同构多核环境下主从式多线程动态二进制翻译器

摘要

动态二进制翻译利用软件方法实现二进制代码移植，支持在目标平台上透明执行源平台的应用程序。传统动态二进制翻译器采用的单线程体系结构，限制了翻译器的性能优化空间，因此，基于多核环境尤其是同构多核环境的多线程动态二进制翻译器应运而生。然而，现有的多线程动态二进制翻译器由于将目标代码的翻译与执行过程完全分离，所以仍然存在着并行度较低、扩展性差等问题。
　　 基于主从结构的多线程动态二进制翻译器MT-BTRIMER，有效的解决了上述问题。该翻译器采用一个主线程和多个从线程并行执行的主从式体系结构，主线程进行目标代码的常规翻译和执行，从线程负责对可能被执行的目标代码进行预测翻译，有效降低了线程间的依赖程度，提高了并行度；通过预测翻译信息收集、重复信息过滤、时效性信息排序等信息处理工作，提高了预测翻译的命中率；在预测翻译并行化资源配置过程中，为每个从线程定义一套与目标代码翻译紧密相关的数据结构和目标代码缓存，减少了资源冲突和线程间的依赖，提高了多个从线程的并行度；在预测翻译任务调度过程中，基于从线程的当前工作状态和预测翻译任务量，采用轮转调度方式进行任务分配，降低了任务调度开销，提高了系统的负载均衡度；采用基于细粒度锁的同步策略，对以控制转移指令为划分依据的目标代码基本块进行细粒度加锁，并根据翻译器处理流程减少不必要加锁和平衡锁操作，避免了死锁且减少了线程间同步开销。
　　 SPEC CINT 2000和BYTEmark等基准测试程序的测试表明：MT-BTRIMER预测翻译的命中率平均为60%；总运行时间比单线程动态二进制翻译器平均减少30%；在同构的八处理器核实验环境下，从四线程扩展到八线程运行SPEC CINT 2000的gcc程序时，CPU利用率平均为700%，且总运行时间由34秒减少为22秒。