基于细粒度状态标签的代码缓存优化方案

1

作者 牛根 张福新 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第8期1931-1947,共17页

动态二进制翻译器中广泛使用软件代码缓存来管理翻译生成的代码块.代码块的翻译、刷新和内存占用是软件代码缓存的重要指标.目前仅有少量的针对系统级动态二进制翻译器中代码缓存的研究.已有的系统级动态二进制翻译器为实现正确且高效... 动态二进制翻译器中广泛使用软件代码缓存来管理翻译生成的代码块.代码块的翻译、刷新和内存占用是软件代码缓存的重要指标.目前仅有少量的针对系统级动态二进制翻译器中代码缓存的研究.已有的系统级动态二进制翻译器为实现正确且高效的指令语义模拟,均使用了状态标签方案,但该方案会对软件代码缓存管理带来额外的问题.通过深入分析状态标签方案,总结了其给代码缓存管理带来的2类问题:冲突和冗余.针对这2类问题,提出了基于细粒度状态标签的代码缓存优化方法,包括多状态代码缓存和弱状态标签.这2种方案在LATX-SYS中实现并在龙芯LoongArch平台上使用Ubuntu/x8616.04和Windows XP/x86客户机操作系统进行了测试.结果表明,代码块刷新次数和翻译次数分别降低了43%和18%,代码块相似率从59.63%降至5.06%,翻译开销和内存占用均得到降低.总的来说,系统启动时间降低了20%.最后,针对弱状态标签方案进一步测试了SPEC CPU2000,结果表明代码块数量平均减少了13%,且仅带来2%~3%的性能开销. 展开更多

关键词 软件代码缓存 二进制翻译 虚拟化 代码块 动态优化

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动态二进制翻译与优化技术研究 被引量：26

2

作者 李剑慧 马湘宁 朱传琪 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2007年第1期161-168,共8页

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... 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. 展开更多

关键词 动态二进制翻译 动态二进制优化 精确异常 自修改代码翻译 翻译开销

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动态二进制翻译缓存的分区管理机制研究 被引量：5

3

作者 徐金龙 蒋烈辉 +2 位作者 董卫宇 王立新 陈乔 《计算机工程》 CAS CSCD 2012年第2期60-62,共3页

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... 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。 展开更多

关键词 动态二进制翻译 翻译缓存 翻译块 分区管理 缓存碎片 局部性原理

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基于动态反馈的标志位线性分析算法 被引量：5

4

作者 唐锋 武成岗 +1 位作者 冯晓兵 张兆庆 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第7期1603-1611,共9页

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... 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spec2000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. 展开更多

关键词 动态优化 二进制翻译 标志住优化 动态反馈 线性分析

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TCG动态二进制翻译技术研究 被引量：10

5

作者 张西超 郭向英 赵雷 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2013年第11期34-37,41,共5页

动态二进制翻译是一种即时编译技术,能在运行时将一种指令集体系结构的二进制代码实时翻译成可在另一种指令集体系结构下运行的代码。针对TCG(Tiny Code Generator)动态二进制翻译技术,首先对其基本原理进行研究,分析它的分层机制和翻... 动态二进制翻译是一种即时编译技术,能在运行时将一种指令集体系结构的二进制代码实时翻译成可在另一种指令集体系结构下运行的代码。针对TCG(Tiny Code Generator)动态二进制翻译技术,首先对其基本原理进行研究,分析它的分层机制和翻译过程;然后对翻译块查询与缓存策略、TCG上下文维护,以及中间表示的分类和属性特点进行研究,并给出目标代码的生成步骤和及其常用的两种优化方式。这两种优化方式均在翻译阶段进行,具有实际的优化价值。 展开更多

关键词 微代码生成 动态二进制翻译 翻译块 中间表示 优化

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优化动态二进制翻译器DigitalBridge 被引量：6

6

作者 白童心 冯晓兵 +1 位作者 武成岗 张兆庆 《计算机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第10期103-105,共3页

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%。

关键词 动态优化 动态二进制翻译 热路径 标志位

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动态二进制翻译中基本块重叠冗余的优化 被引量：2

7

作者 李骏 管海兵 +1 位作者 李增祥 梁阿磊 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2007年第22期60-62,共3页

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％。 展开更多

关键词 动态二进制翻译 优化技术 基本块重叠冗余

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二进制翻译中解释器指令缓冲区管理策略分析 被引量：1

8

作者 唐锋 武成岗 +2 位作者 张兆庆 冯晓兵 马湘宁 《计算机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期71-73,共3页

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... 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——IR1结构。该文讨论了这种IR1存放的缓冲区的管理策略对系统性能的影响。 展开更多

