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JP2002149416A - プログラムの最適化方法及びこれを用いたコンパイラ - Google Patents

プログラムの最適化方法及びこれを用いたコンパイラ

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JP2002149416A
JP2002149416A JP2000331427A JP2000331427A JP2002149416A JP 2002149416 A JP2002149416 A JP 2002149416A JP 2000331427 A JP2000331427 A JP 2000331427A JP 2000331427 A JP2000331427 A JP 2000331427A JP 2002149416 A JP2002149416 A JP 2002149416A
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達氏 稲垣
Hideaki Komatsu
秀昭 小松
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International Business Machines Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 例外発生可能命令の他の命令への先行制約を
ソフトウェア的に緩和し、例外発生可能命令を含むプロ
グラムの命令レベル並列性を効果的に得ることを可能と
する。 【解決手段】 コンパイラにおいて、処理対象のプログ
ラムの四つ組中間コードを解析し、ＤＡＧを生成するＤ
ＡＧ生成部２１と、生成されたＤＡＧを編集し、例外に
よる演算子の順序制約を緩和するＤＡＧ編集部２２と、
編集後のＤＡＧの構造を反映させた四つ組中間コードを
生成する四つ組中間コード再生部２３とを備える。そし
て、ＤＡＧ中から、例外発生可能命令と例外発生検出命
令とを検出し、検出された例外発生検出命令を、例外の
発生条件を検出する第１の命令と、例外処理へ処理を条
件分岐させる第２の命令とに分割し、第１の命令に対し
て、例外の発生条件を検出した場合に第２の命令に移行
し、例外発生条件を検出しなかった場合に例外発生可能
命令に移行するように依存関係を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータプロ
グラムの最適化方法に関し、特に例外を起こす可能性の
ある命令（以下、例外発生可能命令と称す）を含むプロ
グラムに対して命令レベルでの並列性を得るための最適
化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、プログラミング言語で記述された
プログラムのソースコードをコンパイルする際、コンピ
ュータにおける実行速度の向上を図るために、当該プロ
グラムの最適化を行っている。最適化の手法には種々の
方法があるが、米国インテル社及び米国ヒューレット・
パッカード社によるＩＡ−６４のアーキテクチャに対応
したＣＰＵのように、命令レベルの並列実行が可能なプ
ロセッサ上で実行されることを前提として、命令レベル
での並列性を抽出するためのコードスケジューリングに
おいて、できるだけ並行して発行可能な命令が多くなる
ように、命令の順番の入れ替えを行うという最適化があ
る。
【０００３】ところがプログラム中には、順番の入れ替
えに対する様々な制約があり、コードスケジューリング
の働きは抑えられている。順番の入れ替えに対する制約
には、コントロールによる制約、メモリアクセスによる
制約、例外による制約がある。これらの制約のうち、コ
ントロールによる制約とメモリアクセスによる制約に対
しては、ハードウェアサポートによって緩和する機構が
実用化されている。しかし、例外による制約をハードウ
ェアサポートによって緩和する機構は実現されていな
い。
【０００４】また、プログラムにおける命令レベルの並
列性を抽出した場合、先行的に発行された命令が起こし
た例外を処理することが必要である。従来のこの種の処
理の代表的な方法は、そのような命令が上げた例外を即
時には実行せず、最適化を行う前のプログラムにおいて
その命令がもともと置かれていた場所で例外発生の有無
を判定し、実際の例外処理を行う方法である。これによ
って、例外発生時にもオリジナルのコンテクストを保存
しながら、例外発生可能命令を先行的に実行できる。
【０００５】ところで、例外が発生する可能性のある命
令を投機的に実行して並列性を抽出するため、従来の技
術は、投機的に実行される例外発生可能命令で起きる例
外（以下、このような例外を投機的例外と称す）を抑制
するハードウェアサポートを仮定していた。この種の従
来技術としては、例えば下記の文献１に開示された技術
がある。 文献１：Scott A. Mahlke, William Y. Chen, Roger A.
