Kompilator Ruby – C

Slides from a presentation delivered on 2.2.2011 at the Warsaw Ruby Users Group meetup.

http://wrug.eu/2011/01/31/2011-02-spotkanie-lutowe/

Transcript

1. Kompilator Ruby – C
   Jan Stępień Julian Zubek
   2 lutego 2011
   

   View Slide

2. Ruby jest wolny
   Źródło: http://shootout.alioth.debian.org
   

   View Slide

3. Ruby jest wolny
   Przetłumaczmy Ruby na C!
   

   View Slide

4. Cele projektu
   Ruby −→ binarny plik wykonywalny
   Uzyskać krótszy czas wykonania
   

   View Slide

5. Wspierany podzbiór Ruby
   Obiektowość: klasy, obiekty, metody, pola
   Dynamiczne nadpisywanie metod
   Uproszczone bloki
   Ułamek biblioteki standardowej
   

   View Slide

6. Schemat działania
   Wczytanie kodu
   Parsowanie
   Translacja
   Generowanie kodu C
   Kompilacja
   Linkowanie
   Kod Ruby
   AST Ruby
   AST C
   Kod C
   Plik obiektowy
   

   View Slide

7. Schemat działania
   Wczytanie kodu
   Parsowanie
   Translacja
   Generowanie kodu C
   Kompilacja
   Linkowanie
   ruby parser
   GCC
   

   View Slide

8. Narzędzia
   Translator napisany w Ruby
   Biblioteka standardowa w C
   Parser: ruby parser
   Garbage collector: BDWGC
   Struktury danych: GLib
   

   View Slide

9. Proste wyrażenia
   b = 0
   a = if b
   a = 1
   b = 2
   end
   Object *b;
   b = (Fixnum_new (0));
   Object *a;
   Object *var1;
   if (boolean_value (b)) {
   a = (Fixnum_new (1));
   b = (Fixnum_new (2));
   var1 = b;
   }
   a = var1;
   

   View Slide

10. Obiekty
    typedef struct {
    uint32_t type;
    } Object;
    typedef struct {
    Object parent;
    int val;
    } Fixnum;
    

    View Slide

11. Tłumaczenie klas
    class A
    def set(a)
    @a = a
    end
    def get
    @a
    end
    end
    typedef struct {
    Object meta;
    Object *a;
    } A;
    Object * A_set_Fixnum(Object *self,
    Object *a) {
    (((A *) self)->a) = a;
    return ((A *) self)->a;
    }
    Object * A_get(Object *self) {
    return ((A *) self)->a;
    }
    

    View Slide

12. Pola przy dziedziczeniu
    typedef struct {
    uint32 type;
    } Object;
    typedef struct {
    Object parent;
    Object* leg_count;
    } Animal;
    typedef struct {
    Object parent;
    Object* leg_count;
    Object* horns_length;
    } Cow;
    

    View Slide

13. Metody
    Tłumaczenie dopiero w momencie wywołania
    Każda metoda to funkcja w C
    Jeśli znamy typy przekazanych argumentów to
    tworzymy osobną funkcję
    

    View Slide

14. Metody
    dict_elem classes_dictionary[] = {
    {-1, &Object_method_find, &vs_Object},
    {0, NULL, &vs_M_Object},
    {0, NULL, &vs_Class},
    {0, &Fixnum_method_find, &vs_Fixnum},
    {0, &Float_method_find, &vs_Float},
    /* ... */
    }
    

    View Slide

15. Metody
    Znamy wszystkie nazwy metod
    Perfekcyjny hash bez kolizji
    Cache metod
    Nadpisanie metody to po prostu zmiana
    wskaźnika na funkcję
    

    View Slide

16. Bloki
    Każdy blok to funkcja C
    Stos bloków pozwala na zagnieżdżanie
    

    View Slide

17. Bloki
    2.upto 5 do |ocena|
    puts "Wypiszmy " + ocena.to_s
    end
    

    View Slide

18. Bloki
    typedef Object* (*block_t)(Object*, ...);
    static Object* block1(Object* self,Object* ocena) {
    Object* _var2[1]= {ocena};
    Object* _var1;
    _var1=(call_method((ocena->type),"to__s",classes_dictionary,_var2));
    Object* _var3;
    _var3=(String__PLUS_((String_new("Wypiszmy: ")),_var1));
    Object* _var4;
    _var4=(Object_puts(self,_var3));
    return _var4;
    };
    int main() {
    /* ... */
    push_block((((block_t)block1)));
    Object* _var5;
    _var5=(Fixnum_upto((Fixnum_new(2)),(Fixnum_new(5))));
    pop_block();
    return 0;
    }
    

    View Slide

19. Odśmiecanie pamięci
    Boehm-Demers-Weiser GC
    malloc → GC malloc
    free →
    

    View Slide

20. Optymalizacja arytmetyki
    puts((4 + 5.4) / 2)
    Object* _var1;
    _var1 = Fixnum__PLUS_(Fixnum_new(4),
    Float_new(5.4)));
    Object* _var2;
    _var2 = Float__DIV_(_var1, Fixnum_new(2));
    Object_puts(self, _var2);
    Object_puts(self, Float_new((4 + 5.4) / 2));
    

