Фрэнк Солтис - Основы AS/400
ОРМ — пример классического компилятора, генерирующего ассемблерную форму программы (IRP), после чего ассемблер (PRM) генерирует двоичную машинную программу (шаблон программы). Компиляция на AS/400 требует дополнительного шага (этапа трансляции) и поэтому может занимать больше времени, чем на некоторых других системах. Обратите внимание, что все эти этапы для пользователя AS/400 невидимы и выглядят, как одна операция.
По мере реализации на AS/400 новых языков, таких как С/400 и Pascal, потребовалось добавить расширения. Этапы компиляции для ЕРМ (расширенной версии ОРМ) также показаны на рис. 4.2. В компиляторах таких языков препроцессор и постпроцессор разделены. Общая промежуточная форма в них называется U-код. Для AS/400 был создан новый постпроцессор компиляторов CUBE-1 (Common Use Back End 1).
Рисунок 4.2 Компиляторы ОРМ и ЕРМ
Для повышения производительности модульного программирования и стимуляции его распространения на все языки, были внесены архитектурные расширения в MI и объекты, расположенные ниже. Эта модификация датирована 1993 годом и называется ILE (Integrated Language Environment). В состав ILE входят новые компиляторы ЯВУ, новый оптимизирующий транслятор (OX) и новые средства связи для создания многомодульных программ[ 35 ]. ILE изменил программирование. В отличие от ОРМ, на выходе у этого транслятора не программный объект, а модуль. Средство связывания ILE компонует эти модули в программы.
Кроме поддержки вызовов с поздней компоновкой ОРМ, в ILE есть возможность компоновки во время компиляции. Преимущество такой ранней компоновки состо-
ит в сокращении накладных расходов, связанных с внешними динамическими вызовами. Заранее скомпонованные или статические вызовы выполняются быстрее.
Прежде чем идти дальше, требуется четко оговорить, что мы понимаем под некоторыми терминами.
• Процедура — последовательность операторов, которая может быть вызвана в точке входа, возможно, с некоторыми параметрами.
• Модуль — объект, содержащий код, полученный на выходе компилятора ILE. В отличие от программы, создаваемой компилятором OPM, модуль не исполняем. Модуль может содержать одну или несколько процедур. Компоновщик ILE собирает программы и служебные программы из модулей, возможно, написанных на разных языках.
• Программа — исполняемая единица кода, состоящая из одного или нескольких модулей, которые могут быть сгенерированы компиляторами разных языков. У программы единственная точка входа, и она запускается динамическим вызовом. Входом в программу при ее создании назначается одна из процедур, и после вызова программы управление передается этой процедуре. Процедуры внутри программы запускаются статическими вызовами.
• Служебная программа — исполняемая единица кода, состоящая из одного или нескольких модулей, которые могут быть сгенерированы компиляторами разных языков. Служебная программа активизируется как единое целое, но рассматривается как набор процедур. Каждая из таких процедур может быть вызвана статическим вызовом. Таким образом, служебная программа может иметь несколько точек входа — по одной на каждую процедуру.
• Группа активизации — рабочая область памяти внутри задания, выделенного для выполнения одной или нескольких программ. Подробно мы рассмотрим группы активизации в главе 9.
Деление на программы и служебные программы связано с необходимостью поддержки двух типов статических вызовов: связь через копию (bound by copy) и связь через ссылку (bound by reference). Первые позволяют копировать в программу одновременно несколько модулей. Как мы только что говорили, сама программа вызывается динамически, но после этого вызовы процедур из всех модулей происходят статически. Так как имена процедур преобразуются в адреса во время компиляции, данный тип статического вызова внутри программы выполняется быстрее, чем динамический вызов. Недостаток связи через копирование в том, что в памяти может одновременно находиться несколько копий модуля, если он связан с несколькими программами. За все нужно платить, и здесь за быстродействие мы расплачиваемся дополнительным расходом памяти.
В случае связи через ссылку, модули находятся в служебной программе, а в программе сохраняются именные ссылки на них. При этом существует только одна копия служебной программы. При активизации программы эти ссылки разрешаются на адрес таблицы, находящейся в служебной программе и содержащей адреса вызываемых процедур. Запуск программы связан с некоторыми дополнительными накладными расходами, например, с проверкой авторизации (рассматривается в главе 7). Тем не менее, производительность собственно исполнения программы примерно соответствует связи через копию.
