1 / 25

Java バイトコード変換による 細粒度 CPU 資源管理 ~ Progress Report for SWoPP2001~

Java バイトコード変換による 細粒度 CPU 資源管理 ~ Progress Report for SWoPP2001~. hayami. 背景. Java の普及・用途の多様化 アプレット 信頼できないコードも安全に実行したい Security Manager, Verifier … CPU、 メモリといった資源の管理が不充分. 悪意のあるプログラムが資源 を独占する可能性がある. 本研究の目的. ユーザレベルで CPU 資源を管理. Management = Accounting + Restriction* Accounting

lassie
Download Presentation

Java バイトコード変換による 細粒度 CPU 資源管理 ~ Progress Report for SWoPP2001~

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Javaバイトコード変換による細粒度CPU資源管理~Progress Report for SWoPP2001~ hayami

  2. 背景 • Javaの普及・用途の多様化 • アプレット • 信頼できないコードも安全に実行したい • Security Manager, Verifier… • CPU、メモリといった資源の管理が不充分 悪意のあるプログラムが資源 を独占する可能性がある

  3. 本研究の目的 • ユーザレベルでCPU資源を管理 • Management = Accounting + Restriction* • Accounting • プログラム毎にCPU資源の消費量を計測 • Restriction • 資源を独占しているプログラムに対処 * ” + Reservation” も考えられる

  4. 発表の概要 • アプローチ • 問題の定式化 • アルゴリズムの提案 • 実装・実験 • 関連研究 • 卒論からの進展・TODO • 今後の予定

  5. アプローチ • JVMを改変 • 命令を実行しながら直接資源を管理 • 直接的 • OSの機能を利用 • native codeを使用してOSの資源管理機能を利用 • 特定のOSに限定される。ポータビリティが悪い • バイトコード変換 • 資源管理を適用する対象プログラムを変換 • 既存のどのJVMでも動作 • JIT(Just in Time Compiler)の恩恵にあずかれる • 柔軟性が高い • ただし、実行時のオーバーヘッドは比較的大きい

  6. バイトコード変換例 ソース class NullLoop { 　　public static void main(String[] args) { for (int i=0; i<100; i++) 　　　　　　; } } CPURes.incrementAndCheck(3) バイト コード Method void main(java.lang.String[]) iconst_0 istore_0 goto 36 iinc 0 1 iload_0 ldc #31 <Integer 100> if_icmplt 9 return iconst_3 invokestatic #34 <Method incrementAndCheck(int)>

  7. 変換を行う際の方針 • プログラム中に適切なコードを挿入、実行命令数を動的にカウント • オーバーヘッドは小さく • 1命令ずつカウントしていては話にならない • 管理のきめ細かさを保証 • カウンタの値と実際のカウントがあまりに乖離するのは不都合 • カウントは正確に

  8. iconst_0 istore_0 goto 8 1 iinc 0 1 100 iload_0 ldc #1 <Integer 100> if_icmplt 5 101 return 1 対象プログラムのモデル化~コード挿入コストの定義~ • Control Flow Graph(CFG)でモデル化 • Basic Block → Node • 制御の移動 → Edge • Blockの実行頻度 → 重み コード挿入コスト Ctotal = （コードを挿入したNodeの 重みの総和 重複を許す）

  9. 「きめ」に関する制約条件~Lmax制約~ • 高々Lmax命令以内に、少なくとも１回はインクリメントされることを保証 e.g. Lmax制約はループ中に最低1つはコードを挿入することを要請 • 　　　： インクリメントｆｒｅｅの間隔 • 　　　：「きめ」に関する定数

  10. 問題の定式化(1) • 入力: • CFG • 重み • 出力: • Lmax制約を満たし、かつ実行命令数を正確にカウントするようなコード挿入のうち、コストCtotalを最小にするようなもの

  11. 1in 1 1out 2 … 4 3 問題の定式化(2) • 新たに2|V|個の変数を導入 • vin: vの先頭における真のカウントとのズレ • vout: vの末尾における真のカウントとのズレ • cv: vin,voutから一意に定まる部分コスト

  12. 問題の定式化(3) 「Edgeにはコードを挿入しない」条件(VFreq(G,vpl)) のもと、全体のコスト を最小化せよ

  13. 変換アルゴリズム(案) • 全探索で厳密解を求める • wvの大きいところから決めていく • いくつかの制約を緩和して近似 • EachBlock • ∀vin,vout = 0とする

  14. 問題: 　　Lmax=10, 1in=0 v(lv,wv) 1(5,1) 2(5,101) 4(5,1) 3(1,100) 例題 制約: 　1in=0 2in=1out=3out 3in=2out=4in 0≦1in,1out,…,4in,4out<Lmax の下、 Ctotalを最小にするような整数 1in,1out,…,4in,4outを計算せよ ※解が求まれば最適なコードの 挿入位置は簡単に決定できる

  15. EachBlock • 各ブロックの末尾に挿入 • 1in=1out=,…,=4in=4out=0 は制約を満たすが最適解ではない • Ctotal = 1+101+100+1 = 203 問題: 　　Lmax=10, 1in=0 v(lv,wv) 1(5,1) 2(5,101) 4(5,1) 3(1,100)

  16. wvの大きいところから決めていく 問題: 　　Lmax=10, 1in=0 v(lv,wv) • 重み最大のノードから決定 • 2in=0 (→1out=3out=0) • 2out=5(→4in=3in=5) • Ctotal = 1+100+1 = 102 • 最適解と一致 1(5,1) 2(5,101) 4(5,1) 3(1,100)

  17. 実装 • JOIE(バイトコード変換ツール)を利用 • Pure Java • クラスローダの機能を利用しロード時に変換 • 使い方 e.g. > Java Main –a プログラム名 arg1 arg2… > Java Main –a Hello

  18. 実験 • クラスロード時間と総実行時間を計測 • -classic と -hotspot の2通り • アルゴリズム • Each Block(他のアルゴリズムは未実装) • 環境 • K6-2 450MHz, mem 128M, Win98, Java2 SDK1.3 • Fib: Naïveな再帰でfib(35)を計算 • Linpack: floatのベンチマーク • Caffeine: sieve, loop, logic, string, float, method… • Raytrace: レイトレ(Frame版) • JLex: A Lexical Analyzer Generator for Java

  19. 実験結果(classic)

  20. 実験結果(HotSpot)

  21. 関連研究 • 資源管理 • Jres[Czajkowski,Eicken 98] • コード挿入アルゴリズム • Punctual Polling[田中 01] • バイトコード変換ツール • JOIE[Cohen,Chase 98]

  22. 卒論後の進展 • 使い勝手の向上 • クラスローダを利用して実行時に変換 • コード挿入アルゴリズムの改良 • ノードの重みを考慮 • 実行命令数の正確なカウント • より詳しい性能評価 • さまざまなベンチマークで実験・評価

  23. TODO • コストの最小化がNP完全であることの証明 • 流量保存則を満たすグラフに限定してもNP完全か? • アルゴリズム • 拡張 • Intraprocedural → Interprocedural • ループ展開 • 実装 • 現在“java”で始まるパッケージには変換を不適用(クラスローダに関する制約) • 簡単な最適化(メソッド呼出でincrementは酷い) • 名前がほしい

  24. 今後の日程 • 6/13(水) 本日 • 7/3 (火) 論文提出締め切り • 7/25(水) ~ 27(金) SWoPP@おきなわ

  25. To be continued...

More Related