Bringmann, Richard E.Hank, Wen-Mei W. Hwu, B. Ram
akrishna Rau, and Michael S. Schlansker, "Sentinel Scheduling: A Model for Compiler-Control
led Speculative Execution",ACM Transactions on Com
puter Systems, Vol. 11, No. 4, November 1993, Page
s 376-408
【０００６】文献１は、ハードウェアサポートの元に、
コンパイラが投機的な命令移動と例外発生時の補償コー
ドの生成を行う方法を提案している。ここで仮定してい
るハードウェアでは、投機的な命令に関しては例外を上
げる代わりに特別な演算結果を生成し、その値が後続の
投機的な命令によって推移的に伝搬される。そして、投
機的でない命令はこの特別な値を使用したときに例外を
発生する。実際に例外が起きたかどうかを確認する命令
はsentinel instructionと呼ばれる。
【０００７】この従来技術では、以下の手順で例外発生
可能命令を投機的にスケジューリングする。 １．各例外発生可能命令について、生成される値を最後
に使用する命令(potential sentinel instruction)を求
める。 ２．リストスケジューリングによって、各命令の最も早
い実行開始時刻を求める。例外発生可能命令が分岐、副
作用（メモリへの書き込み）、他の例外発生可能命令を
越えてスケジューリングされた場合、その命令は投機的
である。したがって、手順１で求めた情報を使って、必
要な場合は明示的なsentinel instructionを生成する。 ３．例外状態からの回復をソフトウェアで行う場合は、
各sentinel instructionに対応した例がハンドラに対し
て例外発生時の補償コードを生成する。
【０００８】また、この種の他の従来技術として、特開
平１２−０２０３２０号公報に開示された技術がある。
同公報は、コンパイラおよびランタイムライブラリのサ
ポートによって例外発生可能命令の投機的な実行を実現
する手法を開示している。
【０００９】この従来技術では、以下の手順で例外発生
可能命令の投機的実行を行う。 １．コンパイラが、最終的に生成されるオブジェクトコ
ード中で、例外発生可能命令の投機的実行によって実行
順序が元のプログラムと変わった部分を割り込み禁止区
間として登録する。 ２．例外発生時に、例外ハンドラが割り込み禁止区間情
報を元にして、補償コードを動的に生成し実行する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、プロ
グラムを命令レベルで並列実行させるためのコードスケ
ジューリングには種々の制約があり、特に例外による制
約ハードウェアサポートによって緩和する機構は実現さ
れていない。これに対し、Ｊａｖａのような、例外の取
り扱いが厳密でなければならない言語においては、例外
発生可能命令間の制約が、プログラムにおける命令レベ
ルの並列性の抽出に及ぼす影響が大きい。このため、Ｊ
ａｖａなどの例外の取り扱いが厳密でなければならない
言語で記述されたプログラムに対するコンパイラにおい
て、命令レベルの並列性を抽出することは困難であっ
た。
【００１１】Ｊａｖａ言語を例としてさらに詳細に説明
する。Ｊａｖａ言語の仕様は、プログラムの実行中に発
生する例外条件の厳密な取り扱いを定めている。システ
ムで定められている例外状態（オブジェクトのポインタ
がｎｕｌｌである場合、配列の長さを超えた添字でアク
セスした場合、整数の０除算を行った場合など）及びユ
ーザーが定義した例外状態は、全て例外の発生を実行時
に検出して、ユーザーにより定義された例外ハンドラで
処理することができる。そして、例外ハンドラの実行が
終了すると制御は例外を検出した領域から脱出する。
【００１２】ここで、例外の発生は制御フローを変更す
るので、プログラム中の副作用（配列の要素やクラス、
オブジェクトのフィールドへの書き込み）の発生と例外
の発生の間には全順序がある。すなわち、ユーザー定義
の例外ハンドラが実行される時点では、プログラム中で
次の二つの条件を満足しなければならない。 １．例外の発生より先に行われた副作用は全て観測され
なければならない。 ２．例外の発生より後に行われる副作用は観測されては
ならない。
【００１３】Ｊａｖａでは、配列の要素やオブジェクト
のフィールドへの読み出し及び書き込みなどの基本的な
操作が実行時の例外を伴う。すなわち、Ｊａｖａプログ
ラムが機械語命令にコンパイルされると、これらの操作
は実行時の例外を検出する命令と、実際の操作を行うメ
モリアクセスや演算に変換される。そして、メモリアク
セスや演算は例外を発生する可能性がある。ここで、発
生する例外は、アクセス違反やゼロで割る除算などを実
行することによってプロセッサ（ハードウェア）が取る
状態としての例外である。プログラムの実行に伴う例外
としては、この他、プログラム言語の仕様外の入力に対
するプログラムの実行状態としての例外がある。以下の
説明において、特に前者の例外を他の例外と区別する必
要がある場合は、ハードウェア例外と称する。ハードウ
ェア例外は、機械語プログラムの間違いによって、プロ
セッサが不正なメモリ領域に読み書きを行ったり、計算
できない演算を行ったりしたために、正しく実行を継続
できない場合に発生する。一方、その他の例外は、ユー
ザーの書いたプログラムの間違いにより、配列のサイズ
を超えた要素を読み書きしたり関数に正しくない入力値
を与えたりした場合のエラー処理として、言語及びプロ
グラムが定める例外である。