В обоих методах ранней компоновки используется новая команда вызов связанной процедуры CALLB (call bound procedure). Другая новая команда, вызов программы или CALLPGM (call program) поддерживает позднее связывание и заменяет команду вызова внешней процедуры ОРМ.
Структура компиляторов программной модели ILE показана на рис. 4.3.
Рисунок 4.3 Компилятор программной модели ILE
Препроцессор компилятора ILE генерирует общую промежуточную форму — W-код. Постпроцессор таких компиляторов называется CUBE-3. Цифрой 3 обозначено третье и самое последнее поколение технологии компиляторов IBM. CUBE-3 и W-код спроектированы с учетом эффективной поддержки RISC-процессоров.
Другие системы IBM, в частности RS/6000, используют те же технологии. Постпроцессор компилятора ILE генерирует непосредственно шаблон программы ILE, устраняя IRP и шаг PRM. Чтобы обеспечить необходимую оптимизацию RISC-процессоров, в MI добавлены арифметические команды и команды переходов в стиле W-кода, которые мы рассмотрим далее.
Модель ILE — единственная программная модель для RISC-процессоров — является расширением архитектуры MI. На системах IMPI программные модели ILE и ОРМ/ЕРМ сосуществуют, так что на одном и том же компьютере может использоваться и код, сгенерированный старыми компиляторами, и сами компиляторы.
Рисунок 4.4 Компиляторы ОРМ и ЕРМ на V4 RISC
Перенос программы ОРМ/ЕРМ на систему RISC вызывает ее внутреннее преобразование в программную модель ILE. На рис. 4.4 показаны шаги компиляции ОРМ или ЕРМ для системы RISC версии 4. Для использования старых компиляторов на новых RISC-моделях нужен дополнительный шаг: результат работы таких компиляторов — шаблон оригинального MI — должен быть преобразован в шаблон ILE MI. Компонент, выполняющий данное преобразование, называется Magic, (намек на то, что преобразование происходит как бы магическим образом).
Рисунок 4.4 Компиляторы ОРМ и ЕРМ на V4 RISC
Характеристики машинного интерфейса
Сравнивая MI с обычным машинным интерфейсом, мы отмечаем, что MI — интерфейс высокого уровня. Дело в том, что многие команды MI выполняют очень сложные функции. Например, не многие обычные машинные интерфейсы содержат функции вызова, поддерживающие как раннюю, так и позднюю компоновку, для них более характерны обычные команды перехода.
Чтобы лучше понять разницу, разберем команду обычного машинного интерфейса (см. рисунок 4.5). Она состоит из кода операции и одного или нескольких полей операндов. Команды могут быть арифметическими (в каждом компьютере есть команда сложения), передачи управления и манипуляции с данными. Самое важное, с какого рода операндами имеют дело эти команды.
Рисунок 4.5 Обычный машинный интерфейс
Обычные машинные интерфейсы работают с содержимым регистров, памяти или непосредственно с данными, записанными в самой команде. Иначе говоря, они «не подозревают» о данных приложения или операционной системы. Возьмем стандартную команду «регистровое сложение». Она задает два регистра процессора и выполняет операцию, извлекая биты из одного регистра, складывая их с битами из другого регистра и помещая результат в определенное место. Смысла этих битов команда «не понимает» —о нем «заботится» программа. Для машины это просто набор битов, к которому применяется алгоритм сложения. То, что в регистрах находятся, например, имена двух сотрудников и поэтому рассматривать их в качестве арифметических операндов нет смысла, никого не волнует. Операции этого уровня просто механически обрабатывают содержимое регистров или памяти.
Мы уже говорили о недостатке такой структуры — ее существенной зависимости от аппаратной технологии. Так как команды: работают в адресном пространстве, с областями ввода/вывода и регистрами, они привязаны к этим физическим структурам. Изменение последних может потребовать изменения команд. Значит, преобразование существующих программ может вызвать существенные проблемы.
