mejora del rendimiento de las aplicaciones java usando cooperaci

235 Pages·2006·4.24 MB·Spanish

MEJORA DEL RENDIMIENTO DE
LAS APLICACIONES JAVA
´
USANDO COOPERACION ENTRE
EL SISTEMA OPERATIVO Y
´
LA MAQUINA VIRTUAL DE JAVA

MEJORA DEL RENDIMIENTO DE
LAS APLICACIONES JAVA
´
USANDO COOPERACION ENTRE
EL SISTEMA OPERATIVO Y
´
LA MAQUINA VIRTUAL DE JAVA
Yolanda Becerra
Departament d’Arquitectura de Computadors
Universitat Polit`ecnica de Catalunya
Barcelona
Directores de tesis:
Toni Cortes
Jordi Garcia
Nacho Navarro
TESIS DEPOSITADA EN CUMPLIMIENTO
DE LOS REQUERIMIENTOS PARA OBTENER EL GRADO DE
Doctora en Inform´atica
JULIO, 2006

RESUMEN
El uso de los entornos virtualizados de ejecuci´on se ha extendido a todos los ´ambitos y,
en particular, se est´a utilizando para el desarrollo y la ejecuci´on de aplicaciones con un
alto consumo de recursos. Por lo tanto, se hace necesario evaluar si estas plataformas
ofrecen un rendimiento adecuado para este tipo de programas y si es posibl aprovechar
las caracter´ısticas de estas plataformas para favorecer su ejecuci´on.
El objetivo principal de este trabajo ha sido ha sido demostrar que es posible explotar
las caracter´ısticas de los entornos virtualizados de ejecuci´on para ofrecer a los programas
una gesti´on de recursos que se adapte mejor a sus caracter´ısticas.
En este trabajo demostramos que el modelo de ejecuci´on de este tipo de entornos, basado
en la ejecuci´on sobre m´aquinas virtuales, ofrece una nueva oportunidad para implementar
una gesti´on espec´ıfica de recursos, que permite mejorar el rendimiento de los programas
sin renunciar a las numerosas ventajas de este tipo de plataformas como, por ejemplo,
una portabilidad total del c´odigo de los programas.
Para demostrar los beneficios de esta estrategia hemos seleccionado como caso de estudio
la gesti´on del recurso memoria para los programas de c´alculo cient´ıfico en el entorno de
ejecuci´on de Java. Despu´es de un an´alisis detallado de la influencia que tiene la gesti´on de
memoria sobre este tipo de programas, hemos visto que an˜adir en el entorno de ejecuci´on
una pol´ıtica de prefetch de p´aginas que se adapte al comportamiento de los programas es
una posible v´ıa para mejorar su rendimiento.
Por este motivo, hemos analizado detalladamente los requerimientos que debe cumplir
esta pol´ıtica y c´omo repartir las tareas entre los diferentes componentes del entorno de
ejecuci´on de Java para cumplir estos requerimientos.
v
vi
Como consecuencia, hemos disen˜ado una pol´ıtica de prefetch basada en la cooperaci´on
entre la m´aquina virtual y el sistema operativo. En nuestra propuesta, por un lado, las
decisiones de prefetch se llevan a cabo utilizando todo el conocimiento que la m´aquina
virtual tiene sobre el comportamiento din´amico de los programas y el conocimiento que
el sistema operativo tiene sobre las condiciones de ejecuci´on. Por otro lado, el encarga-
do de llevar a cabo las decisiones de gesti´on es el sistema operativo, lo que garantiza la
fiabilidad de la m´aquina. Adem´as, esta estrategia es totalmente transparente al progra-
mador y al usuario, respetando el paradigma de portabilidad de los entornos de ejecuci´on
virtualizados.
Hemosimplementado yevaluadoestaestrategiaparademostrarlosbeneficiosqueofreceal
tipo de programas seleccionado y, aunque estos beneficios dependen de las caracter´ısticas
del programa, la mejora del rendimiento ha alcanzado hasta un 40% si se compara con el
rendimiento obtenido sobre el entorno original de ejecucio´n.
