[논문]Method Signature를 이용한 안드로이드 런타임 성능 향상

조인휘; 김원일

doi:10.7840/kics.2011.36b.11.1323

Method Signature를 이용한 안드로이드 런타임 성능 향상
Enhancement of Android Runtime Performance using Method Signature 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.36 no.11B, 2011년, pp.1323 - 1328

조인휘 (한양대학교 컴퓨터공학부 이동네트워크 연구실) , 김원일 (Nokia Siemens Networks 스마트랩)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 Android Dalvik 가상머신의 trace JIT 구현 코드를 수정하여 특정 Java 메소드를 별도의 프로 파일링 과정 없이 바로 JIT 컴파일이 이루어지도록 구현하였다. 동일한 Java 메소드에 대해 원본 Dalvik 가상머신과 본 논문의 방식을 적용한 가상머신에서 각각 실행하여 수행 시간을 측정하였고 본 논문이 제안한 방식을 이용하면 약 30% 정도의 성능 향상을 가져올 수 있음을 확인하였다. 본 논문에서는 Android Dalvik의 구조를 살펴보아 Dalvik 가상머신에 대한 이해를 돕고 변경한 Dalvik 가상머신 부분을 코드 수준에서 자세히 설명한다. 산업체에서는 Dalvik 가상머신의 수행 성능 최적화와 같은 Android의 핵심 기술 부분을 향상하여 Android를 사용하고 있는 타 경쟁사와 차별점을 가진 제품을 만드는데 도움이 될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we have shown Dalvik virtual machine implementation to reduce the profiling overhead from the trace of the JIT compiler for the specific method. By running the same Java method on the original Dalvik VM and the modified Dalvik VM, we have achieved around 30% performance improvement with this algorithm. In this paper, to increase the reader's understanding of Android Dalvik virtual machine, we will explain the architecture of Dalvik JIT compiler and we will provide the detailed explanation with source codes for modified parts of Dalvik virtual machine. From the industry perspective, we can expect competitive benefits over the competitors with performance improvement in Android core.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

,ik 가상머신과 메소드 이름을 이용한 JTT 컴파일 방법을 적용하여 수정한 Dal.,ik 가상머신에서 시간을 측정하여 메소드 이름에 의한 방법이 어느 정도 성능을 향상시킬 수 있는지 검토한다.
3장에서는 Dal.,ik의 인터프리터, 컴파일러 등의 코드를 수정하여 성능을 향상시키는 방법에 대해 살펴본다. 4장에서는 변경된 Dal.

가설 설정

1. 메소드에 대한 DEX 명령어의 시작부터 끝까지 순차적으로 진행하면서 하나의 기본 블록에 모두 추가한다. 동시에 기본 블록의 경계를 찾는다.
1. 자주 실행되는 코드 블록을 찾기 위한 코드 오버헤드를 제거해야 한다.
2. 해당 메소드의 이름을 미리 정의한 형태로 메소드 이름을 변경한다. 성능을 향상시킬 메소드에 특정 문자열 signature를 붙인 형태가 된다
3. 메소드 단위의 컴파일이 가능해야 한다.

제안 방법

,ik VM과 변경하지 않은 Dal.,ik VM으로 15회씩 실행하여 평균 수행 시간을 측정하였다.
Dal.,ik 가상머신을 직접 수정하여 메소드 이름을 비교하게 구현할 수도 있지만 이 방법은 모든 메소드가 호출 될 때마다 메소드의 이름 문자열을 비교해야 하는 오버헤드가 발생할 수 있어 DEX 변환도구를 수정하는 방법을 택하였다.
Dal.,ik 가상머신이 실행시간에 _ct 문자열을 이름 후위에 가진 메소드를 찾기 위해 DEX 변환 도구를 수정한다. Dal.
지금까지 설명한 것처럼 Dal.,ik의 인터프리터의 어셈블러, C 소스 코드를 수정하여 _ct를 후위문자열로 가진 메소드는 컴파일러 쓰레드가 관리하는 큐에 등록하여 쓰레드가 깨어날 때 메소드에 대한 컴파일이 이루어지도록 수정하였다. 다음으로 구현해야 할 소스코드 부분은 메소드를 JIT 컴파일 하는 과정이다.
2. 복잡한 부동소수점 연산을 수행하는 메소드를 작성한 후 약 400회 정도 반복문에서 수행에 걸린 시간을 측정한다. 각각 변경이 없는 Dal.
본 논문이 제안하는 성능 향상 방법은 Java 메소드의 이름을 미리 정의한 형태로 선언한 경우에는 최적화 후보 코드 선정 및 결정 단계를 생략하고 바로 실시간 컴파일을 실행하도록 하여 1, 2 단계의 오버헤드를 줄이는 방식이다.
실행 시간 측정을 위해 부동소수점 연산을 400회 반복하도록 하였다 테스트 코드를 메소드 이름 방식의 구현을 적용한 Dal.,ik VM과 변경하지 않은 Dal.
위 소스 코드를 보면 r3 레지스터에 현재 호출하려는 메소드의 access flag 값을 저장 후 ACC_COMPILE_ TARGET 값과 비교한다. 만일 ACC_COMPILE_ TARGET 값이 access flag에 설정되어 있는 경우라면 .
이를 확인해보기 위해 반복문의 횟수를 800회로 증가하여 동일한 테스트를 수행해보았다.

이론/모형

각각 변경이 없는 Dal.,ik 가상머신과 메소드 이름을 이용한 JTT 컴파일 방법을 적용하여 수정한 Dal.,ik 가상머신에서 시간을 측정하여 메소드 이름에 의한 방법이 어느 정도 성능을 향상시킬 수 있는지 검토한다.

성능/효과

이용한 Dal.,ik 수정을 적용한 Modified JIT 컴파일러 방식이 평균 30% 정도의 수행 성능이 향상된 결과를 볼 수 있다
Dal.,ik의 JIT 컴파일러가 가진 프로파일링 오버헤드를 제거하도록 가상머신을 수정하여 응용프로그램 코드의 수행 성능을 향상 시킬 수 있음을 확인하였다.
1. ARMv5의 Trace JIT 방식은 반복문이 200번 이상 수행된 경우만 골라서 JIT 컴파일을 하기 때문에 반복문의 횟수를 200번을 경계로 비교하면 성능향상의 결과를 쉽게 확인할 수 있을 것이다.

후속연구

Android의 핵심 기술인 Dal.,ik 가상머신의 성능을 최적화할 수 있다면 성능 및 기능을 향상시킬 수 있어 경쟁력을 높일 수 있을 것이다

참고문헌 (8)

A HT Compiler for Android's Dalvik VM - Goog/e 10 2010
A code compression system based on pipelined interpreters - Software Practice and Experience Sept. 1999
Levels of representation of programs and the architectur of universal host machines - Proc. 11th Annu. Workshop Microprogramming, 1978
Design of a LISP-based microprocessor - Communication of ACM vol. 23
Threaded code - Communication of ACM, vol.16
A Survey of Adaptive Optimization in Virtual Machines - Proceedings of the IEEE, vol. 93

상세보기
An empirical study of FORTRAN programs - Softw. Pract. Exper., 1971, vol. 1, pp. 105-133.

상세보기
GNU Compiler Collection Internals - 15.1 Basic Block

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