Corso di. Stack: Procedure e variabili locali. Architetture degli Elaboratori. Uno stack anche per i calcoli. Lo stack di esecuzione

Transcript

1 Corso di Architettura degli Elaboratori Il livello della microarchitettura: l'isa IJVM Stack: Procedure e variabili locali ambiente di esecuzione procedura A variabili locali di A variabili locali di B ambiente di esecuzione procedura B chiamata da A proc. B var di B proc. B var di B proc. A var di A variabili locali di B ambiente di esecuzione procedura B chiamata ricorsivamente Procedure (metodi) e variabili locali Chiamata di una procedura come apertura di un nuovo ambiente Chiamate ricorsive Le variabile locali esistono fintanto che la procedure è in esecuzione Usare uno stack di ambienti! i 2 Lo stack di esecuzione record di attivazione Uno stack anche per i calcoli Non vengono assegnati indirizzi assoluti alle variabili locali ma solo relativi (offset) alla base del record di attivazione Un registro () punterà sempre alla base del record di attivazione della procedura (metodo) in esecuzione Un registro () punterà sempre al top dello stack La struttura a stack, come visto con la RPN, può essere utilizzata in modo proficuo anche per tenere gli operandi durante il calcolo di una espressione aritmetica (operand stack) Lo stack di esecuzione e gli operand stack possono coesistere Macchina a zero indirizzi 3 4

2 IJVM: organizzazione della memoria ISA di IJVM (I) CPP PC Constant pool: caricato quando un programma viene portato in memoria, read-only, contiene costanti, stringhe, puntatori ad altre aree, registro CPP Stack di esecuzione: registro Operand stack: registro Area dei metodi (codice): registro PC CPP,, sono puntatori a parole (di 4 bytes), PC a byte Insieme di 20 istruzioni Ciascuna costituita da un codice operazione (opcode) ed eventualmente un operando (memory offset oppure costante) Tipi di istruzioni: Push di una parola da varie sorgenti sullo stack (LDC_W, ILOAD, BIPUSH) Pop di una parola dallo stack ed eventuale suo caricamento nello local variable frame (POP, ISTORE) Operazioni aritmetiche e logiche (IADD,,IAND, IOR) Istruzioni di branching condizionale e non (IFEQ,IFLT,IF_ICMPEQ, GOTO) 5 6 ISA di IJVM (II) ISA di IJVM (III) Tipi di istruzioni: Scambio delle due parole in cima allo stack (SWAP) Duplicazione della parola in cima allo stack (DUP) Conversione di formato istruzione di prefix (WIDE) Chiamata di un metodo (INVOKEVIRTUAL) Ritorno da un metodo (IRETURN) NOP Aggiunta di una costante ad una variabile locale (INCC) BIPUSH byte INVOKEVIRTUA DUP IOR L disp GOTO offset IRETURN IADD ISTORE varnum IAND IFEQ offset LDC_W index IINC IF_ICMPEQ IFLT offset varnum offset const POP NOP SWAP ILOAD varnum WIDE 7 8

