在Java處理器上字串操作之效能分析與優化

Performance Evaluation and Optimization of String Manipulation on a Java Processor

許嘉哲(Chia-Che Hsu)

指導教授 ： 蔡淳仁

國立交通大學/資訊學院/資訊科學與工程研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6842/NCTU.2013.00418

摘要

字串處理在Java和其他高階語言中是不可或缺的功能，例如web-based之應用程式裡，需要解析許多腳本語言檔案(scripts)。在本論文裡，我們試著量測與分析JAIP，一個具可重複使用性的異質雙核心Java處理器，處理字串操作之性能，並設計加速電路改進其性能。在Java語言中，字串之資料結構是以String和StringBuffer類別來包裝字元陣列，並且提供methods進行字串串接、比較與subString等等操作。這些字串操作重複地使用到heap memory access，其中包括了字元陣列的存取和物件field存取。為了加速這些大量迴圈結構的heap memory access程式碼，我們提出了一個String Accelerator Architecture，此架構中包含了兩個字串操作之加速器，分別為arraycopy與indexOf，與一個Hardware Native Interface。除此之外，為了增加heap memory之空間分配更加有效率，我們的heap使用了Heap Management Unit設計。經過Embedded CaffeineMark(ECM) benchmark的StringAtom分數測量，JAIP使用本研究提出的字串加速器再配合heap access之優化，比起heap未優化且未使用字串加速器之JAIP，可以得到4.85倍的效能提升；而比起使用JIT模式的CVM，我們的效能也高出1.31倍。

關鍵字

爪哇 ； 字串處理 ； 嵌入式

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Java ； Java Processor ； String Manipulation ； Embedded System

參考文獻

[2] R. S. Boyer and J. S. Moore, "A fast string searching algorithm," Communications of the ACM, vol. 20, pp. 762-772, 1977.

[3] R. A. Wagner and M. J. Fischer, "The string-to-string correction problem," Journal of the ACM (JACM), vol. 21, pp. 168-173, 1974.

[4] M. Aldwairi, T. Conte, and P. Franzon, "Configurable string matching hardware for speeding up intrusion detection," ACM SIGARCH Computer Architecture News, vol. 33, pp. 99-107, 2005.

[6] C. R. Clark and D. E. Schimmel, "Scalable pattern matching for high speed networks," in Field-Programmable Custom Computing Machines, 2004. FCCM 2004. 12th Annual IEEE Symposium on, 2004, pp. 249-257.

[7] J. M. O'connor and M. Tremblay, "picoJava-I: The Java virtual machine in hardware," Micro, IEEE, vol. 17, pp. 45-53, 1997.