افزایش عملکرد با تجزیه و تحلیل استاتیک، مقداردهی اولیه تصویر و عکس‌برداری از پشته

Summarize this content to 400 words in Persian Lang
از ساختارهای یکپارچه تا دنیای سیستم های توزیع شده، توسعه برنامه راه طولانی را طی کرده است. پذیرش گسترده رایانش ابری و معماری میکروسرویس به طور قابل توجهی رویکرد به نحوه ایجاد و استقرار برنامه های کاربردی سرور را تغییر داده است. به جای سرورهای برنامه غول پیکر، ما اکنون خدمات مستقل و جداگانه مستقر شده ای داریم که وارد عمل می شوندهمانطور که و در صورت نیاز

با این حال، یک بازیکن جدید در بلوک که می تواند بر این عملکرد صاف تأثیر بگذارد ممکن است باشد “سرد شروع می شود.” سرما زمانی شروع می شود که اولین درخواست روی یک کارگر تازه تخم ریزی شده پردازش شود. این وضعیت نیاز به مقداردهی اولیه زبان و پیکربندی سرویس قبل از پردازش درخواست واقعی دارد. غیرقابل پیش بینی بودن و اجرای کندتر مرتبط با شروع سرد می تواند توافقات سطح سرویس یک سرویس ابری را نقض کند. بنابراین، چگونه می توان با این نگرانی فزاینده مقابله کرد؟

Native Image: بهینه سازی زمان راه اندازی و ردپای حافظه

برای مبارزه با ناکارآمدی شروع سرد، یک رویکرد جدید شامل تجزیه و تحلیل نقطه به نقطه، مقداردهی اولیه برنامه در زمان ساخت، عکس‌برداری فوری پشته‌ای و زمان پیش‌بینی توسعه داده شده است. (AOT) تالیف این روش تحت یک فرض جهان بسته عمل می‌کند و نیاز دارد که تمام کلاس‌های جاوا از پیش تعیین شده و در زمان ساخت قابل دسترسی باشند. در طول این مرحله، یک تجزیه و تحلیل جامع نقطه به نقطه، تمام عناصر قابل دسترسی برنامه (کلاس ها، روش ها، فیلدها) را تعیین می کند تا اطمینان حاصل شود که فقط متدهای ضروری جاوا کامپایل شده اند.

کد اولیه برنامه می تواند در طول فرآیند ساخت به جای زمان اجرا اجرا شود. این امکان پیش‌تخصیص اشیاء جاوا و ساخت ساختارهای داده پیچیده را فراهم می‌کند، که سپس در زمان اجرا از طریق یک “تصویر تصویر” در دسترس قرار می‌گیرند. این پشته تصویر در فایل اجرایی ادغام شده است و در هنگام شروع برنامه در دسترس بودن فوری را فراهم می کند. رااجرای مکرر تجزیه و تحلیل نقطه به سمت و عکس فوری تا زمانی که یک حالت پایدار (نقطه ثابت) به دست آید ادامه می یابد و هم زمان راه اندازی و هم مصرف منابع را بهینه می کند.

گردش کار تفصیلی

ورودی سیستم ما بایت کد جاوا است که می تواند از زبان هایی مانند جاوا، اسکالا یا کاتلین سرچشمه بگیرد. این فرآیند با برنامه، کتابخانه‌های آن، اجزای JDK و VM به طور یکنواخت رفتار می‌کند تا یک فایل اجرایی بومی مخصوص یک سیستم‌عامل و معماری تولید کند که «تصویر اصلی» نامیده می‌شود. فرآیند ساخت شامل تجزیه و تحلیل نقاط تکراری و عکس‌برداری فوری پشته‌ای تا رسیدن به یک نقطه ثابت است که به برنامه اجازه می‌دهد فعالانه از طریق تماس‌های برگشتی ثبت‌شده شرکت کند. این مراحل در مجموع به عنوان فرآیند ساخت تصویر بومی شناخته می شوند (شکل 1)

شکل 1 – فرآیند ساخت تصویر بومی (منبع: redhat.com)

نقاط به تجزیه و تحلیل

ما از تجزیه و تحلیل نقطه به نقطه برای اطمینان از دسترسی به کلاس ها، متدها و فیلدها در طول زمان اجرا استفاده می کنیم. تجزیه و تحلیل نقطه به سمت با تمام نقاط ورودی، مانند روش اصلی برنامه، شروع می شود و به طور مکرر همه روش های قابل دسترسی انتقالی را تا رسیدن به یک نقطه ثابت طی می کند.شکل 2).