关键词 二进制翻译 反汇编 动态优化 程序块

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动态二进制翻译器QEMU中冗余指令消除技术研究 被引量：4

9

作者 宋强 陈香兰 陈华平 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2012年第5期67-69,98,共4页

计算机体系结构的不断发展,使得代码迁移工作变得尤为重要,在这种背景下,二进制翻译技术应运而生。二进制翻译技术使得在已有的体系结构下生成的可执行文件自动迁移到新的体系结构中成为可能。以龙芯2F处理器为硬件平台,研究二进制翻译... 计算机体系结构的不断发展,使得代码迁移工作变得尤为重要,在这种背景下,二进制翻译技术应运而生。二进制翻译技术使得在已有的体系结构下生成的可执行文件自动迁移到新的体系结构中成为可能。以龙芯2F处理器为硬件平台,研究二进制翻译器QEMU中冗余指令的删除优化技术,使用代码活性分析方法来降低代码膨胀度,提高执行效率。该优化技术带来的优化效果超过其自身开销,具有实际优化价值。 展开更多

关键词 二进制翻译 冗余指令消除 动态优化 虚拟机

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利用控制流识别进行二进制翻译代码缓存压缩 被引量：1

10

作者 刘畅 陈志坚 +1 位作者 孟建熠 谭年熊 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期999-1006,共8页

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... 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％. 展开更多

关键词 动态二进制翻译 代码缓存压缩 翻译块扩展 控制流

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一个用户级动态二进制翻译系统的设计与实现 被引量：2

11

作者 曹宏嘉 俞磊 +1 位作者 邓鵾 周兴铭 《计算机工程与科学》 CSCD 2004年第8期79-82,99,共5页

本文介绍了一个x86Linux系统下动态二进制翻译系统的设计与实现,该系统将IA 32用户级整数代码翻译到一个RISC指令集并由模拟器执行目标代码;详细描述了该系统的总体组成、目标结构模拟器、代码翻译过程以及翻译过的代码的执行。

关键词 编译程序 RISC指令集 设计 用户级动态二进制翻译系统

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动态二进制翻译中的冗余LOAD删除优化技术 被引量：2

12

作者 王丽一 文延华 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2008年第6期40-43,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 动态二进制翻译 动态优化 冗余删除

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用户级动态二进制翻译系统设计

13

作者 吴浩 管海兵 梁阿磊 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2007年第10期1-3,共3页

介绍了一个用户级动态二进制翻译系统的结构设计,该系统实现了arm到x86的用户级动态翻译。详细介绍该系统各部分的功能、设计难点和具体运行过程。

关键词 动态二进制翻译 基本块 优化

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VISA:基于动态二进制翻译优化技术的可扩展体系结构

14

作者 唐遇星 邓鹍 +1 位作者 窦勇 周兴铭 《计算机工程与科学》 CSCD 2006年第8期95-98,共4页

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。VI-SA在实现兼容的前提下拓... 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。VI-SA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,并有更高的性能潜力和扩展空间。 展开更多

关键词 二进制翻译 动态优化 微处理器 指令集体系结构 可扩展性

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动态二进制翻译中热路径优化的软件实现 被引量：4

15

作者 史辉辉 管海兵 梁阿磊 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2007年第23期78-80,83,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 动态二进制翻译 热路径 动态优化

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基于隐马尔可夫模型的热路径预测算法研究 被引量：2

16

作者 刘魁 李实英 +1 位作者 李蕊 李仁发 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2010年第7期2468-2471,共4页

基于热路径的动态优化技术是动态二进制翻译器中提高软件运行效率的一种有效方法。如何利用基本块中已有的有限历史运行信息来识别热路径并提高它的预测命中率,同时保持计算开销没有增加是研究的重点。已有的热路径识别算法中基于模型... 基于热路径的动态优化技术是动态二进制翻译器中提高软件运行效率的一种有效方法。如何利用基本块中已有的有限历史运行信息来识别热路径并提高它的预测命中率,同时保持计算开销没有增加是研究的重点。已有的热路径识别算法中基于模型进行预测的方法非常少,算法实现比较复杂。基于隐马尔可夫模型提出一种改进的热路径预测算法。由于状态转移序列惟一,该算法实现简单,可以提高热路径的命中率,在一定程度上改善动态二进制翻译器的性能。最后通过实验对所提出算法的有效性进行验证。 展开更多

关键词 动态二进制翻译 动态优化 热路径 隐马尔可夫模型

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元数据展开的动态二进制翻译寄存器化优化 被引量：1

17

作者 鲍弢 鲁云萍 +1 位作者 徐超豪 臧斌宇 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2008年第10期1929-1934,共6页