3 Da codice Java a IJVM: esempio i = j + k; if (i == 3) k = 0; else j = j - ; ILOAD j 2 ILOAD k 3 IADD 4 ISTORE i 5 ILOAD i 6 BIPUSH 3 7 IF_ICMPEQ L 8 ILOAD j BIPUSH 0 ISTORE j 2 GOTO L2 3 L: BIPUSH 0 4 ISTORE k 5 L2: Nota le istruzioni sono in notazione polacca inversa Per l'esecuzione di sfrutta l'operand stack ISA IJVM vs ISA JVM javac Prova.java javap -c Prova class Prova { public static void main(string args[]) { int i=0, j=0,k=0; i = j + k; if (i == 3) k = 0; else j = j - ; } } Compiled from Prova.java class Prova extends java.lang.object { Prova(); public static void main(java.lang.string[]); } Method Prova() 0 aload_0 invokespecial # <Method java.lang.object()> 4 return Method void main(java.lang.string[]) 0 iconst_0 istore_ 2 iconst_0 3 istore_2 4 iconst_0 5 istore_3 6 iload_2 7 iload_3 8 iadd istore_ 0 iload_ iconst_3 2 if_icmpne 20 5 iconst_0 6 istore_3 7 goto iload_2 2 iconst_ 22 isub 23 istore_2 24 return ILOAD j 2 ILOAD k 3 IADD 4 ISTORE i 5 ILOAD i 6 BIPUSH 3 7 IFICMPEQ L 8 ILOAD j BIPUSH 0 ISTORE j 2 GOTO L2 3 L: BIPUSH 0 4 ISTORE k 5 L2: 0 ISA IJVM: INVOKEVIRTUAL Serve a chiamare un altro metodo (e aprire un nuovo ambiente) L'istruzione alloca lo spazio per il riferimento all'oggetto su cui è invocato il metodo (OBJREF), per i parametri e le variabili locali (PARAMETER,2,3), per l'indirizzo di ritorno del chiamante (Previous PC) e per il puntatore al local frame del chiamante (Previous ) Imposta in nuovo valore di PC al codice del metodo Prima Dopo 2 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH La sequenza di istruzioni IJVM chiama un metodo cpm(p, p2) caratterizzato da due parametri che confronta gli stessi e restituisce: - se p < p2; 0 se p = p2; se p > p2. Il metodo viene chiamato sui parametri: p= - e p2= -0 quindi ci aspettiamo che ritorni il valore Situazione stack prima della chiamata: Il main è la procedura corrente

4 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene caricato il parametro implicito del metodo dal constant pool: objref punta all'oggetto su cui è invocato il metodo, questo viene fatto solo per coerenza con JVM ma non serve in questa implementazione di IJVM BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene caricato il primo parametro: p= - objref - objref 3 4 BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene caricato il secondo parametro: p2= objref BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Viene invocato il metodo cmp(-, -0) -0 - objref 5 6

5 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Viene preparata l'esecuzione del metodo, allocato lo spazio per i parametri locali (), salvato l'indirizzo dell'istruzione successiva alla chiamata del metodo (ind. di ritorno) e il valore del registro (base pointer del chiamante), sovrascritto objref con un puntatore all indirizzo di ritorno -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Caricamento del valore del primo parametro p= method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Caricamento del valore del secondo parametro p2= method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Calcolo della differenza tra i due valori sul top dello stack -0-20

6 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Memorizzazione del valore contenuto nel top dello stack nella variabile locale : -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Caricamento del valore di sullo stack ind ritorno : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Test se il top dello stack è negativo: se così si salta a lt altrimenti si continua in sequenza : -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Caricamento del valore di sullo stack :

7 .method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Test se il top dello stack è uguale a zero: se così si salta a eq altrimenti si continua in sequenza : -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - In questo caso il top dello stack è positivo: si continua in sequenza. Memorizzazione della costante nel top dello stack. : method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Istruzine di salto incondizionato: Sul top dello stack è contenuto il valore di ritorno del metodo ind.ritorno : -0 - ISA IJVM: IRETURN Serve per uscire da un metodo restituendo il controllo al chiamante Disalloca lo spazio dello stack riservato durante la INVOKEVIRTUAL Riporta ai valori del chiamante i registri e PC Push del valore di ritorno sul top dello stack 27 28

8 IRETURN: dettaglio IRETURN: dettaglio.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Ritorno al chiamante (main) : -0 -.method cmp(p,p2) ILOAD p ISTORE ILOAD ILOAD gt: BIPUSH lt: BIPUSH - Ripristino dei valori dei registri e, il top dello stack contiene il valore di ritorno, ripristino del valore di PC e ritorno all'istruzione successiva della chiamata del metodo stesso : IRETURN: dettaglio IRETURN: dettaglio BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Memorizzazione della costante nel top dello stack. BIPUSH - BIPUSH -0 BIPUSH Test di uguaglianza dei due valori sul top dello stack: se sono uguali salto a EQ 3 32