[发明专利]一种基于MIPS的JAVA虚拟机硬件无关化平台及其无关化改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MIPS的JAVA虚拟机硬件无关化平台及其无关化改进方法。

背景技术

Java源程序经过编译器编译后生成由字节码组成的类文件class，执行时首先由类装载器装入来自类文件的字节码，经过检验器安全验证后，由Java虚拟机读取字节码，转换为特定的平台指令，并在相应的CPU中运行。

Java虚拟机是Java程序运行的心脏，Java的许多优异特性都来源于Java虚拟机的概念和实现，Java虚拟机是一种建立在实际处理器基础上的抽象的计算机，Java虚拟机运行的是从Class类文件中读入的字节码，所以Java虚拟机也可以看成是以Java字节码为指令集的软件CPU。

在Java平台的结构中，Java虚拟机处在核心的位置，它的下方是移植接口，移植接口有2部分，其中依赖于平台的部分为适配器，Java虚拟机通过移植接口在具体的平台和操作系统上实现。

在最初的Java代码是解释执行的，当虚拟机发现某个方法或代码块运行特别频繁，就会把这些代码认定为“热点代码”(Hot Spot Code)，为了提高热点代码的执行效率，在运行时，虚拟机将会把这些代码编译成与本地平台相关的机器码，并进行各种层次的优化，完成这个任务的编译器称为即时编译器JIT。

在现有的Hotspot编译器中，Client Compiler实现的是一个简单的快速三段式编译器，主要的关注点在于局部性的优化，而放弃了许多耗时较长的全局优化手段。

在第一个阶段，一个平台独立的前端将字节码构造成一种高级中间代码表示HIR。HIR使用静态单分配SSA的形式来代表代码值，这可以使得一些在HIR的构造过程之中和之后进行的优化动作更容易实现。在此之前编译器会在字节码上完成一部分基础优化，如方法内联，常量传播等优化将会在字节码被构造成HIR之前完成。

在第二阶段，一个平台相关的后端从HIR中产生低级中间代码表示LIR，而在此之前会在HIR上完成另外一些优化，如空值检查消除，范围检查消除等，以便让HIR达到更高效的代码表示形式。

最后的阶段是在平台相关的后端使用线性扫描算法在LIR上分配寄存器，并在LIR上做窥孔优化，然后产生机器代码。

在传统的虚拟机设计中，这3个阶段的代码和处理器的汇编指令集密切相关，有大量的处理器相关代码集中于CPU和OS_CPU目录中，经粗略统计，涉及的代码量达到110776行。这造成了针对一款新的CPU移植的工作量非常巨大，移植后的代码鲁棒性和健壮性都有巨大的隐患。

发明内容

本发明的目的在于：通过有针对性的对传统虚拟机移植方案进行研究，针对传统的hotspot历史遗留代码多，各个代码块之间耦合程度相当高，涉及到CPU细节多，且汇编代码量大，代码之间调用关系复杂造成的移植工作量大、移植难度大且移植后鲁棒性降低的问题，在MIPS平台的移植中，提供一种基于MIPS的JAVA虚拟机硬件无关化平台及其无关化改进方法，解决现有技术存在的缺憾。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于MIPS的JAVA虚拟机硬件无关化平台，其特征在于，该平台包括：

处理器抽象引擎模块：包括基于堆栈的处理器和基于寄存器的处理器，所述处理器抽象引擎模块遵循基于堆栈的传统，提供基于寄存器的执行引擎来模拟具体硬件的实现，提供堆栈调用的抽象接口；

内存管理接口模块：用于负责内存的分配和回收；

任务调度和本地调用模块：采取适配策略，直接实现抽象接口和原hotspot的代码适配器；

编译引擎：该编译引擎提取编译接口，使用固定的IR中间码来代替原有的HIR和LIR，最后根据新的接口，把编译部分单独提取出来编译成一个独立的模块来调用。

进一步的，还包括输入/输出模块，所述输入/输出模块采取适配策略，直接实现抽象接口和原hotspot代码的适配器。

一种基于MIPS的JAVA虚拟机硬件无关化平台改进方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

虚拟机从读入Class文件到执行完毕的全过程为一个生命周期，该周期按功能不同，可分为五个阶段：

1、启动虚拟机，并处理命令行输入；

2、初始化虚拟机运行环境；

3、调入并加载Class文件；

4、格式化内存存储frame；

5、执行Java程序。