Some Optimizations for Accelerating Application Startups on Language Runtimes

Abstract

자바나 자바스크립트와 같은 프로그래밍 언어를 수행하는 런타임 환경은 응용프로그램의 이식성을 장점으로 하여 임베디드 소프트웨어 플랫폼으로써 널리 사용되고 있다. 자바 응용프로그램은 바이트코드의 형태로 배포되어 디지털 텔레비전이나 안드로이드 플랫폼에서 동작하며 자바스크립트는 소스 코드 형태로 웹 플랫폼에서 수행된다. 그러나 프로그래밍 언어 런타임에 의한 이식성은 본질적으로 성능 문제를 야기할 수 있는데, 하드웨어가 아닌 인터프리터와 같은 소프트웨어에 의해 응용프로그램의 바이트코드나 소스 코드를 수행하기 때문이다. 따라서 더 나은 성능을 얻기 위해 수행 중 바이트코드나 소스 코드를 기계어로 번역하는 적시 컴파일러나 inline caching과 같이 반복 수행되는 동작에 특화된 최적화를 프로그래밍 언어 런타임에 적용하기도 한다. 한편, 임베디드 시스템에서 동작하는 자바 응용프로그램이나 웹페이지의 로딩 중 수행되는 자바스크립트는 안정된 상태에서의 동작보다는 급격한 변화를 수반하는 시작 과정의 행태가 더 두드러진다. 따라서 비교적 짧은 수행시간을 가지고, 동일한 동작을 반복하는 경향이 낮으며, 수행시간에서의 비중이 높은 핫스팟이 드문 특징을 가진다. 그러나 핫스팟에 효과적인 적시 컴파일러나 반복되는 동작에 특화된 최적화는 이와 같은 응용프로그램 시동의 행태에 대하여 성능을 향상시키기 어려울 수 밖에 없다. 이 논문을 통하여 기존의 방식 보다 정교하게 추정한 수행시간을 근거로 작동하는 핫스팟 감지 기법을 제안함으로써 핫스팟이 불분명한 상황에서 자바 적시 컴파일러에 의한 수행 속도의 향상을 꾀하었다. 그 결과 응용프로그램 시작의 행태를 보이는 벤치마크 프로그램의 첫번째 수행시간을 기존의 HotSpot 자바 가상머신의 핫스팟 감지 기법 대비 약 10% 가속화할 수 있었다. 그리고 실제 응용프로그램으로서 디지털 방송에 의해 배포된 Xlet의 시작에 걸리는 수행시간 역시 약 7%가 개선되었다. 또한, 자바스크립트 적시 컴파일러에서 생성되는 기계어의 용량을 줄이기 위하여 축소된 명령어 집합에 최적화된 기계어를 생성하는 기법을 제안하였다. 이를 통하여 약 29%에 해당하는 기계어의 크기를 줄일 수 있었고, 이 결과는 웹페이지 자바스크립트의 시작 과정에서 수행되는 대량의 자바스크립트에서 더욱 효과적일 수 있다. 그리고 적시 컴파일러만을 사용하여 자바스크립트를 수행하는 환경에서 웹페이지 자바스크림트 시작 속도의 성능 저하가 나타남을 발견하였고, 이를 개선하기 위하여 인터프리터 수행을 기반으로 선택적 컴파일을 시도함으로써 적시 컴파일러에 의한 성능 저하를 최소화 하였다. 마지막으로 웹페이지 자바스크립트 시작의 수행 행태에 대하여 분석을 실시한 결과, 빈번하게 발생하는 객체에 대한 접근을 가속화할 수 있는 바이트코드 수준의 최적화를 제안한다. 인터프리터 수행에 적시 컴파일러를 추가로 적용하여도 웹페이지 자바스크립트 시작의 성능 향상은 없었던 반면, 제안한 바이트코드 수준의 최적화는 수행시간을 약 3% 가속화함으로써 웹페이지 자바스크립트 시작에 더 효과적인 것을 확인할 수 있었다.