Система динамической двоичной трансляции.

.
.
.


____Неизменно актуальной проблемой при создании новых архитектурных платформ является перенос на них большого объёма программного обеспечения, разработанного для уже выпускаемых микропроцессоров. Необходимо либо портировать его, либо создавать заново, что, как правило, нереально. Если же попытаться обеспечить совместимость создаваемой архитектуры с уже существующими, то её возможности по части внедрения новых идей будут весьма ограниченными. Хорошо зарекомендовавшим себя способом решения проблемы является технология динамической двоичной трансляции, которая при наличии необходимой аппаратной поддержки была введена в состав общего программного обеспечения (ОПО) «Эльбрус».
____Реализованы два подхода к построению системы двоичной трансляции (другие названия – система битовой компиляции, битовый компилятор). При первом подходе она работает между микропроцессором и запускаемыми на нём x86-кодами, транслируя коды BIOS, операционной системы (ОС), драйверов и прикладных программ. Вычислительный комплекс (ВК) на базе микропроцессора «Эльбрус» с системой полной двоичной трансляции для пользователя неотличим от ВК на базе x86-микропроцессоров. При втором подходе эта система является обычным Linux-приложением и работает под управлением ОС Linux. Она позволяет запускать Linux-приложения для платформы x86, которые могут работать одновременно с приложениями в кодах платформы «Эльбрус».
____В соответствии с двумя подходами к двоичной трансляции компанией МЦСТ разработано два вида двоичных трансляторов: транслятор уровня системы и транслятор уровня приложений.

Транслятор уровня системы.

____Система битовой компиляции уровня системы (система полной двоичной трансляции) предназначена для высокоэффективного исполнения двоичных кодов, реализованных для архитектуры Intel IA-32 или аппаратно совместимых с ней на ВК на основе микропроцессора «Эльбрус». Битовый компилятор реализует семантическую совместимость с исходной платформой на уровне виртуальной машины, позволяет исполнять на ВК произвольные коды исходной платформы (IA-32), включая коды супервизорного режима (операционные системы).
____Функционирование битового компилятора в основном скрыто от оператора и исполняемых кодов исходной платформы. Работа оператора с программами исходной платформы, исполняемыми на ВК под управлением битового компилятора, идентична работе оператора с теми же программами, исполняемыми аппаратной реализацией архитектуры исходной платформы, при соответствующем совпадении номенклатуры и конфигурации периферийного оборудования.
____Битовый компилятор является неотъемлемой частью ВК, поставляется исключительно вместе с ним и требует его наличия как обязательное условие своего функционирования.
____Аппаратная конфигурация целевой платформы может варьироваться с учётом следующих ограничений:

1. Требуется наличие "скрытого" канала IDE для загрузки самого битового компилятора и хранения его базы транслированных кодов.  В ВК «Эльбрус-3М1»  к этому каналу подключён жёсткий диск, в остальных ВК с архитектурой «Эльбрус» используется карта памяти типа Compact Flash. После завершения стартового тестирования и начальной инициализации ВК, код битового компилятора загружается по "скрытому" каналу загрузчиком нулевого уровня во время пусковой инициализации ВК в автоматическом режиме. Иного способа загрузки битового компилятора в штатном режиме не предусмотрено.
   
   
2. Минимально поддерживаемый объём оперативной памяти (ОП) – 1 ГБайт (некоторая часть из общего объёма ОП расходуется на собственные нужды битового компилятора и недоступна кодам исходной платформы), максимальный объём ОП, доступный кодам исходной платформы – 2 ГБайт.
   
   
3. Битовый компилятор не накладывает никаких ограничений на объём и полноту прочего периферийного оборудования в составе ВК.
   

Транслятор уровня приложений.

____Система битовой компиляции уровня приложений (двоичный транслятор приложений) предназначен для исполнения программ, предназначенных для выполнения на ВК с архитектурой IA-32 под управлением ОС Linux, на ВК на основе микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус».
____Двоичный транслятор приложений является исполняемой программой, функционирующей в рамках ОС Эльбрус, и обеспечивающей прозрачный запуск пользовательского окружения Linux для приложений в кодах х86. Функционирование транслятора приложений скрыто от оператора и исполняемого приложения. Работа оператора с приложениями, исполняемыми под управлением транслятора приложений, практически идентична работе оператора на исходной платформе.
____У пользователя, запускающего приложение исходной платформы под управлением транслятора приложений, должны быть права на чтение исполняемого файла. При запусках приложения под управлением транслятора приложений S-бит в правах доступа к исполняемому файлу игнорируется.
____Для транслятора приложений нет каких-либо специфических ограничений со стороны "хостовой" ОС Эльбрус. На исполняемое приложение транслятором приложений накладывается следующее ограничение – отсутствие системного вызова ptrace. Транслятор приложений не предоставляет возможности одному исполняемому приложению отслеживать и/или влиять на ход исполнения другого приложения. Отладчики и аналогичные программы под транслятором приложений не работают.

Технология двоичной трансляции.

____Двоичный транслятор включает интерпретатор и три транслятора, функционирующие на последовательных этапах оптимизации. Каждый из них запускается на определённом участке кода, сформированном на предыдущем этапе, если число исполнений этого кода превысит заданный порог. Таким образом увеличивается эффективность результирующего кода.
____На этапе интерпретации кода набирается трасса – последовательность медленно исполняемых интерпретатором линейных участков, следующих в порядке возрастания адресов. После того как количество исполнений трассы превышает некоторый порог, запускается процедура её трансляции не оптимизирующим шаблонным транслятором.
____Шаблонный транслятор принимает на вход трассу, полученную интерпретатором, и преобразует каждую её инструкцию в двоичный код целевой архитектуры («Эльбрус»). Инструкция набирается из нескольких готовых шаблонов (подготовка операндов, операция, запись результатов). Результирующий код помещается в кэш трансляций. Благодаря этому оттранслированный код используется как новая функция, вызов которой эквивалентен интерпретации трассы.
____Быстрый регионный компилятор включает в себя урезанный набор базовых оптимизаций, которые позволяют получить существенный прирост производительности регионов (выделенных областей неоднократно исполняемого кода) при наименьших затратах времени на их компиляцию. Этим достигается оптимальное суммарное время работы всей системы двоичной трансляции. На этом этапе включается механизм планирования, компоновки операций промежуточного представления в широкие команды, также позволяющий осуществить некоторые оптимизации.
____Оптимизирующий регионный компилятор является транслятором самого высокого уровня. В результате его работы получается максимально эффективный результирующий код, хотя при этом затрачивается много времени на саму трансляцию. По внутреннему устройству похож на классические языковые оптимизирующие компиляторы, от которых отличается в основном ограничениями на скорость компиляции (и, соответственно, на использование затратных по времени алгоритмов) и наличием семантических ограничений, накладываемые семантикой исходных двоичных кодов.


источник