شکل 2 – نقاط به تجزیه و تحلیل

تجزیه و تحلیل نقاط به سمت ما از قسمت جلویی کامپایلر ما برای تجزیه بایت کد جاوا به نمایش متوسط ​​سطح بالای کامپایلر استفاده می کند. (و). پس از آن، IR به یک گراف نوع جریان تبدیل می شود. در این نمودار، گره‌ها دستورالعمل‌هایی را نشان می‌دهند که بر روی انواع شیء کار می‌کنند، در حالی که یال‌ها نشان‌دهنده لبه‌های استفاده مستقیم بین گره‌ها هستند، که از تعریف به استفاده اشاره می‌کنند. هر گره یک حالت نوع را حفظ می کند که شامل لیستی از انواعی است که می توانند به اطلاعات گره و تهی دست یابند. حالت های نوع از طریق لبه های استفاده منتشر می شوند. اگر حالت نوع یک گره تغییر کند، این تغییر به همه کاربردها منتشر می شود. نکته مهم این است که حالت های نوع فقط می توانند گسترش یابند. ممکن است انواع جدیدی به حالت نوع اضافه شوند، اما انواع موجود هرگز حذف نمی شوند. این مکانیسم تضمین می کند کهتجزیه و تحلیل در نهایت به یک نقطه ثابت همگرا می شود و منجر به خاتمه می شود.

کد اولیه را اجرا کنید

تجزیه و تحلیل نقاط به سمت اجرای کد اولیه را هنگامی که به یک نقطه ثابت محلی برخورد می کند، هدایت می کند. این کد منشأ خود را در دو منبع جداگانه پیدا می کند: مقداردهی اولیه کلاس و دسته کد سفارشی که در زمان ساخت از طریق یک رابط ویژگی اجرا می شود:

آغازگرهای کلاس: هر کلاس جاوا می تواند یک کلاس اولیه داشته باشد که با a نشان داده شده است روشی که فیلدهای استاتیک را مقداردهی اولیه می کند. توسعه دهندگان می توانند انتخاب کنند که کدام کلاس ها در زمان ساخت در مقابل زمان اجرا مقداردهی اولیه شوند.
تماس های صریح: توسعه دهندگان می توانند کدهای سفارشی را از طریق قلاب های ارائه شده توسط سیستم ما، قبل، در حین یا بعد از مراحل تجزیه و تحلیل اجرا کنند.

در اینجا API های ارائه شده برای ادغام با سیستم ما هستند.

Passive API (وضعیت تحلیل فعلی را جویا می شود)

boolean isReachable(Class> clazz);

boolean isReachable(Field field);

boolean isReachable(Executable method);

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

برای اطلاعات بیشتر، به QueryReachabilityAccess مراجعه کنید

Active API (تغییر وضعیت تجزیه و تحلیل تماس‌ها را ثبت می‌کند):

void registerReachabilityHandler(ConsumerDuringAnalysisAccess> callback, Object… elements);

void registerSubtypeReachabilityHandler(BiConsumerDuringAnalysisAccess, Class>> callback, Class> baseClass);

void registerMethodOverrideReachabilityHandler(BiConsumerDuringAnalysisAccess, Executable> callback, Executable baseMethod);

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

برای اطلاعات بیشتر، به BeforeAnalysisAccess مراجعه کنید

در طول این مرحله، برنامه می تواند کدهای سفارشی مانند تخصیص شی و مقداردهی اولیه ساختارهای داده بزرگتر را اجرا کند. نکته مهم این است که کد اولیه می تواند به وضعیت تحلیل نقطه به نقطه دسترسی داشته باشد و پرس و جوهایی را در مورد دسترس پذیری انواع، روش ها یا فیلدها فعال کند. این با استفاده از انواع مختلف انجام می شود isReachable() روش های ارائه شده توسط WhenAnalysisAccess. با استفاده از این اطلاعات، برنامه می تواند ساختارهای داده ای را برای بخش های قابل دسترس برنامه بسازد.

عکس فوری هیپ

در نهایت، عکس‌های فوری پشته‌ای با دنبال کردن نشانگرهای ریشه مانند فیلدهای استاتیک، یک نمودار شی می‌سازد تا یک نمای جامع از تمام اشیاء قابل دسترسی ایجاد کند. سپس این نمودار تصاویر بومی را پر می کندتصویر پشته، تضمین می کند که حالت اولیه برنامه به طور موثر هنگام راه اندازی بارگذاری می شود.

برای ایجاد بسته شدن انتقالی اشیاء قابل دسترسی، الگوریتم از میدان های شی عبور می کند و مقادیر آنها را با استفاده از بازتاب می خواند. توجه به این نکته ضروری است که سازنده تصویر در محیط جاوا عمل می کند. فقط فیلدهای نمونه ای که توسط تجزیه و تحلیل نقاط به عنوان “خوانده شده” مشخص شده اند در طول این پیمایش در نظر گرفته می شوند. به عنوان مثال، اگر یک کلاس دارای دو فیلد نمونه باشد اما یکی به عنوان خوانده شده علامت گذاری نشده باشد، شیء قابل دستیابی از طریق فیلد علامت گذاری نشده از پشته تصویر حذف می شود.

