编译原理实战课
宫文学
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真实编译器解析篇 (19讲)
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14 | Java JIT编译器(二):Sea of Nodes为何如此强大?

规范化的优化算法
规范化的意义
控制流图
数据流图
三篇论文
优化算法在Graal IR上的实现便利性
课程小结
Canonicalizer阶段
FrameState节点
浮动节点和固定节点
数据流和控制流
Sea of Nodes结构的重要性
程序依赖图的影响
图结构的优点
IR的重要性
参考资料
一课一思
对Graal IR的处理和优化
基于图的IR
Graal编译器的IR设计
Java JIT编译器(二):Sea of Nodes为何如此强大?

该思维导图由 AI 生成,仅供参考

你好,我是宫文学。这一讲,我们继续来研究 Graal 编译器,重点来了解一下它的 IR 的设计。
在上一讲中,我们发现 Graal 在执行过程中,创建了一个图的数据结构,这个数据结构就是 Graal 的 IR。之后的很多处理和优化算法,都是基于这个 IR 的。可以说,这个 IR 是 Graal 编译器的核心特性之一。
那么,为什么这个 IR 采用的是图结构?它有什么特点和优点?编译器的优化算法又是如何基于这个 IR 来运行的呢?
今天,我就带你一起来攻破以上这些问题。在揭晓问题答案的过程中,你对真实编译器中 IR 的设计和优化处理过程,也就能获得直观的认识了。

基于图的 IR

IR 对于编译器非常重要,因为它填补了高级语言和机器语言在语义上的巨大差别。比如说,你在高级语言中是使用一个数组,而翻译成最高效的 x86 机器码,是用间接寻址的方式,去访问一块连续的内存。所以 IR 的设计必须有利于实现这种转换,并且还要有利于运行优化算法,使得生成的代码更加高效。
在上一讲中,通过跟踪 Graal 编译器的执行过程,我们会发现它在一开始,就把字节码翻译成了一种新的 IR,这个 IR 是用图的结构来表示的。那这个图长什么样子呢?非常幸运的是,我们可以用工具来直观地看到它的结构。
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  • 解释
  • 总结

Java JIT编译器中的Sea of Nodes是一种强大的IR设计,采用图结构表示程序的数据流和控制流,为编译器的优化算法提供更灵活的基础。Sea of Nodes的设计优点在于同时反映控制流和数据流,减少它们之间的互相依赖。相比传统的编译器IR设计,Sea of Nodes更容易进行全局优化,避免了在基本块内外做代码移动的复杂分析。Graal编译器和JavaScript的V8编译器都采用了Sea of Nodes结构,具有重要意义。通过理解Sea of Nodes的数据结构、浮动节点和固定节点以及特殊节点FrameState,读者可以深入了解Graal编译器的IR设计和优化处理过程。Sea of Nodes的强大之处在于其图结构设计,为编译器优化算法提供更灵活的基础,使得全局优化更加容易。文章还介绍了Graal IR的数据流和控制流图,浮动节点和固定节点的概念,以及FrameState节点的作用。最后,对Graal IR的处理和优化进行了概述,强调了Canonicalizer阶段的重要性。Canonicalizer阶段通过规范化优化,将程序处理成一种统一的、标准的写法,提高运行效率。Graal的IR整合了控制流图与数据流图,符合SSA格式,有利于优化算法的编写和维护。规范化所需要的操作一般并不复杂,它都是对本节点进行修改和替换。Graal的IR格式是声明式的,通过描述一个节点及其之间的关系来反映源代码的语义,使得概念的表达更加清晰。通过对比学过的优化算法,读者可以思考哪些优化算法在Graal IR上实现起来会更方便。整体而言,本文深入介绍了Sea of Nodes的设计原理和Graal编译器的IR优化处理过程,对于理解编译器的优化算法具有重要参考价值。

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全部留言(3)

  • 最新
  • 精选
  • chris
    老师会讲一下从字节码到graal ir的生成过程吗?

    作者回复: 在第16讲有所提及

    2020-07-05
    1
  • fy
    太硬核了

    作者回复: 虽然硬核,但应该不是太难理解,是吧?

    2021-04-01
  • wusiration
    指令排序以及缓存优化,这两种优化方法需要分析出代码控制依赖和数据依赖的关系。

    作者回复: Great!

    2020-07-04
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