【００１４】このハードウェア例外の発生を回避するた
め、コードスケジューリングにおいて、副作用を行う命
令、例外発生を検出する命令、例外発生可能命令の間に
実行順序の制約が生じる。Ｊａｖａプログラムにおいて
は、この実行順序の制約を伴う配列要素のアクセスやフ
ィールド変数のアクセスが頻繁に現れるため、これらの
順序制約が、コードスケジューリングにおいて命令レベ
ルの並列性を抽出する処理の大きな妨げになっていた。
【００１５】また、上述したように、プログラムにおけ
る命令レベルの並列性を抽出した場合、先行的に発行さ
れた命令が起こした例外を処理することが必要である
が、従来は、そのような命令が上げた例外を即時には実
行せず、最適化を行う前のプログラムにおいてその命令
がもともと置かれていた場所で例外発生の有無を判定
し、実際の例外処理を行うことにより対応していた。
【００１６】しかしこの場合、先行的に上げられた例外
の発生の有無を判定する命令のコストを無視することは
できない。例えば上述したＩＡ−６４では、投機的例外
を検出するための特別な機械語が用意されているが、大
規模に命令の移動を行った場合、そのような例外の発生
を判定するための命令が実行速度に与える影響は大きく
なるものと考えられる。
【００１７】文献１に記載された従来技術では、ハード
ウェア例外を発生する可能性のある命令を投機的に実行
することはできるが、副作用や例外発生を検出する命令
の間には順序制約が残る。副作用のある命令を投機的に
実行するためには、さらにメモリへの書き込みをキャン
セルするためのハードウェアコストが必要である。ま
た、この従来技術は、ハードウェアサポートを必要とす
るため、投機的実行を行うハードウェアを持たない一般
のプロセッサには直接適用できない。さらに、ソフトウ
ェアによりこの従来技術による方法をエミュレーション
する手法は付加的な命令によるコストが高く現実的では
ない。したがって、この従来技術は、単純なハードウェ
ア例外発生可能命令の投機実行と、例外状態の回復によ
るモデルではオーバーヘッドが高く、Ｊａｖａ言語のコ
ンパイルにおける例外発生可能命令の順序制約を緩和す
るには十分ではないと言える。
【００１８】また、特開平１２−０２０３２０号公報に
記載された従来技術では、例外が発生しないときにはソ
フトウェアオーバーヘッドなしで実現できる。しかし、
補償コードを例外ハンドラで実行時に生成するため、機
械語命令列が全て決定された後の最適化、すなわちレジ
スタ割付後のコードスケジューリングにおける最適化に
しか適用できない。このため、コード変形を伴う最適化
で、例外発生可能命令の投機的な実行による並列性を利
用することができない。
【００１９】そこで、本発明は、例外発生可能命令の他
の命令への先行制約をソフトウェア的に緩和することに
よって、例外発生可能命令を含むプログラムの命令レベ
ル並列性を効果的に得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】かかる目的のもと、本発
明は、プログラミング言語で記述されたプログラムのソ
ースコードを機械語に変換し、プログラムの最適化を行
う最適化方法において、処理対象のプログラムを解析
し、例外発生可能命令と、例外発生検出命令とを検出す
るステップと、検出された例外発生検出命令を、例外の
発生条件を検出する第１の命令と、例外の発生条件が検
出された場合に処理を例外処理へ条件分岐させる第２の
命令とに分割するステップと、第１の命令に対して、例
外の発生条件を検出した場合に第２の命令に移行し、例
外発生条件を検出しなかった場合に例外発生可能命令に
移行するように依存関係を設定するステップとを含むこ
とを特徴とする。このようにプログラムを変形し、依存
関係を設定することによって、例外発生可能命令におけ
る順序制約を緩和することができる。
【００２１】ここで、この最適化方法は、命令の依存関
係を設定するステップの後に、プログラムの所定の範囲
における複数の例外発生検出命令に基づいて得られた複
数の第２の命令をまとめるステップをさらに含む。これ
により、複数の例外発生検出命令に基づいて得られた複
数の第１の命令が例外の発生条件を検出したことを一括
して代表的な判断を行う。
【００２２】さらに詳しくは、この最適化方法におい
て、命令を分割するステップは、第１の命令として、例
外の発生条件を検出した場合にフラグを立てる命令を生
成するステップを含み、第２の命令をまとめるステップ
は、複数の例外発生検出命令に基づいて得られた複数の
第１の命令において、少なくともいずれか一つがフラグ
を立てている場合に、例外が発生したことを検出し、第
２の命令に処理を移行させる命令を生成するステップを
含む。上述したプログラムの所定の範囲として基本ブロ
ックを用いることができる。そして、この基本ブロック
内における例外の発生の判定を一つのフラグを用いてま
とめて行うことにより、実際の例外発生を検出するソフ
トウェアオーバーヘッドを一つの分岐命令で済ませるこ
とができる。
【００２３】また、この最適化方法は、例外発生可能命
令を検出するステップの後に、例外発生可能命令が副作
用を伴う場合、例外発生検出命令の分割前におけるこの
副作用に関する順序制約を保存する補償コードを生成す
るステップをさらに含む。ここで、副作用とは、命令の
実行に伴って行われる所定のデータのメモリへの書き込
みである。
【００２４】さらに、この最適化方法は、コンパイル後
のプログラムを実行するコンピュータ装置のＣＰＵがプ
レディケート付き命令を実行する機能を持つ場合、例外
発生可能命令をガードするため、命令の依存関係を設定
するステップの後に、第１の命令を条件分岐とし、この
条件分岐を反映するようにプレディケートの割付を行う
