码膨胀,还可以提升二进制翻译系统的性能.实验结果表明,对于SPEC CINT2006中的程序,该方法不仅可以使翻译生成的代码量平均减少7.5%,还可以将程序的性能平均提升10%.     

面向ARM平台的二进制翻译系统标志位优化

二进制翻译系统是不同平台之间代码移植的桥梁,而系统性能是制约其应用的主要因素。在二进制翻译中,翻译经过标志位分析处理后的非冗余标志位需要较多的指令,极大影响了系统的性能。针对该问题,提出一种标志位的模式优化方法,在标志位分析处理基础上,将定值标志位和使用标志位的ARM指令组成固定模式,根据不同的模式用MIPS指令组合翻译达到相同的语义。实验结果表明,利用标志位的模式优化方法可使翻译产生的MIPS代码量减少14%,系统性能平均提高13.7%。     

优化动态二进制翻译器DigitalBridge

讨论动态二进制翻译器DigitalBridge的动态优化设计与实现,给出了基于edge profile的热路径选择算法FHFS,在热路径上实施了基于模式匹配的指令组合优化翻译和标志位延迟计算的优化。实验结果表明,优化后动态翻译的性能平均提高40%。     

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.     

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.     

二进制翻译中的过程恢复技术

目前对处理器速度的追求促使体系结构不断发展,但是软件的支持却不能与其匹配,造成新体系结构推广的困难,研究、解决代码迁移问题的二进制翻译方法应运而生。文中介绍了在开发一个静态二进制翻译系统(XM翻译器)中的过程恢复技术,包括参数恢复和返回值恢复,并提出了解决返回值恢复问题的一个新的实现方法。它回避了一般方法中必须要进行数据流、控制流分析的复杂性,基于x86机器本身的调用特点以及实例的分析,是一种简单实用的实现返回值恢复的方法,经XM系统验证是行之有效的。     

基于动态反馈的标志位线性分析算法

二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用.如果源平台通过标志位进行条件跳转,那么如何处理标志位就成为翻译中的一个重要问题,对翻译的代码质量起着决定性作用.提出标志位线性分析算法,复杂度为线性,基本上能够消除所有的标志位冗余计算,提高了动态执行的效率.基于动态profiling技术,消除了间接跳转的基本块标志位冗余计算.分析了spec 2000中的大部分整点测试例子,实验结果表明,EfLA(Eflag linear analysis)算法对于大运算量的程序是非常有效的.     

VISA：基于动态二进制翻译优化技术的可扩展体系结构

体系结构设计经常要在代码兼容和结构创新之间进行折衷。保证代码兼容的体系结构难以引入创新性的体系结构技术，或者导致最终结构变得相当复杂。本文提出一种基于动态二进制翻译优化的可扩展处理器结构VISA。VISA在实现兼容的前提下拓展了体系结构设计的空间。模拟结果显示，VISA性能优于现有的动态二进制翻译优化框架，并有更高
高的性能潜力和扩展空间。     

块链优化技术在动态二进制翻译中的应用研究

在动态二进制翻译系统中,指令的执行过程中通常会涉及频繁的上下文切换,很大程度上影响了AB(Architecture Bridge)系统的执行效率。为此,笔者提出了一种块链优化技术,通过指令间的直接跳转,有效减少上下文切换次数,对AB系统的翻译缓存进行优化,提高了动态二进制翻译系统中执行模块的时间占比。实验分析表明,块链优化技术能提供10%左右的加速比。     

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.     

动态二进制翻译中热路径优化的软件实现

在动态二进制翻译中,热路径的识别和生成是提高二进制翻译器效率的重要环节。为了提高热路径预测的命中率,必须在程序的运行中搜集较为详细的信息,这必然增加系统的开销。因此,在准确率和开销之间做出权衡十分必要。该文在研究现有热路径算法的基础上,提出了一种改进的基于路径的热路径识别和优化算法,并对结果进行了分析。     

二进制翻译中代码生成的子图覆盖算法

二进制翻译技术能够有效解决二进制兼容问题,促进新型体系结构的发展,也是虚拟机技术的重要组成部分,具有重要的研究和应用价值,但是其效率仍然有待提升,特别是目标代码生成的效率。设计了一种高效的目标代码生成算法——代码生成的子图覆盖算法(subgraph covering for code generation,SCCG),能够以尽可能少的代价生成精简的目标代码。该算法应用数据流图对二进制代码中的基本块进行建模,获取指令间的数据相关,并采用基于子图覆盖的贪心算法得到目标代码。在TransARM原型系统中进行了实现和测试,结果表明该算法获得了更优质的目标代码,并且成本得到了有效控制。     

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%。     

二进制翻译正确性及优化方法的形式化模型

二进制翻译在体系结构设计、程序性能优化、安全性分析以及软件移植等领域的研究中备受关注.不同应用场景对二进制翻译的需求各不相同,却总聚焦于翻译的正确性和翻译的效率2个方面.翻译的正确性用于评判翻译前后程序在逻辑功能上是否具有等价性,而等价的证明依赖于适当的形式化模型.为了满足研究二进制翻译正确性以及翻译优化方法对理论模型的需求,对已有理论模型进行了深入的剖析,并进一步构建了新的基于后继关系的映射模型.该模型既能够形式化地描述正确翻译的二进制翻译过程所具备的性质和构造方法,也可以在翻译过程形式化描述的基础上对翻译过程优化方法的特征和性质进行描述.通过构建翻译正确性及翻译过程优化方法的形式化模型,为二进制翻译技术中关于翻译过程的实现以及优化方法的策略组合等进一步研究提供了更强的理论支撑.     

动态二进制翻译中动态优化的成本与收益分析

传统的静态编译器优化存在着各种限制,为此,提出了一种运行期动态优化的对策。在程序的执行过程中,持续检测程序运行的profile信息,并根据这些信息对程序代码进行优化变换,创建并运行程序代码的优化版本。这种运行期动态优化操作是直接针对程序的二进制代码的,不针对程序语言或编译器。这不仅带来优化的透明性,还使得老版本的源代码即遗留代码也可以从优化技术中获得性能提升。     

二进制翻译中冗余指令优化算法

二进制翻译是实现软件移植的主要方法.动态二进制翻译受动态执行限制而不能深度优化导致效率较低而传统的静态二进制翻译难以处理间接分支,且现有的优化方法大部分集中在中间代码层,对目标码中存在的大量冗余指令较少关注.针对这一现状,提出一种静态二进制翻译框架SQEMU,基于该框架提出了一种对目标码冗余指令进行删除的优化算法.该算法通过分析目标码生成指令特定数据依赖图(instruction-specific data dependence graph, IDDG),再利用该图将活性分析和窥孔优化的2种理论相结合,有效删除目标码中的冗余指令.实验结果表明,利用该算法对目标码优化后,其执行效率得到显著提升,最大提升可达42%,整体性能测试表明,优化后nbench测试集翻译效率提高约20%,SPEC CINT2006测试集翻译效率提高约17%.     

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。     

动态二进制翻译中基本块重叠冗余的优化

动态二进制翻译技术通常采用基本块作为翻译和执行的基本单元,动态翻译中的基本块在划分过程中存在重叠冗余的情况,即当前翻译的基本块可能是一个已经过翻译的基本块子集,或者包含一个已翻译的基本块,这增加了翻译开销。该文从优化动态二进制翻译角度出发,检测、消除由基本块重叠冗余带来的开销。实验表明,在动态二进制翻译过程中存在5%左右的基本块重叠率,通过消除这些冗余可以将翻译和执行的性能提高1%~4%。