    View Slide

21. Biblioteka standardowa
    class Fixnum
    defined_in_stdlib
    def /(arg)
    defined_as :Fixnum__DIV_
    Fixnum.returned_if Fixnum
    Float.returned_if Float
    end
    def to_s
    defined_as :Fixnum_to__s
    returns String
    end
    # I tak dalej...
    end
    

    View Slide

22. Zgodność z Ruby 1.9
    97% pokrycia kodu testami
    Cel: odpalić RubySpec
    

    View Slide

23. Przenośność
    

    View Slide

24. Wyniki
    Test Poprawa
    ackermann.rb 3,91
    arrays.rb 4,46
    arithmetic.rb 5,20
    heapsort.rb 1,30
    matrix.rb 0,67
    quicksort.rb 0,96
    strings.rb 0,33
    Ruby 1.9.2, GNU/Linux 2.6.35, i686, Intel Core 2 Duo T6570 @ 2,10GHz, 2GB RAM
    

    View Slide

25. matrix.rb – mnożenie macierzy
    main
    0 (0.0%)
    of 86 (100.0%)
    M_Object_mmult_Fixnum_Fixnum_Array_Array
    9 (10.5%)
    of 82 (95.3%)
    82
    _init
    7 (8.1%)
    4
    call_method
    17 (19.8%)
    of 56 (65.1%)
    56
    Array__INDEX_
    11 (12.8%)
    3
    Fixnum_new
    3 (3.5%)
    of 11 (12.8%)
    11
    1
    Fixnum__MUL_
    5 (5.8%)
    of 12 (14.0%)
    12
    8
    __strcmp_ssse3
    7 (8.1%)
    7
    1
    Fixnum__PLUS_
    1 (1.2%)
    of 6 (7.0%)
    6
    Array_method_find
    2 (2.3%)
    2
    Fixnum_method_find
    2 (2.3%)
    2
    xmalloc_atomic
    3 (3.5%)
    of 19 (22.1%)
    Garbage
    collector
    18.6%
    16
    7
    8
    4 1
    

    View Slide

26. quicksort.rb – rekurencja i tablice
    main
    0 (0.0%)
    of 266 (100.0%)
    M_Object_qsort_Array
    21 (7.9%)
    of 262 (98.5%)
    262
    Fixnum_new
    10 (3.8%)
    of 126 (47.4%)
    boolean_value
    8 (3.0%)
    1
    3226
    53
    call_method
    20 (7.5%)
    of 80 (30.1%)
    80
    Array_length
    1 (0.4%)
    of 74 (27.8%)
    52
    Array_push
    2 (0.8%)
    of 36 (13.5%)
    27
    Array__INDEX_
    10 (3.8%)
    7
    7
    xmalloc_atomic
    4 (1.5%)
    of 116 (43.6%)
    115
    Garbage
    54.8%
    collector
    112
    22 9
    3
    Float__LT_
    6 (2.3%)
    of 8 (3.0%)
    8
    Array_method_find
    6 (2.3%)
    of 7 (2.6%)
    7
    72
    

    View Slide

27. strings.rb – bardzo długie stringi
    String__PLUS_
    0 (0.0%)
    of 1232 (98.2%)
    *__GI_strncpy
    801 (63.8%)
    801
    String_new
    0 (0.0%)
    of 400 (31.9%)
    393
    __strlen_sse2
    38 (3.0%)
    38
    xmalloc_atomic
    0 (0.0%)
    of 304 (24.2%)
    295
    g_string_append_len
    0 (0.0%)
    of 99 (7.9%)
    99
    GC_malloc_atomic
    0 (0.0%)
    of 304 (24.2%)
    GC_generic_malloc
    0 (0.0%)
    of 298 (23.7%)
    294
    304
    290
    main
    1 (0.1%)
    of 261 (20.8%)
    242
    Garbage
    23.7%
    collector
    __memcpy_ssse3
    99 (7.9%)
    g_slice_alloc
    (inline)
    0 (0.0%)
    of 99 (7.9%)
    g_string_append_len
    (inline)
    0 (0.0%)
    of 99 (7.9%)
    99
    99
    99
    99
    198
    

    View Slide

28. Dalszy rozwój
    Brakujące elementy Ruby: lambdy, moduły,
    wątki, wyjątki, biblioteka standardowa...
    Optymalizacja przetwarzanego kodu
    Wykorzystanie rozwiązań z YARV
    Optymalizacja wyszukiwania metod
    Dalsza praca nad statycznym
    rozpoznawaniem typów
    RubySpec, self-hosting
    

    View Slide

29. Open source już wkrótce
    (jak tylko nie będziemy się mieli czego wstydzić)
    

    View Slide

30. jan@stepien.cc
    github.com/jstepien
    twitter.com/janstepien
    Dziękuję
    

    View Slide

31. Źródła zdjęć
    http://flickr.com/photos/10943651@N00/3044525754
    http://flickr.com/photos/thomasgraham/2360853639
    Prezentację utworzono przy pomocy pakietu L
    A
    TEX.
    

    View Slide