[논문]JNI를 사용한 혼합형 실행 환경

김상훈

[국내논문] JNI를 사용한 혼합형 실행 환경
Mixed-mode execution environment using the JNI 원문보기

자바의 이전성은 해석 방식에 따른 비효율성을 낳는다. 또한 일반 응용 프로그램에서 자바의 표준 클래스 라이브러리는 플랫폼 의존적인 기능을 제공하지 못한다. 이러한 여러 가지 문제를 해결하기 위해 JNI, JIT, 오프라인 바이트코드 컴파일러가 제안되어왔다. 본 논문에서는 자바 가상기계가 네이티브 코드와 함께 실행되는 혼합형 실행 모델을 제시한다. 현 실행 모델과 번역기는 동적으로 바이트코드를 적재할 수 있는 능력이 주어지며 JNI의 수월한 사용을 제공한다. 본 시스템은 JIT 보다 효율적이며, JNI의 개념이 부족한 프로그래머가 쉽게 네이티브코드 작성할 수 있도록 한다.

The tradeoff of Java's portability is the inefficiency of interpretation. Also, the standard Java class library may not support the platform-dependent features needed by your application. Several solutions have been proposed to overcome these problems, such as JNI, JIT, off-line bytecode compilers. In this paper, we present an mixed-mode execution model which Java virtual machine executes together with native code. This execution model and its translator preserves the ability to dynamically load bytecode, and reduce the difficulties of JNI usages. Our system is more efficient than JIT, and helps programmer to write C implementation for the native method without the concept of JNI.

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문제 정의

본 연구에서는 원시 자바 프로그램 또는 클래스 파일로부터 JNI 기반 네이티브 코드로의 번역하는 방법을 통하여 위에서 서술한 실행속도 문제와 플랫폼 의존적인 작업의 원활한 수행을 이루어 보고자한다. 이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로 번역하는 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램이 JNI를 프로그램의 기본 틀로 사용할 수 있도록함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다.
본 논문에서는 원시 자바 프로그램 또는 클래스 파일로부터 JNI 기반 네이티브 코드로의 번역하는 방법을 통하여 실행속도 문제와 플랫폼 의존적인 작업의 원활한 수행을 이루어 보고자 하였다. 이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로의 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램을 JNI 프로그램을 위한 기본 틀로 사용할 수 있도록 함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다.

제안 방법

그러나 최종 사용자는 원시 프로그램이 아닌 바이트코드를 얻게되므로 대부분의 경우에 적절하지 못하다. 두 번째 방법은 바이트코드를 네이티브코드로 번역하여 실행시키는 오프라인 바이트코드컴파일 방식이다. 그러나 이는 실행 전에 컴파일이 완료되어야 하므로 동적 클래스 적재(dynamic class loading)를 지원하지 못하는 문제점을 가진다.
보고자한다. 이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로 번역하는 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램이 JNI를 프로그램의 기본 틀로 사용할 수 있도록함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다. 더 나아가 기존시스템이 동적 클래스를 적재할 수 없었던 문제와 Java 2 플랫폼의 지원하지 못하는 문제를 해결하였다.
본 논문에서 제안한 시스템에서는 바이트 코드와 네이티브 이진 코드를 혼합하여 실행하는 혼합형 실행 모델에 기반을 두고 있다. 메소드, 필드의 접근, 쓰레드, 가비지 컬렉션 등은 JNI를 통하여 JVM에 의해 이루어진다.
혼합형 실행 모델과 JNI에 적합한 번역기를 구성하기 위해서 본 연구에서는 JNI를 사용하는 C 코드로 클래스 파일을 번역하고 기존의 C 컴파일러를 사용하여 최적목적 코드를코드를 생성하는 방법을 채택하였다. 따라서 번C 코드와클래스 파일을 C코드와 이 C 코드를 사용하기 위한 자바 프로그램으로 번역된다.
흐름 분석기는 상수 풀로부터 바이트 코드를 순차적으로 읽어들이면서 정보를 수집하게 된다. 조건부 점프에 해당하는 ifeq, ifne, iflt, ... 등, 그리고 무조건 점프에 해당하는 goto, goto_w, 예외처리를 위한 jsr, ret, 다중 점프를 위한 tableswitch, lookup-switch에 대해 점프의 시작 위치와 목적지 그리고 점프의 개수 등 흐름에 대한 정보를 수집한다. 이러한 정보는 코드 생성 시에 코드 생성을 위한 레이블, 예외처리, 임시 변수의 생성 등을 위해 사용하게 된다.
0을 이용실행 시간에JIT 컴파일러는 실행시간에 컴파일과 최적화에 대한 부담을 갖기 때문에 본 시스템에 의해 생성된 프로그램보다 실행속도가 떨어진다. 실험 예제로 단순 100p 반복, Perfect number, Permutation 등의 예제를 통하여 이를 확인하였으며 그의 실험 결과는 표 1과 같다. 그러나 순환함수(Permutation)의 경우는 JVM과의 상호작용이 증가하는 관계로 실행속도 저하를 가져왔다.
이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로의 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램을 JNI 프로그램을 위한 기본 틀로 사용할 수 있도록 함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다. 더 나아가 기존의 동적 클래스를 적재할 수 없는 문제와, Java 2 플랫폼의 지원하지 못하는 문제를 해결하였다.