ステップをさらに含む。
【００２５】これに対し、この最適化方法は、コンパイ
ル後のプログラムを実行するコンピュータ装置のＣＰＵ
がプレディケート付き命令を実行する機能を持たない場
合、例外発生可能命令をガードするため、命令の依存関
係を設定するステップの後に、第１の命令を条件分岐と
し、コードスケジューリングの結果に応じて、第１の命
令の分岐先に、第１、第２の命令に分割される前の例外
発生検出命令に関する順序制約を満足するように補償コ
ードを生成するステップをさらに含む。
【００２６】また本発明は、上述した最適化方法を含む
コンパイルを、コンピュータ装置に実行させるコンピュ
ータプログラムとして作成し、このコンピュータプログ
ラムを格納した記憶媒体や、このコンピュータプログラ
ムを伝送する伝送装置として提供することができる。さ
らに本発明は、このコンピュータプログラムを実行する
コンパイラを備えたコンピュータ装置として提供するこ
とができる。
【００２７】また、本発明は、プログラミング言語で記
述されたプログラムのソースコードを機械語に変換し、
プログラムの最適化を行うコンパイラにおいて、処理対
象のプログラムを解析し、このプログラム中の演算子の
依存関係を示すグラフを生成するグラフ生成部と、生成
されたこのグラフを編集し、例外による演算子の順序制
約を緩和するグラフ編集部と、編集されたこのグラフに
おける演算子の依存関係を反映させたプログラムコード
を生成するコード再生部とを備え、グラフ編集部は、こ
のグラフ中から、例外が発生する可能性のある例外発生
可能命令と、この例外の発生条件を検出し例外が発生し
た場合に例外処理への分岐を行う例外発生検出命令とを
検出し、検出された例外発生検出命令を、この例外の発
生条件を検出する第１の命令と、この例外の発生条件が
検出された場合に処理を例外処理へ条件分岐させる第２
の命令とに分割し、このグラフ上の第１の命令に対し
て、例外の発生条件を検出した場合に第２の命令に移行
し、例外発生条件を検出しなかった場合に例外発生可能
命令に移行するように依存関係を設定することを特徴と
する。
【００２８】ここで、このグラフ編集部は、このグラフ
から、例外発生検出命令の分割前における例外発生可能
命令に関する順序制約と、例外発生検出命令の分割前に
おけるこの例外発生検出命令に先行する順序制約とを取
り除く。これにより、例外発生可能命令に対する順序制
約をプログラムの所定の領域（基本ブロックなど）にお
けるクリティカルパス上から除去することができる。
【００２９】また、本発明は、プログラミング言語で記
述されたプログラムのソースコードを機械語に変換し、
プログラムの最適化を行うコンパイラにおいて、このソ
ースコードを編集可能な中間コードに変換する中間コー
ド生成部と、この中間コードに対して最適化を行う最適
化部と、最適化された中間コードから機械語コードを生
成する機械語コード生成部とを備え、この最適化部は、
処理対象であるプログラムの中間コードを解析し、プロ
グラムの所定の範囲において、例外が発生する可能性の
ある例外発生可能命令を他の命令に先んじて実行するよ
うに、このプログラムを変形し、この例外発生可能命令
において例外が発生した場合にこの例外発生可能命令以
降の命令が実行されないように、このプログラムにおけ
る命令間の依存関係を設定し、このプログラムの所定の
範囲において、複数存在する例外発生可能命令のうち少
なくとも一つが例外を発生する場合に、この例外の発生
を検出し、この例外に対応する例外処理へ移行するよう
に、このプログラムを変形することを特徴とする。
【００３０】さらにここで、この最適化部は、この例外
発生可能命令が副作用を伴う場合に、このプログラムの
変形前におけるこの副作用に関する順序制約を保存する
ように、このグラフ上の例外発生可能命令に対して順序
制約を設定する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいて、この発明を詳細に説明する。まず、本発明
の概要について説明する。本発明は、例外を起こす可能
性のある命令（例外発生可能命令）における他の命令に
対する先行制約をソフトウェア的に緩和することによっ
て、例外発生可能命令を含むプログラムの命令レベル並
列性を得る。
【００３２】本発明において、コンパイラは、他の命令
に先んじて発行された例外発生可能命令がソフトウェア
によってガードされるようにコードの変形を行う。そし
て、投機的に実行される例外発生可能命令により例外
（投機的例外）が起きる場合、コンパイラが用意した例
外ハンドラに分岐し、必要な副作用(メモリへの書き込
み)及び例外の検出を行ってから例外の発生を表すフラ
グを立て、ガードされていない命令のコンテクストに復
帰して実行を再開する。このように、コンパイラにおい
て例外の発生をコントロールすることにより、より多く
の種類の命令を先行的に発行できる。その後、例外発生
可能命令が元々配置されていたコンテクストにおいて、
上記の例外の発生を表すフラグを判定し、フラグが立っ
ていれば、当該例外に対する固有の例外処理を行う。こ
のように、投機的例外の判定を条件分岐やプレディケー
トなどのソフトウェアで行うことにより、例外発生可能
命令は、理論的に、コントロールによる制約、メモリア
クセスによる制約、例外による制約の全てに制限されず
に先行的に発行できるようになる。
【００３３】しかしながら、このような投機的例外を判
定するための命令を実行するコストは無視できるもので
はない。さらに、ハードウェアでサポートされていない
投機処理を行う場合は、この例外判定をソフトウェアに
よって行うこととなるため、そのコストは大きくなる。
