Dinamično izvajanje programov

Vmesna koda

Vmesno kodo izvajamo na poljubnem sistemu znotraj navideznega izvajalnega okolja s tolmačem (interpreterjem)
Prednosti: varnost, majhno št. prevajalnikov, prenosljivost
Slabost: počasnejše delovanje

Java arhitektura

Java tolmač

Implementacije:

• tolmačenje vsakič znova: preprosto, a počasno
• sprotno prevajanje (Just-In-Time): hitro izvajanje, a velika poraba pomnilnika
  Ob prvem klicu metode se koda prevede, optimizira in shrani za nadaljnje klice
• prilagodljivo optimiranje: Naložena koda se sproti tolmači, le največkrat klicane metode se prevede v strojni jezik in optimizira

Življenjski cikel

1. Prevajanje v zložno kodo (bytecode)
2. Nalaganje razredov na poljubno lokacijo - vsa sklicevanja potekajo preko simboličnih imen (prenaslavljanje ni potrebno)
3. Povezovanje ~ razreševanje simboličnih imen v absolutne naslove
   • zgodnje razreševanje: vnaprejšnje razreševanje vseh konstant
   • pozno razreševanje: vsako sklicevanje se razreši v trenutku uporabe
   • vmesno razreševanje: delno razreševanje ob nalaganju, delno ob izvajanju

Razredne zbirke

Razredna zbirka: standardiziran zapis prevedene kode, primerne za nalaganje / povezovanje / izvajanje v JVM

• Hrani podatke v binarni obliki v standardu, ki ga razume vsak JVM
• Namenjena prenosu po omrežju $\to$ potrebno učinkovito (kompaktno kodiranje)
  Osnovni podatek je big-endian 8b zlog
  Zbirke imajo vnaprej znane dolžine, zato mora biti podana

Nabor konstant

Nabor konstant: tabela različnih struktur (potrebujemo shranjeno št. konstant pred začetkom zapisov)

• znakovne konstante
• imena razredov, vmesnikov, atributov
  Tip konstante podan s prvim zlogom Tag:
  
  
  

JVM 32

Beseda, registri: 32b
Naslovni prostor: 32b $\to$ 4GB naslovljivega pomnilnika

Registri

Za izvajanje operacij JVM uporablja izključno sklad $\to$ zadoščajo 4 registri:

• PC … naslov trenutno izvajanjega ukaza
• vars … kazalec na začetek tabele lokalnih spremenljivk
• optop … kazalec na vrh operandskega sklada
• frame … kazalec na trenutni okvir

Sklad

Hrani parametre, naslove in vmesne rezultate
Vsaka nit dobi svoj sklad, register PC in sklad za native metode
Okvir (frame): del sklada, ki se dodeli metodi ob klicu; trenutna metoda uporablja najvišji del (okvir) sklada

• Izvajalno okolje: hrani vrednosti registrov za metodo tega okvirja
  pframe … kazalec na nad-metodo (povratni naslov)
• Operandski sklad: parametri in rezultati bytecode operacij
  optop kaže na vrh sklada za to nit
• Tabela lokalnih spremenljivk: formalni parameter in lokalne spremenljivke

Klic metode

Metoda A kliče metodo B:

1. Ustvari se okvir za metodo B
2. V tabelo lokalnih spremenljivk okvirja B se odložijo parametri
3. Trenutne vrednosti registrov PC, optop in vars shrani v izvajalno okolje okvirja A
4. Trenutno vrednost registra frame shrani v izvajalno okolje okvirja B (pframe)
5. Nastavimo nove vrednosti registrov:
   • optop, vars = B.optop, B.vars
   • PC = naslov prvega ukaza metode B

Vrnitev iz metode

Vrnitev iz metode B:

1. Rezultat zapišemo v 0-to lokalno spremenljivko
2. Nastavimo vrednosti registrov:
   • frame = B.frame
   • vars, PC = frame.vars, frame.PC
   • optop = frame.optop++

Kopica

Ukaz new rezervira del kopice in vrne referenco nanj
Sproščanje neuporabljenega rezerviranega pomnilnika opravlja JVM čistilec (garbage collector)

Področje za metode

Koda (bytecode) vseh razredov in objektov
Vsaka metoda se pojavi samo enkrat (četudi 100 objektov implementira metodo, se dela le na eni verziji te metode preko this)

Izvajanje zložne kode

Javanski program: zaporedje enozložnih operacijskih kod
Ukazi dostopajo do podatkov:

• takojšnje vrednosti v zložni kodi
• lokalne spremenljivke
• vpisi na operacijskem skladu

Ukazi

3 skupine ukazov:

• 200 splošnonamenskih ukazov
• 3 rezervirani ukazi: breakpoint - razhroščevanje, impdep1 in impdep2 - ustvarjanje sistemskih klicev in prestreznikov
• 25 hitrih ukazov: nadomestijo “počasne” ukaze po povezovanju