动态二进制翻译技术可以使编译好的二进制代码无缝运行于其他架构下,目前得到越来越广泛的应用.由于在动态翻译执行的过程中缺少程序的原始语义信息而只能采用保守的策略来保证程序的正确性,从而制约到动态二进制翻译的性能.为了解决这... 动态二进制翻译技术可以使编译好的二进制代码无缝运行于其他架构下,目前得到越来越广泛的应用.由于在动态翻译执行的过程中缺少程序的原始语义信息而只能采用保守的策略来保证程序的正确性,从而制约到动态二进制翻译的性能.为了解决这种不足,本文提出一种基于静态编译阶段产生的对性能有影响的元数据进行动态翻译中的寄存器化优化算法,进而来提高动态翻译器的整体性能.实验数据表明优化方法对于SPECfp2000和SPECint2000测试集分别获得了15.03%和1.21%的性能提升,其中的一些测试包的加速比甚至达到了37.09%. 展开更多

关键词 动态二进制翻译器 元信息 寄存器化

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一种多线程动态二进制翻译优化系统的研究与实现 被引量：2

18

作者 崔韫楠 庞建民 +1 位作者 岳峰 王银浩 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2015年第4期683-688,共6页

动态二进制翻译通过对程序的动态跟踪,实时对目标代码进行解码和翻译,被广泛地应用于软件跨平台移植等领域.但是动态二进制翻译仍然存在运行开销过大和翻译低效等问题,为解决这一问题,开发了一种基于QEMU的多线程动态二进制翻译优化系统... 动态二进制翻译通过对程序的动态跟踪,实时对目标代码进行解码和翻译,被广泛地应用于软件跨平台移植等领域.但是动态二进制翻译仍然存在运行开销过大和翻译低效等问题,为解决这一问题,开发了一种基于QEMU的多线程动态二进制翻译优化系统.系统通过引入多线程技术,将翻译执行前端和热路径优化后端分别放置在不同的线程中,实现了前端翻译执行和后端热路径优化的多线程并行执行.系统前端利用局部预测算法进行热路径选择,后端通过超级块封装和条件跳转优化进行本地码优化.系统的cache管理采用了分层管理策略.整体性能测试实验表明,系统在低翻译执行开销的基础上,比现有二进制翻译平台QEMU整体性能提升了约5%. 展开更多

关键词 动态二进制翻译 QEMU 多线程 局部预测 热路径优化

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基于龙芯3A处理器的跨平台二进制翻译器QEMU的优化研究 被引量：2

19

作者 张弢 陈香兰 《计算机应用与软件》 CSCD 北大核心 2014年第7期259-262,共4页

动态二进制翻译与优化技术推动了计算机体系结构的发展。以龙芯3A处理器为实现平台,在系统级模拟模式下,针对原二进制翻译器QEMU寄存器分配方案提出跨平台优化方法,同时引入热路径对动态二进制翻译过程中冗余代码进行优化。实验结果表明... 动态二进制翻译与优化技术推动了计算机体系结构的发展。以龙芯3A处理器为实现平台,在系统级模拟模式下,针对原二进制翻译器QEMU寄存器分配方案提出跨平台优化方法,同时引入热路径对动态二进制翻译过程中冗余代码进行优化。实验结果表明,经过优化后,在龙芯3A平台上通过QEMU翻译器运行Windows XP操作系统,其常用X86应用程序的运行速度得到可观提升。以上研究对基于龙芯平台的系统级跨平台应用程序的实用化具有深远的现实意义。 展开更多

关键词 龙芯3A处理器 二进制翻译 寄存器 热路径 动态优化

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动态二进制翻译中数据预取优化研究 被引量：1

20

作者 罗琼程 吴强 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2009年第12期4572-4576,共5页

动态优化是动态二进制翻译研究中一个十分重要的课题,数据预取优化能提高现代处理器体系结构应用程序性能。基于超级块(Superblock)的动态数据预取优化采用软件插桩方式收集应用程序的load访存延迟信息并构造Superblock;然后根据延迟信... 动态优化是动态二进制翻译研究中一个十分重要的课题,数据预取优化能提高现代处理器体系结构应用程序性能。基于超级块(Superblock)的动态数据预取优化采用软件插桩方式收集应用程序的load访存延迟信息并构造Superblock;然后根据延迟信息以及Superblock数据流分析得出的寄存器定值引用关系,对延迟load指令进行预取优化。通过在龙芯D igitalBridge动态二进制翻译系统上实验验证,数据预取优化可以提高翻译后SPEC2000浮点测试程序代码的平均性能3.3%,开销远小于0.5%。 展开更多

关键词 数据预取 二进制翻译 动态优化 超级块

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