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Extending a Java Virtual Machine to Dynamic Object-oriented Languages

  • There are two common approaches to implement a virtual machine (VM) for a dynamic object-oriented language. On the one hand, it can be implemented in a C-like language for best performance and maximum control over the resulting executable. On the other hand, it can be implemented in a language such as Java that allows for higher-level abstractions. These abstractions, such as proper object-oriented modularization, automatic memory management, or interfaces, are missing in C-like languages but they can simplify the implementation of prevalent but complex concepts in VMs, such as garbage collectors (GCs) or just-in-time compilers (JITs). Yet, the implementation of a dynamic object-oriented language in Java eventually results in two VMs on top of each other (double stack), which impedes performance. For statically typed languages, the Maxine VM solves this problem; it is written in Java but can be executed without a Java virtual machine (JVM). However, it is currently not possible to execute dynamic object-oriented languages in Maxine.There are two common approaches to implement a virtual machine (VM) for a dynamic object-oriented language. On the one hand, it can be implemented in a C-like language for best performance and maximum control over the resulting executable. On the other hand, it can be implemented in a language such as Java that allows for higher-level abstractions. These abstractions, such as proper object-oriented modularization, automatic memory management, or interfaces, are missing in C-like languages but they can simplify the implementation of prevalent but complex concepts in VMs, such as garbage collectors (GCs) or just-in-time compilers (JITs). Yet, the implementation of a dynamic object-oriented language in Java eventually results in two VMs on top of each other (double stack), which impedes performance. For statically typed languages, the Maxine VM solves this problem; it is written in Java but can be executed without a Java virtual machine (JVM). However, it is currently not possible to execute dynamic object-oriented languages in Maxine. This work presents an approach to bringing object models and execution models of dynamic object-oriented languages to the Maxine VM and the application of this approach to Squeak/Smalltalk. The representation of objects in and the execution of dynamic object-oriented languages pose certain challenges to the Maxine VM that lacks certain variation points necessary to enable an effortless and straightforward implementation of dynamic object-oriented languages' execution models. The implementation of Squeak/Smalltalk in Maxine as a feasibility study is to unveil such missing variation points.show moreshow less
  • Es gibt zwei übliche Wege, um eine virtuelle Maschine (VM) für eine dynamische objektorientierte Programmiersprache zu implementieren. Einerseits kann sie in einer C-ähnlichen Programmiersprache geschrieben werden, um bestmögliche Leistung zu erzielen und größtmöglichen Einfluss auf das sich ergebende ausführbare Programm zu haben. Andererseits kann sie in einer Sprache wie Java geschrieben werden, die weitreichendere Abstraktionen als die C-ähnlichen Sprachen erlaubt. Diese Abstraktionen, beispielsweise echte objektorientierte Modularisierung, automatische Speicherverwaltung oder explizite Schnittstellen, erlauben eine vereinfachtes Implementieren von VM-typischen, aber komplexen Konzepten, wie Speicherbereinigung (garbage collector, GCs) oder just-in-time-Compilern (JITs). Wird eine dynamische objektorientierte Programmiersprache in Java geschrieben, ist jedoch mit Leistungseinbußen zu rechen, da effektiv zwei aufeinander aufbauende virtuelle Maschinen entstehen. Die Maxine VM löst diese Problem für statisch getypteEs gibt zwei übliche Wege, um eine virtuelle Maschine (VM) für eine dynamische objektorientierte Programmiersprache zu implementieren. Einerseits kann sie in einer C-ähnlichen Programmiersprache geschrieben werden, um bestmögliche Leistung zu erzielen und größtmöglichen Einfluss auf das sich ergebende ausführbare Programm zu haben. Andererseits kann sie in einer Sprache wie Java geschrieben werden, die weitreichendere Abstraktionen als die C-ähnlichen Sprachen erlaubt. Diese Abstraktionen, beispielsweise echte objektorientierte Modularisierung, automatische Speicherverwaltung oder explizite Schnittstellen, erlauben eine vereinfachtes Implementieren von VM-typischen, aber komplexen Konzepten, wie Speicherbereinigung (garbage collector, GCs) oder just-in-time-Compilern (JITs). Wird eine dynamische objektorientierte Programmiersprache in Java geschrieben, ist jedoch mit Leistungseinbußen zu rechen, da effektiv zwei aufeinander aufbauende virtuelle Maschinen entstehen. Die Maxine VM löst diese Problem für statisch getypte Programmiersprachen; sie ist in Java geschrieben, kann aber ohne jegliche Java VM (JVM) laufen. Es ist jedoch momentan nicht möglich, dynamische objektorientierte Programmiersprachen in Maxine auszuführen. Diese Arbeit stellt einen Ansatz zur Umsetzung von Objekt- und Ausführungsmodellen dynamischer objektorientierter Programmiersprachen innerhalb der Maxine VM vor, sowie dessen Anwendung auf Squeak/Smalltalk. Dabei stellt die Representation von Objekten und die Ausführung dynamischer objektorientierter Programmiersprachen bestimmte Heraus- und Anforderungen an die Maxine VM, die trotz des Fokus auf Modularität und Konfigurierbarkeit einige Variationspunkte vermissen lässt, welche wiederum für eine einfache Implementierung von besagten Ausführungsmodellen jedoch unerlässlich sind. Daher sollen durch eine testweise Implementierung von Squeak/Smalltalk in Maxine eben jene Variationspunkte identifiziert werden.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tobias Pape, Arian Treffer, Robert HirschfeldORCiDGND, Michael HauptGND
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus-67438
ISBN:978-3-86956-266-7
Series (Serial Number):Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam (82)
Publisher:Universitätsverlag Potsdam
Place of publication:Potsdam
Document Type:Monograph/Edited Volume
Language:English
Year of Completion:2013
Publishing Institution:Universität Potsdam
Contributing Corporation:Oracle Labs, Germany
Release Date:2013/12/13
Pagenumber:163
RVK - Regensburg Classification:ST 230
Organizational units:Extern / Extern
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