【００３４】そこで、本発明は、プログラムにおける基
本ブロックの先頭において、その基本ブロック内におけ
るフラグのいずれか一つでも立っていれば、これを一括
して検出する代表的な判定を用意する。この判定は、フ
ラグをビットワイズに表現することによって、機械語１
命令で高速に処理できる。この代表的な判定において、
基本ブロック内のいずれかのフラグが立っていると判明
した場合、まず、オリジナルのプログラムで記述されて
いるコンテクストを回復させるのに必要十分な命令を実
行する。そして、立っているフラグを検出し、当該フラ
グに対応する例外に対する処理を行う。なお、基本ブロ
ックとは、ストレートコード、すなわちコントロールフ
ローが途中に入ることもなく、途中から出ることもない
ようなコード列の範囲をブロックで示したものである。
【００３５】図１は、本発明の実施の形態におけるコン
パイラの構成を説明する図である。本実施の形態では、
処理対象である、例外の取り扱いが厳密でなければなら
ない言語としてＪａｖａを用いる例について説明する。
すなわち、最適化の対象であるプログラムをＪａｖａプ
ログラムとし、コンパイラをＪａｖａのJust In Time C
ompilerとする。したがって、図１に示す本実施の形態
のコンパイラ１００は、Ｊａｖａバイトコードの形式で
記述されたプログラムを入力してコンパイルし、当該プ
ログラムを実行する計算機に対応した機械語コード形式
に変換して出力する。ただし、本発明を、他の種々のプ
ログラム言語で記述されたプログラムに対するコンパイ
ラに適用できることは言うまでもない。また、コンパイ
ラ１００として、ＪａｖａのJust In Time Compilerを
想定する場合、コンパイラ１００は、当該プログラムを
実行するコンピュータ装置に搭載されることとなる。す
なわち、図示しないがこのコンピュータ装置は、プログ
ラムのソースコードを入力する入力装置と、コンパイラ
１００を実現するコンピュータプログラムを格納したメ
モリと、メモリに格納されたコンピュータプログラムの
制御によりコンパイラ１００としての処理を実行すると
共に、コンパイラ１００により機械語コードに変換され
たプログラムを実行する計算機（ＣＰＵ）とを備える。
また、このコンピュータ装置は、コンパイラ１００を実
現するコンピュータプログラムを、上述したＣＤ−ＲＯ
Ｍやフロッピー（登録商標）ディスクから読み出すディ
スクドライブや、ネットワークを介して受信する受信部
を備える。
【００３６】図１を参照すると、本実施の形態のコンパ
イラ１００は、四つ組中間コード生成部１０と、四つ組
中間コード最適化部２０と、機械語コード生成部３０と
を備える。上記構成において、四つ組中間コード生成部
１０は、Ｊａｖａバイトコード形式で与えられたプログ
ラムを解析し、四つ組形式で表現された中間コード（以
下、四つ組中間コードと称す）に変換する。四つ組中間
コード最適化部２０は、四つ組中間コード生成部１０に
より生成された四つ組中間コードに対して、すなわち、
最終的に生成される機械語コードの実行時間が短くなる
ように、計算の冗長性を取り除いたり、中間コードを移
動したりする。この最適化の過程で、プログラム中の例
外発生可能命令を投機的に実行するように命令の順序の
入れ替えを行う。機械語コード生成部３０は、最適化さ
れた四つ組中間コードを、当該プログラムを実行する計
算機に対応した機械語コード形式に変換し出力する。
【００３７】本実施の形態は、Ｊａｖａ言語の例外処理
をコンパイルする際の以下のような特徴に注目して、ソ
フトウェアによる例外発生可能命令の投機実行を効率的
に行う。 １．例外処理は必ず制御ブロックからの脱出である。ま
た、ユーザー定義の例外ハンドラで検出できるのは副作
用の結果だけであり、それ以外の中間結果は例外ハンド
ラ以降の実行では参照されない。したがって、投機的に
実行した例外発生可能命令が例外を起す場合は、正確に
全ての状態を回復する必要はなく、副作用の順序を保証
し、例外の種類と引数を特定できれば良い。 ２．例外はプログラムにおける「例外的条件」を扱うの
で、プログラムの実行全体から見ると例外が発生する頻
度は比較的低いと仮定できる。したがって、例外が発生
した場合の処理のソフトウェアオーバーヘッドはある程
度許容できる。 ３．本発明は、Ｊａｖａチップなどではない通常のプロ
セッサを対象としてコンパイルを行う場合、例外の検出
のためにソフトウェアによる明示的な命令列によるオー
バーヘッドを伴っている。代表的かつ最も頻繁に現れる
例外は、配列の長さを超えたインデクスによるアクセス
を検出する例外（ArrayIndexOutOfBoundsException）で
ある。そこで、配列サイズとインデクス変数をチェック
する既存の命令を使って、投機的例外の発生を検出する
ことができる。
【００３８】Ｊａｖａ言語における以上の特徴を利用し
て、Ｊａｖａ言語の例外発生可能命令をソフトウェアで
投機的に実行するために以下の基本方針を採用する。 １．Ｊａｖａ言語における例外を検出する既存の命令列
を利用して、ハードウェア例外発生可能命令の実行を、
条件分岐やプレディケート付き命令によってソフトウェ
ア的にガードする。すなわち、ハードウェア例外が発生
する場合には当該例外発生可能命令は実行されない。こ
れによって、例外が発生しない場合の実行において付加
的な命令オーバーヘッドを導入しなくて済むこととな
る。ガードされた例外発生可能命令は、ガードに対して
制御依存を持つ代わりに副作用や他の例外発生可能命令
に対して順序制約を持たなくなるので、例外発生可能命
令による順序制約が緩和される。 ２．Ｊａｖａ言語の定める例外が発生したかどうかを検
出し、ユーザー定義の例外ハンドラに分岐する命令と例
