임베디드 자바 가상머신을 위한 가비지 컬렉터 개발

Abstract

가비지 컬렉션은 자바 가상머신의 핵심적인 기능으로서 개발자들이 겪는 메모리 관리의 어려움을 줄여준다. 본 논문에서는 J2ME라 불리는 임베디드 자바 플렛폼에서 동적으로 메모리를 관리함에 있어 가장 중요한 역할을 담당하는 가비지 컬렉션 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 힙이라고 불리는 메모리 영역을 크게 젊은 세대와 늙은 세대의 두 부분으로 나누어서 관리하며 각 세대는 그 특성과 요구사항에 적합하도록 각기 다른 방법을 적용한 가비지 컬렉터이다. 젊은 세대에서는 가비지 컬렉션의 동작에 부하가 적은 세미 스페이스 복사 컬렉터를 채택하며, 늙은 세대에서는 임베디드 환경에서의 실시간성을 보장하기 위해 보다 작은 영역으로 분할하여 관리하는 점진적인 가비지 컬렉션 방법을 채택한다. 제안하는 방법은 젊은 세대의 크기, 블록의 크기, 한 프레임이 가지는 블록의 개수와 같은 환경 설정을 달리함으로서 가비지 컬렉션으로 인하여 발생하는 지연 시간이 조절 가능하여 동작의 실시간성을 보장하며, 객체의 연속적인 할당이 가능하여 빠른 할당과 참조의 지역성을 보장한다. 더불어 본 논문에서는 효과적인 가비지의 식별을 위한 쓰기 장벽과 이 단계 필터링 방법을 제안하고 있으며, 일반적인 방법으로 회수가 불가능한 순환적 구조의 가비지를 검출하여 회수하기 위한 이중 검사 방법을 제안한다. 이로 인하여 모든 가비지 객체를 빠르고 효과적으로 회수할 수 있다. 본 논문에서는 썬 마이크로시스템즈사의 대표적인 임베디드 가상머신인 CVM 상에서 기존 가비지 컬렉션 방법과 제안하는 가비지 컬렉션 방법의 성능을 평가하고, 각 방법의 특성을 분석한다.; Garbage collection in the Java virtual machine is a core function that relieves application programmers of difficulties related to memory management. In this paper, we propose a method for memory management that meets the requirements in embedded environment called J2ME. Our garbage collector, a core function of memory management in Java, is primarily based on generational garbage collection where a heap is composed of young and old generations. A semi-space copying collector is employed for a young generation, and an incremental copying collector is employed for an old generation. Owing to its contiguous allocations, the proposed method provides fast allocations and the locality of references. By adjusting the size of a young generation, the block size, and the number of blocks in a frame, it is able to control the delay time caused by garbage collection, and thus guarantee the real time constraints. Also, it employs a novel write barrier mechanism for efficiently determining reachable objects in a specific frame. With all these characteristics together, the proposed garbage collector can reclaim all the garbage objects precisely as well as timely. In this paper, for performance evaluation, we employ CVM, a real embedded Java virtual machine developed by Sun Microsystems, Inc., as a platform. we evaluate and analyze the performance of the proposed garbage collector and existing garbage collector.