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二进制翻译中标志位的模式化翻译方法

计算机研究与发展 2014年第10期51卷 2336-2347页

作者：王文文武成岗白童心王振江远翔崔慧敏计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049

二进制翻译是在不同硬件平台之间实现软件迁移的重要手段.在二进制翻译系统中,如何在没有标志位寄存器的目标平台上模拟实现源平台上标志位寄存器的功能,是影响系统性能的关键.现有的标志位分析技术通过对标志位的定值引用进行数据流分... 详细信息

二进制翻译是在不同硬件平台之间实现软件迁移的重要手段.在二进制翻译系统中,如何在没有标志位寄存器的目标平台上模拟实现源平台上标志位寄存器的功能,是影响系统性能的关键.现有的标志位分析技术通过对标志位的定值引用进行数据流分析,尽可能多地消除冗余的标志位定值.但是,对于那些会被引用的标志位定值,现有的技术仍然需要进行翻译.这不仅会导致翻译生成代码的膨胀,还会影响二进制翻译系统的性能.提出了一种二进制翻译中基于模式化的标志位翻译方法.该方法在标志位分析技术基础上,通过将源平台上标志位定值指令和引用指令组合成固定的标志位模式,然后根据模式的具体语义选择目标平台上具有相同语义功能的指令组合进行翻译.这种模式化的翻译方法,不仅可以降低因翻译标志位而引入的代码膨胀,还可以提升二进制翻译系统的性能.实验结果表明,对于SPEC CINT2006中的程序,该方法不仅可以使翻译生成的代码量平均减少7.5%,还可以将程序的性能平均提升10%.

关键词：二进制翻译标志位寄存器标志位翻译标志位模式代码优化

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二进制翻译中动静结合的寄存器分配优化方法

计算机研究与发展 2019年第4期56卷 708-718页

作者：王军庞建民傅立国岳峰单征张家豪数学工程与先进计算国家重点实验室(战略支援部队信息工程大学) 郑州450002

针对二进制翻译器QEMU(quick emulator)在寄存器映射时未考虑基本块之间以及循环体之间对寄存器需求的差异,造成不必要的寄存器溢出而导致的冗余访存开销问题,引入全局寄存器静态映射和局部寄存器动态分配思想,提出高效的基于优先级的... 详细信息

针对二进制翻译器QEMU(quick emulator)在寄存器映射时未考虑基本块之间以及循环体之间对寄存器需求的差异,造成不必要的寄存器溢出而导致的冗余访存开销问题,引入全局寄存器静态映射和局部寄存器动态分配思想,提出高效的基于优先级的动静结合寄存器映射优化算法.该算法首先基于源平台不同寄存器使用的统计特征和各变量的生命周期,静态进行全局寄存器映射;然后依据中间表示与源平台寄存器之间的映射关系,获取基本块中间指令需求寄存器次数并排序确定寄存器分配的优先级;之后依据优先级顺序动态进行寄存器分配,从而减少寄存器溢出次数,降低生成的本地代码的膨胀率以及访存次数,提高目标程序性能.对NBENCH、典型的递归程序和SPEC2006的测试表明:该算法有效地减少了本地代码的访存次数,提高了程序性能,平均比优化前性能分别提升了8.67%, 8.25%, 8.10%.

关键词：二进制翻译寄存器分配翻译器QEMU 反馈式静态二进制翻译器FD-SQEMU TCG中间表示

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二进制翻译中冗余指令优化算法

计算机研究与发展 2017年第9期54卷 1931-1944页

作者：谭捷庞建民单征岳峰卢帅兵戴涛数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450002

二进制翻译是实现软件移植的主要方法.动态二进制翻译受动态执行限制而不能深度优化导致效率较低而传统的静态二进制翻译难以处理间接分支,且现有的优化方法大部分集中在中间代码层,对目标码中存在的大量冗余指令较少关注.针对这一现状... 详细信息

二进制翻译是实现软件移植的主要方法.动态二进制翻译受动态执行限制而不能深度优化导致效率较低而传统的静态二进制翻译难以处理间接分支,且现有的优化方法大部分集中在中间代码层,对目标码中存在的大量冗余指令较少关注.针对这一现状,提出一种静态二进制翻译框架SQEMU,基于该框架提出了一种对目标码冗余指令进行删除的优化算法.该算法通过分析目标码生成指令特定数据依赖图(instruction-specific data dependence graph,IDDG),再利用该图将活性分析和窥孔优化的2种理论相结合,有效删除目标码中的冗余指令.实验结果表明,利用该算法对目标码优化后,其执行效率得到显著提升,最大提升可达42%,整体性能测试表明,优化后nbench测试集翻译效率提高约20%,SPEC CINT2006测试集翻译效率提高约17%.