外発生条件を検出する命令とを分離し、基本ブロック内
で例外が起ったことを表す代表のフラグを用いる。これ
によって、実際に例外ハンドラに条件分岐する処理を基
本ブロック内で一つにまとめることができるので、実際
の例外発生を検出するソフトウェアオーバーヘッドを一
つの分岐命令で済ませることができる。 ３．例外発生検出時の補償コードを、例外発生検出命令
の分岐先（または、プレディケート付き命令における負
の条件のプレディケートによる分岐先）に生成する。こ
れによって補償コードのための余分な分岐命令を通常実
行されるパスに挿入することを回避することができる。
例外処理は必ず脱出であるため、補償コードは副作用及
び例外の検出によって構成される。補償コードを生成す
るために、副作用や例外発生可能命令の間にある順序制
約を利用する。
【００３９】次に、本実施の形態における例外発生可能
命令の投機的実行、副作用の投機的実行、補償コードの
生成の手順を説明する。プログラムは、プログラム中の
演算子の依存関係を示す無閉路有向グラフ（Directed A
cyclic Graph；以下、ＤＡＧと略す）として表現され
る。ＤＡＧの頂点は演算子を表し、ＤＡＧの辺（有向
辺）は演算子間の依存関係を表す。依存関係は以下の３
種類である。 データ依存：先行する演算子が書き込んだ値を後継する
演算子が読み出すこと（フロー依存）、先行する演算子
が読み出した場所に後継する演算子が書き込みを行うこ
と（逆依存）、及び先行する演算子が書き込んだ場所に
後継する演算子が書き込みを行うこと（出力依存）を表
す。 順序制約：先行する演算子の副作用が終わった後に後継
する演算子の副作用が起きることを表す。 制御依存：先行する演算子による条件判定が真である場
合にのみ後継する演算子が実行されることを表す。
【００４０】例外発生可能命令の投機的実行は、プログ
ラム中に存在する不要な順序制約をできるだけ緩和し、
ＤＡＧの演算子間の並列性を抽出することを目的として
いる。ＤＡＧ上で、経路上の演算を全て実行し終わるま
での時間が最も長い経路のことをグラフのクリティカル
パス（critical path）と呼ぶ。したがって、ＤＡＧで
表された演算を全て実行し終わるまでの時間の下限は、
クリティカルパスの長さに対応することとなる。本実施
の形態では、ＤＡＧのクリティカルパス上にある頂点
で、例外発生検出命令への順序制約、例外発生可能命令
からの順序制約による辺を選び、例外発生可能命令の投
機的実行を行うようにグラフを変形する。各変換は順序
制約を除去するので、クリティカルパス長を短くするこ
とができる。この操作を、クリティカルパス上の例外発
生可能命令及び例外発生検出命令の順序制約がなくなる
まで繰り返すことにより、投機的実行のオーバーヘッド
を極小化し、効果を極大化することができる。
【００４１】本実施の形態において、以上の処理を実現
する四つ組中間コード最適化部２０について説明する。
図２は、四つ組中間コード最適化部２０の構成を説明す
るブロック図である。図２を参照すると、四つ組中間コ
ード最適化部２０は、四つ組中間コードをＤＡＧ（Dire
cted Acyclic Graph）に変換するＤＡＧ生成部２１と、
ＤＡＧ編集部２２と、ＤＡＧを四つ組中間コードに戻す
四つ組中間コード再生部２３とを備える。ＤＡＧ生成部
２１は、四つ組中間コード生成部１０により生成された
四つ組中間コードを入力として受け取り、四つ組演算子
間のデータ依存と順序制約を解析して、この解析結果を
反映させたＤＡＧを生成する。すなわち、ＤＡＧは、四
つ組中間コードで表現されたプログラム中の各命令を頂
点（ノード）とし、命令間の順序制約を有向辺（パス）
で表している。ＤＡＧ編集部２２は、ＤＡＧ生成部２１
により生成されたＤＡＧを入力として受け取り、例外発
生可能命令を投機的に実行するようにＤＡＧの編集を行
う。四つ組中間コード再生部２３は、ＤＡＧ編集部２２
により編集されたＤＡＧを入力として受け取り、四つ組
中間コード形式のプログラムに再度変換して出力する。
【００４２】図３は、ＤＡＧ編集部２２による編集処理
の全体的な流れを説明するフローチャートである。図３
を参照すると、ＤＡＧ編集部２２は、まず、ＤＡＧで表
現されたプログラム中のクリティカルパス上に存在す
る、例外による順序制約の緩和処理を行う（ステップ３
０１）。この例外による順序制約の緩和によって、元の
ＤＡＧに存在した例外発生可能命令は、例外の検出と例
外ハンドラへの条件分岐とに分割される。そして、例外
の検出から例外発生可能命令に対して新たに制御依存が
追加される。
【００４３】次に、ＤＡＧ編集部２２は、例外による順
序制約の緩和処理の施されたＤＡＧに対して、例外ハン
ドラへの条件分岐のマージ処理を行う（ステップ３０
２）。この処理により、連続した例外ハンドラへの条件
分岐が、代表フラグを使用した一つの条件分岐にマージ
される。
【００４４】次に、ＤＡＧ編集部２２は、プログラムを
実行する計算機（以下、対象アーキテクチャと称す）
が、プレディケート（predicate）付き命令が実行可能
でかつ命令レベルの並列実行が可能かどうかを判断する
（ステップ３０３）。そして、対象アーキテクチャがプ
レディケート付き命令を並列実行する機能を持たない場
合は、投機的に実行される例外に対する補償コードの生
成処理を行う（ステップ３０４）。一方、対象アーキテ
クチャがプレディケート付き命令を並列実行する機能を
持つ場合は、ステップ３０１の例外による順序制約の緩
和処理で生成された制御依存に対応してプレディケート
の割付を行う（ステップ３０５）。以上のようにして、
補償コードの生成（ステップ３０４）またはプレディケ
ートの割付（ステップ３０５）が終了した後、ＤＡＧ編