성능/효과

이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로 번역하는 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램이 JNI를 프로그램의 기본 틀로 사용할 수 있도록함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다. 더 나아가 기존시스템이 동적 클래스를 적재할 수 없었던 문제와 Java 2 플랫폼의 지원하지 못하는 문제를 해결하였다.
본 연구를 통하여 JNI의 사용 목적 중 하나인 실행 속도 향상을 위해 자바 네이티브 인터페이스를 사용하는 과정에 사용자가 자바 언어와 C, C++와 같은 컴파일 방식의 다른 언어를 이중으로 사용하여야하는 불편함을 제거하였다. JIT 보다 부분적으로 효율적인 실행을 달성하였으며, 비전문가도 쉽게 JNI 프로그램에 접근할 수 있는 기회를 제공하였다.
본 연구를 통하여 JNI의 사용 목적 중 하나인 실행 속도 향상을 위해 자바 네이티브 인터페이스를 사용하는 과정에 사용자가 자바 언어와 C, C++와 같은 컴파일 방식의 다른 언어를 이중으로 사용하여야하는 불편함을 제거하였다. JIT 보다 부분적으로 효율적인 실행을 달성하였으며, 비전문가도 쉽게 JNI 프로그램에 접근할 수 있는 기회를 제공하였다.
JIT 보다 부분적으로 효율적인 실행을 달성하였으며, 비전문가도 쉽게 JNI 프로그램에 접근할 수 있는 기회를 제공하였다. 마지막으로 C 또는 C++ 등으로 개발된 라이브러리를 자바 환경으로 쉽게 이전할 수 있는 방법이 제공되었다.
JIT 보다 부분적으로 효율적인 실행을 달성하였으며, 비전문가도 쉽게 JNI 프로그램에 접근할 수 있는 기회를 제공하였다. 마지막으로 C 또는 C++ 등으로 개발된 라이브러리를 자바 환경으로 쉽게 이전할 수 있는 방법이 제공되었다.
이를 위해 우선 클래스 파일로부터 JNI 기반 C 프로그램으로의 번역기를 구현하였으며, 번역된 C 프로그램을 JNI 프로그램을 위한 기본 틀로 사용할 수 있도록 함으로서 JVM에 대한 전문적 지식을 갖지 않은 프로그래머도 쉽게 JNI 프로그램을 가능하도록 하는 개발 환경을 구축하였다. 더 나아가 기존의 동적 클래스를 적재할 수 없는 문제와, Java 2 플랫폼의 지원하지 못하는 문제를 해결하였다.
또한 JIT 보다 부분적으로 효율적인 실행을 달성하였으며, 비전문가도 쉽게 JNI 프로그램에 접근할수 있는 기회를 제공하였다. 마지막으로 C 또는 C++ 등으로 개발된 라이브러리를 자바 환경으로 쉽게 이전할 수 있는 방법이 제공되었다.

후속연구

한다. 앞으로의 향후 과제로 혼합형 실행 모델을 위한 네이티브 프로그램 개발 환경을 GUI 형태로 구축함으로서 사용자가 보다 쉽게 사용토록 하고자 한다.

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