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quiero agradecer a mis directores de tesis, Toni Cortes, Jordi Garcia y
Nacho Navarro, el esfuerzo que cada uno de ellos ha invertido en este trabajo y su nivel
de implicaci´on.
Tambi´enquiero agradeceral Departamentd’Arquitectura de Computadors y, en particular,
a la l´ınea de investigaci´on de Computaci´on de Altas Prestaciones y a su director Mateo
Valero, el haberme proporcionado el entorno adecuado y los recursos necesarios para poder
desarrollar este trabajo.
ToniCortes y Jordi Garcia son los principalesresponsablesde que este trabajo haya llegado
a su fin, no s´olo por su labor de direcci´on, sino tambi´en por su apoyo y la confianza que
han depositado en m´ı. Gracias por no haber permitido que me rindiera hace casi seis an˜os.
Gracias por vuestros consejos, por vuestra paciencia y por sacar tiempo para este trabajo
(muchas veces de donde no lo ten´ıais). Gracias por esas reuniones de trabajo (at´ıpicas)
que, entre risas y bromas, han servido para encontrar el camino de salida de algu´n que
otro laberinto (y para hacerme m´as fuerte). Es verdad que en las dificultades se descubren
a los verdaderos amigos: vosotros lo sois.
Son muchos los motivos por los que quiero dar las gracias a David Carrera. El me ha
ayudado con sus comentarios, siempre acertados, sobre este trabajo y con la instalaci´on y
la administraci´on de las m´aquinas que hemos utilizado. Y, au´n m´as importante, ha sido
un apoyo fundamental en los momentos de des´animo. Gracias por tu paciencia y por esas
rutas (y ese universo ficticio de fauna diversa) que siempre consiguen distraerme de las
preocupaciones: s´olo tu categor´ıa personal supera tu capacidad profesional.
Afortunadamente, la lista de compan˜eros y amigos del departamento que me han ayudado
en todo este tiempo es demasiado larga para ponerla de forma exhaustiva: muchas gracias
vii
viii
a todos. De forma especial tengo que agradecer el apoyo t´ecnico y personal de dos de ellos.
Ernest Artiaga, mi compan˜ero m´as antiguo desde la ´epoca del colegio, pasando por la
licenciatura, hasta llegar a los estudios de doctorado. En demasiadas ocasiones tu talento
me ha sacado de un apuro: siempre silencioso... ¡pero c´omo se nota si no est´as! Tambi´en
Xavier Martorell, desde mis primeros d´ıas en el departamento, me ha ofrecido su amistad
y su valioso soporte t´ecnico. Gracias por tus comentarios siempre precisos: todo un lujo.
Tambi´en quiero dar las gracias a mis amigos, por su inmensa paciencia y por su carin˜o.
En especial gracias a Susana, Mar´ıa Jos´e y Pedro: mi familia elegida a dedo. Gracias por
haber sido un hombro en el que llorar en los malos momentos y por haber re´ıdo conmigo
en los buenos.
Y por u´ltimo quiero dar las gracias a mi extensa familia porque recibir carin˜o incondicional
por tierra, mar y aire hace que todo sea mucho m´as llevadero. En especial gracias a mi
hermano Jos´e Antonio y a mi cun˜ada Yolanda, por la confianza que me da sentir que
os tengo ah´ı. Y sobre todo, gracias a mis padres, Jos´e y Nieves: el ejemplo que siempre
ha guiado mis pasos. Gracias por no escatimar muestras de carin˜o, por vuestra entrega
y dedicaci´on, y por la paciencia que hab´eis tenido estos an˜os. Este trabajo os lo dedico
porque, sin lugar a dudas, sin vosotros no habr´ıa sido posible.
Financiaci´on
Este trabajo ha sido subvencionado parcialmente por el Ministerio de Educaci´on Espan˜ol
y por la Uni´on Europea (fondos FEDER) bajo los contratos TIC2001-0995-C02-01 y
TIN2004-07739-C02-01
A mis padres Jos´e y Nieves