هنگامی که با یک مقدار فیلد روبرو می شوید که کلاس آن قبلاً توسط تجزیه و تحلیل نقاط به سمت شناسایی نشده است، کلاس به عنوان یک نوع فیلد ثبت می شود. این ثبت تضمین می کند که در تکرارهای بعدی تجزیه و تحلیل نقاط به سمت، نوع جدید به تمام خواندن های میدانی و استفاده های انتقالی در گراف نوع جریان منتشر می شود.

قطعه کد زیر الگوریتم اصلی برای عکس‌برداری فوری پشته‌ای را نشان می‌دهد:

Declare List worklist := [] Declare Set reachableObjects := []

Function BuildHeapSnapshot(PointsToState pointsToState)
For Each field in pointsToState.getReachableStaticObjectFields()
Call AddObjectToWorkList(field.readValue())
End For

For Each method in pointsToState.getReachableMethods()
For Each constant in method.embeddedConstants()
Call AddObjectToWorkList(constant)
End For
End For

While worklist.isNotEmpty
Object current := Pop from worklist
If current Object is an Array
For Each value in current
Call AddObjectToWorkList(value)
Add current.getClass() to pointsToState.getObjectArrayTypes()
End For
Else
For Each field in pointsToState.getReachableInstanceObjectFields(current.getClass())
Object value := field.read(current)
Call AddObjectToWorkList(value)
Add value.getClass() to pointsToState.getFieldValueTypes(field)
End For
End If
End While
Return reachableObjects
End Function

وارد حالت تمام صفحه شوید

از حالت تمام صفحه خارج شوید

به طور خلاصه، الگوریتم عکس فوری پشته به طور موثر یک عکس فوری از پشته را با پیمایش سیستماتیک اشیاء قابل دسترس و میدان های آنها می سازد. این تضمین می کند که فقط اشیاء مرتبط در پشته تصویر گنجانده می شوند و عملکرد و ردپای حافظه تصویر اصلی را بهینه می کند.

نتیجه گیری

در نتیجه، فرآیند عکس برداری پشته نقش مهمی در ایجاد تصاویر بومی ایفا می کند. با پیمایش سیستماتیک اشیاء قابل دسترسی و فیلدهای آنها، الگوریتم عکس فوری پشته ای یک نمودار شی ایجاد می کند که بسته شدن انتقالی اشیاء قابل دسترسی را از نشانگرهای ریشه مانند میدان های ایستا نشان می دهد. سپس این نمودار شی در تصویر اصلی به عنوان پشته تصویر جاسازی می شود و به عنوان پشته اولیه هنگام راه اندازی تصویر بومی عمل می کند.

در طول فرآیند، الگوریتم بر وضعیت تجزیه و تحلیل نقاط به سمت تکیه می کند تا تعیین کند کدام اشیا و فیلدها برای گنجاندن در پشته تصویر مرتبط هستند. اشیاء و فیلدهایی که توسط تجزیه و تحلیل نقاط به عنوان “خوانده شده” مشخص شده اند در نظر گرفته می شوند، در حالی که موجودیت های بدون علامت حذف می شوند. علاوه بر این، هنگام مواجهه با انواعی که قبلاً دیده نشده بودند، الگوریتم آنها را برای انتشار در تکرارهای بعدی تجزیه و تحلیل نقطه به نقطه ثبت می کند.

به طور کلی، عکس‌برداری فوری با حصول اطمینان از اینکه فقط اشیاء ضروری در پشته تصویر گنجانده شده است، عملکرد و استفاده از حافظه تصاویر بومی را بهینه می‌کند. این رویکرد سیستماتیک کارایی و قابلیت اطمینان اجرای تصویر بومی را افزایش می دهد.

boolean isReachable(Class> clazz);

boolean isReachable(Field field);

boolean isReachable(Executable method);

void registerReachabilityHandler(ConsumerDuringAnalysisAccess> callback, Object... elements);

void registerSubtypeReachabilityHandler(BiConsumerDuringAnalysisAccess, Class>> callback, Class> baseClass);

void registerMethodOverrideReachabilityHandler(BiConsumerDuringAnalysisAccess, Executable> callback, Executable baseMethod);

Declare List worklist := []
Declare Set reachableObjects := []

Function BuildHeapSnapshot(PointsToState pointsToState)
For Each field in pointsToState.getReachableStaticObjectFields()
Call AddObjectToWorkList(field.readValue())
End For

    For Each method in pointsToState.getReachableMethods()
        For Each constant in method.embeddedConstants()
            Call AddObjectToWorkList(constant)
        End For
    End For

    While worklist.isNotEmpty
        Object current := Pop from worklist
        If current Object is an Array
            For Each value in current
                Call AddObjectToWorkList(value)
                Add current.getClass() to pointsToState.getObjectArrayTypes()
            End For
        Else
            For Each field in pointsToState.getReachableInstanceObjectFields(current.getClass())
                Object value := field.read(current)
                Call AddObjectToWorkList(value)
                Add value.getClass() to pointsToState.getFieldValueTypes(field)
            End For
        End If
    End While
    Return reachableObjects
End Function