Δυναμική μετάφραση για τη γλώσσα προγραμματισμού Java

• Κύριος συγγραφέας: Προύντζος, Δημήτριος
• Άλλοι συγγραφείς: Πολυχρονόπουλος, Ελευθέριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Γλώσσα προγραμματισμού Java; Δυναμική μετάφραση; Java; Just in time compilation; Distributed Scalable Java Operating System (DSJOS); Hierarchical Task Graph (HTG); PROMIS; 005.73

Η γλώσσα Java έχει πλέον εδραιωθεί σαν μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες γλώσσες όχι μόνο λόγω της εξαιρετικής υποστήριξης σύγχρονων παραδειγμάτων προγραμματισμού, όπως ο αντικειμενοστραφής και ο γενικευμένος προγραμματισμός, αλλά κυρίως λόγω της εύκολης μεταφερσιμότητας του κώδικα και της ανεξαρτησίας που παρέχει στα προγράμματά της από κάποια συγκεκριμένη πλατφόρμα υλικού-λειτουργικού συστήματος. Η δυνατότητα αυτή συνοψίζεται στο σύνθημα “Write once, run anywhere” που καθιέρωσε η Sun, η εταιρία η οποία σχεδίασε αρχικά την γλώσσα. Κάτι τέτοιο, επιτυγχάνεται με την μετάφραση ενός προγράμματος από πηγαίο κώδικα Java σε μια ενδιάμεση αναπαράσταση object κώδικα (bytecode), η οποία στη συνέχεια εκτελείται στα πλαίσια μιας εικονικής μηχανής. Η πατροπαράδοτη μέθοδος εκτέλεσης των προγραμμάτων από την εικονική μηχανή ακολουθεί το μοντέλο της διερμήνευσης (interpretation), το οποίο στην πράξη δεν είναι καθόλου αποδοτικό, σε ότι αφορά το χρόνο εκτέλεσης. Μια διαφορετική προσέγγιση στην εκτέλεση Java bytecode είναι αυτή της δυναμικής μετάφρασης (Just In Time compilation – JIT compilation). Εδώ, την πρώτη φορά που εμφανίζεται η ανάγκη να εκτελεστεί ένα συγκεκριμένο τμήμα κώδικα, η εικονική μηχανή το επεξεργάζεται, εφαρμόζοντας προαιρετικά μετασχηματισμούς βελτιστοποίησης και παράγει τον αντίστοιχο κώδικα για το συγκεκριμένο σύστημα-οικοδεσπότη στο οποίο εκτελείται και η ίδια. Ο κώδικας αυτός στη συνέχεια μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί, εξαλείφοντας το κόστος της επαναληπτικής μετάφρασης του ίδιου τμήματος bytecode και μειώνοντας το συνολικό χρόνο εκτέλεσης. Στο πλαίσιο της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας κατασκευάζουμε ένα JIT μεταφραστή για μια εικονική μηχανή ειδικού σκοπού, το DSJOS (Distributed Scalable Java Operating System). Όπως φανερώνει και το όνομα του, το DSJOS είναι ουσιαστικά ένα κατανεμημένο σύστημα που προσφέρει στα προγράμματα που εκτελούνται εντός αυτού την αφαίρεση μιας Java εικονικής μηχανής. Ο JIT που δημιουργούμε χρησιμοποιεί ως εσωτερική αναπαράσταση το Ιεραρχικό Γράφημα Εργασιών (Hierarchical Task Graph – HTG) και στηρίζεται στη βιβλιοθήκη μετασχηματισμών και βελτιστοποιήσεων (compilation framework) PROMIS. Η υλοποίηση μας διαρθρώνεται σε τρία κυρίως στάδια: το frontend το οποίο είναι υπεύθυνο για την μετατροπή Java bytecode στην ενδιάμεση αναπαράσταση, το backend που μετατρέπει την ενδιάμεση αναπαράσταση σε κώδικα μηχανής για συστήματα x86 και, τέλος, το επίπεδο χρόνου εκτέλεσης που παρέχει στα εκτελούμενα προγράμματα διάφορες υπηρεσίες απαραίτητες για την εκτέλεση του (π.χ. διαχείριση εξαιρέσεων). Παράλληλα με το σχεδιασμό του βασικού μεταφραστή και την ενσωμάτωση του στο DSJOS, σχεδιάζουμε και υλοποιούμε και ένα σύνολο μετασχηματισμών, τόσο στο frontend όσο και στο backend, οι οποίοι έχουν ως σκοπό να βελτιώσουν την ποιότητα του παραγόμενου κώδικα και να μειώσουν το χρόνο εκτέλεσης των προγραμμάτων.