集部２２による処理を終了する。
【００４５】図４は、図３のステップ３０１における例
外による順序制約の緩和処理の詳細を説明するフローチ
ャートである。図４を参照すると、例外による順序制約
の緩和処理において、ＤＡＧ編集部２２は、まず、処理
対象であるＤＡＧの頂点の中から、同じ例外発生条件を
持つ例外発生可能命令ｖと例外発生検出命令ｔとの対を
探す（ステップ４０１）。そして、検出された例外発生
可能命令ｖと当該例外発生検出命令ｔとに対する順序制
約がクリティカルパスを形成しているかどうか判断する
（ステップ４０２）。
【００４６】この順序制約がクリティカルパスを形成し
ている場合、すなわち、この順序制約がクリティカルパ
ス上にある場合、ＤＡＧ編集部２２は、元の、例外発生
条件を検出して例外ハンドラへの分岐を行う命令ｔを、
例外条件の検出だけを行う命令ｔ’と、実際に例外ハン
ドラに条件分岐する命令ｃとに分割する（ステップ４０
３）。
【００４７】そして次に、ＤＡＧの頂点ｔ’から頂点ｃ
へデータ依存の有向辺を張る（ステップ４０４）。この
辺は、命令ｔ’で検出された例外発生条件を利用して命
令ｃが分岐を行うことを示す。また、頂点ｔ’から頂点
ｖへ制御依存の有向辺を張る（ステップ４０５）。この
辺は、命令ｔ’において例外が発生しないことが確認さ
れた場合にのみ命令ｖが実行されることを示す。また、
順序制約で頂点ｔに先行している頂点ｐから頂点ｃへ順
序制約の有向辺を張る（ステップ４０６）。この辺は、
元のプログラムにおいて命令ｔに先行していた全ての副
作用が終了してから命令ｃの条件分岐が実行されること
を示す。
【００４８】次に、ＤＡＧ編集部２２は、命令ｖが副作
用を持っているか、すなわちメモリに対して書き込みを
行うかどうかを判断する（ステップ４０７）。そして、
命令ｖが副作用を持っている場合、ＤＡＧ編集部２２
は、ＤＡＧの順序制約で頂点ｔに先行している頂点ｐか
ら頂点ｖへ順序制約の有向辺を張る（ステップ４０
８）。この辺は、変換が元のプログラムにおける副作用
間の順序制約を保存することを示す。
【００４９】命令ｖが副作用を持たない場合、及びステ
ップ４０８を終了した後、ＤＡＧ編集部２２は、ＤＡＧ
の順序制約で頂点ｖに後継している頂点ｓへ、頂点ｃか
ら順序制約の有向辺を張る（ステップ４０９）。この辺
は、元の命令ｖに後継する順序制約は命令ｃが実行され
た場合に保証されることを示す。
【００５０】次に、ＤＡＧ編集部２２は、ＤＡＧの順序
制約で頂点ｖに先行または後継している元々の辺（ステ
ップ４０８で導入された辺は除く）を取り除く（ステッ
プ４１０）。同様にして、順序制約で頂点ｔに先行して
いる辺を取り除く（ステップ４１１）。これらの処理に
より、例外発生可能命令に対する順序制約をクリティカ
ルパス上から除去することが可能になる。ステップ４１
１の処理が終了すると、ＤＡＧ編集部２２は、ステップ
４０１に戻り、クリティカルパス上の次の例外発生可能
命令による順序制約を探す。そして、クリティカルパス
上に順序制約が存在しないならば、例外による順序制約
の緩和処理を終了する（ステップ４０２）。
【００５１】図５は、図３のステップ３０２における例
外ハンドラへの条件分岐のマージ処理の詳細を説明する
フローチャートである。図５を参照すると、例外ハンド
ラへの条件分岐のマージ処理において、ＤＡＧ編集部２
２は、まず、例外による順序制約の緩和処理の済んだＤ
ＡＧのうち、順序制約の辺によって結ばれた例外ハンド
ラへの条件分岐の組ｃ1、ｃ2を探す（ステップ５０
１）。そして、そのような条件分岐の組ｃ1、ｃ2が存在
するかどうかを判断する（ステップ５０２）。
【００５２】条件分岐の組ｃ1、ｃ2が存在する場合、Ｄ
ＡＧ編集部２２は、ＤＡＧの順序制約で条件分岐ｃ1に
後継している頂点ｓの制御依存に対して、条件分岐ｃ1
のガード条件を論理積によって追加する（ステップ５０
３）。追加された制御依存は、条件分岐ｃ1がチェック
していた条件と元々命令ｓが実行される条件の両方が成
立した場合にのみ命令ｓが実行されることを示す。
【００５３】次に、ＤＡＧ編集部２２は、ＤＡＧの条件
分岐ｃ1から頂点ｓに対する順序制約を取り除き（ステ
ップ５０４）、条件分岐ｃ1と条件分岐ｃ2とをマージす
る（ステップ５０５）。マージされた条件分岐ｃ2で
は、元の条件分岐ｃ1と条件分岐ｃ2の条件の両方がテス
トされる。ステップ５０５の処理が終了すると、ＤＡＧ
編集部２２は、ステップ５０１に戻り、順序制約の辺に
よって結ばれた例外ハンドラへの条件分岐の組ｃ1、ｃ2
を探す。そして、そのような条件分岐の組ｃ1、ｃ2が存
在しないならば、例外ハンドラへの条件分岐のマージ処
理を終了する（ステップ５０２）。
【００５４】図６は、図３のステップ３０４における投
機的に実行される例外に対する補償コードの生成処理の
詳細を説明するフローチャートである。図６を参照する
と、投機的に実行される例外に対する補償コードの生成
処理において、ＤＡＧ編集部２２は、まず、コードスケ
ジューリング最適化を行い、ＤＡＧ上において例外発生
可能命令と副作用の間の順序を決定する（ステップ６０
１）。このコードスケジューリング最適化では、演算子
の遅延時間と対象計算機の資源の使用状況を考慮して、
ＤＡＧの頂点に対して最適な順序付けを行う。
【００５５】次に、ＤＡＧ編集部２２は、順序が決定し
たＤＡＧの頂点のうち、例外による順序制約の緩和処理
（図３のステップ３０１及び図４参照）において投機的
実行の対象となった例外発生検出命令ｔに対して、元の
プログラム中で推移的に先行していた頂点ｐを探す（ス
テップ６０２）。
【００５６】次に、ＤＡＧ編集部２２は、ステップ６０
２により得られたＤＡＧの頂点の組ｔ、ｐのうち、ステ
ップ６０１のコードスケジューリング最適化によって与