关键词：二进制翻译冗余指令活性分析窥孔优化 SQEMU框架

二进制翻译中解析多目标分支语句的图匹配方法

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计算机研究与发展 2008年第10期45卷 1789-1798页

作者：陈龙武成岗谢海斌崔慧敏张兆庆中国科学院计算机系统结构重点实验室北京100190 中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100049

二进制翻译技术现已成为实现软件移植的重要手段．在二进制翻译系统中，如何有效地挖掘程序的代码并对其进行高效翻译是影响系统性能的关键，而二进制代码中间接跳转语句的存在，使得静态时难以得到它的跳转目标，影响了代码的发掘率和... 详细信息

二进制翻译技术现已成为实现软件移植的重要手段．在二进制翻译系统中，如何有效地挖掘程序的代码并对其进行高效翻译是影响系统性能的关键，而二进制代码中间接跳转语句的存在，使得静态时难以得到它的跳转目标，影响了代码的发掘率和最终的翻译效果．在通常的应用程序中，间接跳转指令经常用来实现多目标分支语义，分支目标存放在跳转表中．提出了一种解析多目标分支语句及其跳转表的方法，能够挖掘出间接跳转的目标，进而对其进行有效翻译并提高二进制翻译系统的性能．该方法提出使用语义图来对预期语义进行刻画和表达．语义图能够对考察的指令序列进行语义提取，识别出与预期语义相匹配的指令流，还可以应对编译器在不同优化选项下生成的指令，并能有效滤除不相关指令带来的干扰．实验结果表明，对于SPEC CINT2000中的部分测试用例，代码翻译的覆盖率可以提高9．85％～22．13％，相应带来的性能提升可达到8．30％～17．71％，而使用的算法时间复杂度仅为O（1）．

关键词：二进制翻译挖掘代码间接跳转语义图图匹配

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二进制翻译中的X86浮点栈处理

计算机研究与发展 2007年第11期44卷 1946-1954页

作者：谢海斌武成岗崔慧敏李晶中国科学院计算技术研究所

二进制翻译系统是一种基于软件的跨平台代码迁移系统,它将一种体系结构的二进制代码翻译成另一种体系结构的二进制代码.二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用.浮点栈的处理已成为以X86为源... 详细信息

二进制翻译系统是一种基于软件的跨平台代码迁移系统,它将一种体系结构的二进制代码翻译成另一种体系结构的二进制代码.二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用.浮点栈的处理已成为以X86为源的二进制翻译的研究中的关键性问题之一,如何处理X86浮点栈问题直接关系到以X86为源的二进制翻译系统的性能.针对X86浮点寄存器栈的特征,提出了一种扩展虚拟栈(extending virtual stack)处理方案.它采用归一的方法,保证了每个基本块中的运算所涉及到的浮点寄存器可以直接映射到目标机器中的浮点寄存器,确保了翻译的效率,并利用翻译时的分析避免了在入口处不必要的判断;同时还给出了在基本块入口处判别一个基本块是否会出现浮点栈上溢和下溢的充分必要条件,为生成更加高效的代码提供了条件.实验表明,它能够在保证正确实现其功能的前提下,获得更好的执行效率.

关键词：二进制翻译浮点翻译 X86浮点栈扩展虚拟栈归一

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二进制翻译中的库函数处理

计算机研究与发展 2006年第12期43卷 2174-2179页

作者：杨浩唐锋谢海斌武成岗冯晓兵中国科学院计算技术研究所北京100080

在二进制翻译技术中,快速有效地处理系统库函数调用是一个值得研究的课题·基于动静结合二进制翻译技术,提出一种对系统库函数进行分类处理的算法,能够很好地利用动静结合二进制翻译的技术特点和目标机本地的函数调用约定,减少不必要的... 详细信息

