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Tracing Algorithmic Primitives in RSqueak/VM

  • When realizing a programming language as VM, implementing behavior as part of the VM, as primitive, usually results in reduced execution times. But supporting and developing primitive functions requires more effort than maintaining and using code in the hosted language since debugging is harder, and the turn-around times for VM parts are higher. Furthermore, source artifacts of primitive functions are seldom reused in new implementations of the same language. And if they are reused, the existing API usually is emulated, reducing the performance gains. Because of recent results in tracing dynamic compilation, the trade-off between performance and ease of implementation, reuse, and changeability might now be decided adversely. In this work, we investigate the trade-offs when creating primitives, and in particular how large a difference remains between primitive and hosted function run times in VMs with tracing just-in-time compiler. To that end, we implemented the algorithmic primitive BitBlt three times for RSqueak/VM. RSqueak/VM isWhen realizing a programming language as VM, implementing behavior as part of the VM, as primitive, usually results in reduced execution times. But supporting and developing primitive functions requires more effort than maintaining and using code in the hosted language since debugging is harder, and the turn-around times for VM parts are higher. Furthermore, source artifacts of primitive functions are seldom reused in new implementations of the same language. And if they are reused, the existing API usually is emulated, reducing the performance gains. Because of recent results in tracing dynamic compilation, the trade-off between performance and ease of implementation, reuse, and changeability might now be decided adversely. In this work, we investigate the trade-offs when creating primitives, and in particular how large a difference remains between primitive and hosted function run times in VMs with tracing just-in-time compiler. To that end, we implemented the algorithmic primitive BitBlt three times for RSqueak/VM. RSqueak/VM is a Smalltalk VM utilizing the PyPy RPython toolchain. We compare primitive implementations in C, RPython, and Smalltalk, showing that due to the tracing just-in-time compiler, the performance gap has lessened by one magnitude to one magnitude.show moreshow less
  • Wenn man eine Programmiersprache als Virtuelle Maschine (VM) realisiert, dann wird Verhalten, das man als Teil der VM, also primitiv, implementiert normalerweise schneller ausgeführt, als vergleichbare Funktionen die in der implementierten Sprache verfasst wurden. Aber die Entwicklung und Wartung von primitiven Funktionen erfordert mehr Anstrengung als die Wartung und Benutzung von Funktionen der implementierten Sprache, da Fehlerbehebung schwerer ist, und die Entwicklungszyklen für VM-Teile länger sind. Im Gegensatz zu Programmen, die in der implementierten Programmiersprache geschrieben sind, wird Quelltext von Primitiven selten wiederverwendet. Und falls sie wiederverwendet werden, dann wird die Schnittstelle zur VM meist emuliert, was den Geschwindigkeitsvorteil reduziert. Aber aufgrund von neueren Resultaten der ablaufverfolgenden dynamischen Kompilierung, könnte die Abwägung zwischen Geschwindigkeit einerseits und Implementierungsaufwand, Wiederverwendbarkeit und Änderbarkeit andererseits nun zugunsten von letzteren ausfallen.Wenn man eine Programmiersprache als Virtuelle Maschine (VM) realisiert, dann wird Verhalten, das man als Teil der VM, also primitiv, implementiert normalerweise schneller ausgeführt, als vergleichbare Funktionen die in der implementierten Sprache verfasst wurden. Aber die Entwicklung und Wartung von primitiven Funktionen erfordert mehr Anstrengung als die Wartung und Benutzung von Funktionen der implementierten Sprache, da Fehlerbehebung schwerer ist, und die Entwicklungszyklen für VM-Teile länger sind. Im Gegensatz zu Programmen, die in der implementierten Programmiersprache geschrieben sind, wird Quelltext von Primitiven selten wiederverwendet. Und falls sie wiederverwendet werden, dann wird die Schnittstelle zur VM meist emuliert, was den Geschwindigkeitsvorteil reduziert. Aber aufgrund von neueren Resultaten der ablaufverfolgenden dynamischen Kompilierung, könnte die Abwägung zwischen Geschwindigkeit einerseits und Implementierungsaufwand, Wiederverwendbarkeit und Änderbarkeit andererseits nun zugunsten von letzteren ausfallen. In dieser Arbeit untersuchen wir, welche Abstriche bei der Implementierung von Verhalten als Primitive gemacht werden müssen, insbesondere wie hoch die Laufzeitunterschiede zwischen Primitiven und gehosteten Funktionen noch sind. Um das zu erreichen haben wir die algorithmische Primitive BitBlt drei mal für RSqueak/VM implementiert. RSqueak/VM ist eine Smalltalk VM, die die PyPy RPython-Toolkette verwendet. Wir vergleichen die Primitivenimplementierungen in C, RPython und Smalltalk, und zeigen, dass aufgrund eines ablaufverfolgenden just-in-time-Übersetzers der Geschwindigkeitsunterschied um eine Größenordnung auf eine Größenordnung gefallen ist.show moreshow less

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Metadaten
Author:Lars Wassermann, Tim FelgentreffORCiDGND, Tobias Pape, Carl Friedrich Bolz, Robert HirschfeldORCiDGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-91277
ISBN:978-3-86956-355-8
ISSN:1613-5652 (print)
ISSN:2191-1665 (online)
Series (Serial Number):Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam (104)
Publisher:Universitätsverlag Potsdam
Place of publication:Potsdam
Document Type:Monograph/Edited Volume
Language:English
Year of first Publication:2016
Year of Completion:2016
Publishing Institution:Universität Potsdam
Publishing Institution:Universitätsverlag Potsdam
Release Date:2016/07/27
Tag:Sammlungsdatentypen; Speicheroptimierungen; dynamische Sprachen; virtuelle Maschinen
collection types; dynamic typing; memory optimization; virtual machines
Issue:104
Pagenumber:45
RVK - Regensburg Classification:ST 230
Organizational units:An-Institute / Hasso-Plattner-Institut für Digital Engineering gGmbH
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
Publication Way:Universitätsverlag Potsdam
Licence (German):License LogoKeine Nutzungslizenz vergeben - es gilt das deutsche Urheberrecht
Notes extern:
In Printform erschienen im Universitätsverlag Potsdam:

Tracing Algorithmic Primitives in RSqueak/VM / Lars Wassermann, Tim Felgentreff, Tobias Pape, Carl Friedrich Bolz, Robert Hirschfeld. – Potsdam: Universitätsverlag Potsdam, 2016. – 45 S. : graph. Darst. (Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam ; 104)
ISSN (print) 1613-5652
ISSN (online) 2191-1665
ISBN 978-3-86956-355-8
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