在二进制翻译技术中,快速有效地处理系统库函数调用是一个值得研究的课题·基于动静结合二进制翻译技术,提出一种对系统库函数进行分类处理的算法,能够很好地利用动静结合二进制翻译的技术特点和目标机本地的函数调用约定,减少不必要的内存操作,提高源二进制代码在目标机上的执行效率·该算法能够在系统库函数和系统调用之间灵活地切换,并且对于系统库函数有较强的适用性·经过大量的测试验证,在应用该算法后,Digital Bridge Version2系统不仅能够正确有效地处理系统库函数调用,并且性能有了很大的改善·

关键词：二进制翻译库函数处理可包装库函数 PLT短路库函数

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二进制翻译正确性及优化方法的形式化模型

计算机研究与发展 2019年第9期56卷 2001-2011页

作者：傅立国庞建民王军张家豪岳峰数学工程与先进计算国家重点实验室(战略支援部队信息工程大学)

二进制翻译在体系结构设计、程序性能优化、安全性分析以及软件移植等领域的研究中备受关注.不同应用场景对二进制翻译的需求各不相同,却总聚焦于翻译的正确性和翻译的效率2个方面.翻译的正确性用于评判翻译前后程序在逻辑功能上是否具... 详细信息

二进制翻译在体系结构设计、程序性能优化、安全性分析以及软件移植等领域的研究中备受关注.不同应用场景对二进制翻译的需求各不相同,却总聚焦于翻译的正确性和翻译的效率2个方面.翻译的正确性用于评判翻译前后程序在逻辑功能上是否具有等价性,而等价的证明依赖于适当的形式化模型.为了满足研究二进制翻译正确性以及翻译优化方法对理论模型的需求,对已有理论模型进行了深入的剖析,并进一步构建了新的基于后继关系的映射模型.该模型既能够形式化地描述正确翻译的二进制翻译过程所具备的性质和构造方法,也可以在翻译过程形式化描述的基础上对翻译过程优化方法的特征和性质进行描述.通过构建翻译正确性及翻译过程优化方法的形式化模型,为二进制翻译技术中关于翻译过程的实现以及优化方法的策略组合等进一步研究提供了更强的理论支撑.

关键词：二进制翻译翻译正确性效率翻译优化形式化模型

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二进制翻译中的标志位优化技术

计算机研究与发展 2005年第2期42卷 329-337页

作者：马湘宁武成岗唐锋冯晓兵张兆庆中国科学院计算技术研究所北京100080

在二进制翻译技术中 ,如何有效降低对源指令集体系结构标志位的模拟开销是一个值得研究的课题分别针对二进制翻译中的解释执行和动态翻译 ,提出了相应的标志位模拟优化算法 ,能够有效地减少翻译生成的目标代码数量 ,提高目标代码性能 ... 详细信息

在二进制翻译技术中 ,如何有效降低对源指令集体系结构标志位的模拟开销是一个值得研究的课题分别针对二进制翻译中的解释执行和动态翻译 ,提出了相应的标志位模拟优化算法 ,能够有效地减少翻译生成的目标代码数量 ,提高目标代码性能经过大量测试验证 ,在应用该标志位模拟优化算法后 ,DigitalBridge系统翻译生成的目标代码量是源体系结构目标代码量的 12 0 % ,而没有应用该优化算法时该比例是 2 5 0 % ,作为对比系统UQDBT系统的比例是 15 0 %

关键词：二进制翻译标志位优化延迟计算即时计算

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二进制翻译应用级异常处理

计算机研究与发展 2006年第12期43卷 2166-2173页

作者：唐锋武成岗张兆庆杨浩中国科学院计算技术研究所先进编译实验室

二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用·异常处理是二进制翻译的一个重要方面,如何解决异常处理和二进制翻译效率的矛盾是问题的关键·提出了在库函数包装层面处理主动异常和被动异常的方法... 详细信息

二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用·异常处理是二进制翻译的一个重要方面,如何解决异常处理和二进制翻译效率的矛盾是问题的关键·提出了在库函数包装层面处理主动异常和被动异常的方法,一个算法可以高效处理信号异常,另一个算法使用栈展开技术,得到调用地址用于处理try catch异常·实验结果表明,上述方法能够正确处理异常函数,同时对于普通应用程序加入异常处理机制之后性能并不受影响·

关键词：二进制翻译异常库函数系统调用