えられた順序によって元々のプログラムの順序制約が守
られない組が存在するかどうかを調べる（ステップ６０
３）。
【００５７】元々のプログラムの順序制約が守られない
頂点ｔと頂点ｐの組が存在する場合、次にＤＡＧ編集部
２２は、条件分岐として生成される命令ｔの分岐先に、
命令ｐを補償コードとして生成する（ステップ６０
４）。ＤＡＧの頂点ｔに対して先行する頂点ｐが複数存
在する場合は、各頂点ｐについて、元のプログラムの順
序制約を満たす順に、命令ｔの分岐先に補償コードを生
成する。ステップ６０４の処理が終了すると、ＤＡＧ編
集部２２は、ステップ６０２に戻り、ＤＡＧにおいて次
の順序が満たされない頂点ｔと頂点ｐの組を探す。そし
て、順序が満たされない頂点ｔと頂点ｐの組が存在しな
いならば、投機的に実行される例外に対する補償コード
の生成を終了する（ステップ６０３）。
【００５８】以上のようにしてＤＡＧ編集部２２による
ＤＡＧの編集が終了した後、四つ組中間コード再生部２
３が編集の済んだＤＡＧを四つ組中間コードに戻す。そ
して、機械語コード生成部３０が、最適化の済んだ当該
四つ組中間コードを、対象アーキテクチャに対応した機
械語コードに変換してコンパイルを終了する。
【００５９】次に、Ｊａｖａプログラムの中間コードを
最適化する具体的な動作例について説明する。例とし
て、図７（Ａ）に示すＪａｖａプログラムの中間コード
を最適化する場合を考える。NullPointerExceptionのチ
ェックがソフトウェアによって行われるプラットフォー
ムを仮定すると、このプログラムに対応する四つ組中間
コードは図７（Ｂ）に示すように表される。図７におい
て、NULLは配列のNullPointerExceptionを検出する操
作、LENGTHは配列の長さを得る操作、SIZEはArrayIndex
OutOfBoundsExceptionを検出する操作を表す。四つ組中
間コード最適化部２０のＤＡＧ生成部２１により、この
プログラムの持つ制約をＤＡＧで表現した様子を図８に
示す。
【００６０】次に、四つ組中間コード最適化部２０のＤ
ＡＧ編集部２２が、図８に示すＤＡＧを編集する。図８
に示すＤＡＧにおいて、簡単のために全ての演算のコス
トを１とすると、このグラフのクリティカルパス長は８
サイクルである。SIZE命令とNULL命令は制御を変更する
ので、SIZE命令からNULL命令の間に順序制約がある。こ
のためNULL命令に依存するLENGTH、SIZE、LOADがSIZE命
令に依存を持ち、データ依存による本来のクリティカル
パス長を伸ばしている。
【００６１】まず、例外による順序制約の緩和処理（図
３のステップ３０１及び図４参照）において、NULL命令
を投機的に実行することにより、制約を緩和する。元々
のNULL命令の動作は、例外発生の検出と例外ハンドラへ
の分岐からなる。これを、例外発生条件の検出（同じNU
LL命令で表す）と、例外処理ルーチンへの分岐（CHECK
命令）とに分割する。例外発生検出命令（NULL）は、例
外発生条件を検出すると、基本ブロック内で例外が発生
したことを示す代表フラグを設定する。例外処理ルーチ
ンへの分岐命令（CHECK）は、代表フラグを調べ、もし
例外が発生していれば、元のプログラムで最初に発生す
るはずの例外ハンドラへ分岐する。以上の処理で、代表
フラグを用いることにより、複数の例外の発生を１命令
で検出することができる。例外発生可能命令であるLENG
TH命令は、例外発生検出命令（NULL）によってガードさ
れる。すなわち、NULL命令が例外発生条件を検出する
と、LENGTH命令は実行されない。元のNULL命令から例外
ハンドラへの分岐を分離することにより、NULL命令に先
行するSIZE命令による順序制約を外すことができる。例
外発生可能命令の値を使用している他の演算について
は、例外発生可能命令や副作用でない限りガードする必
要はない。なぜなら、例外ハンドラで観測できるのは副
作用と例外の発生だけだからである。
【００６２】以上の変形を、下のSIZE命令にも同様に適
用し、例外ハンドラへの条件分岐のマージ処理（図３の
ステップ３０２及び図５参照）を行うことによって得ら
れるＤＡＧを図９に示す。図８と図９のＤＡＧを比較す
ると、図８のＤＡＧではクリティカルパス長が８サイク
ルであったが、上記の処理でCHECK命令を一つ追加する
ことにより、図９に示すように、クリティカルパス長が
５サイクルに短縮された。図８、図９において、データ
依存は実線矢印、順序制約は一点鎖線矢印、制御依存は
破線矢印で表す。後述の図１１、図１２においても同様
である。
【００６３】次に、副作用を伴う例外発生可能命令の投
機的実行について具体例を挙げて説明する。副作用を伴
う例外発生可能命令の投機的実行を行う場合は、直前の
例外発生検出命令だけでなく、先行する全ての例外発生
検出命令の条件でガードする必要がある。例として、図
１０に示すＪａｖａプログラムの中間コードを最適化す
る場合について考える。NullPointerExceptionのチェッ
クがソフトウェアによって行われるプラットフォームを
仮定すると、このプログラムに対応する四つ組中間コー
ドは図１０（Ｂ）に示すように表される。四つ組中間コ
ード最適化部２０のＤＡＧ生成部２１により、このプロ
グラムの持つ制約をＤＡＧで表現した様子を図１１に示
す。
【００６４】次に、四つ組中間コード最適化部２０のＤ
ＡＧ編集部２２が、図１１に示すＤＡＧを編集する。図
１１に示すＤＡＧにおいて、全ての演算のコストを１と
すると、このグラフのクリティカルパス長は１０サイク
ルである。３番目のSIZE命令を投機的に実行する場合、
STORE命令による副作用は、当該STORE命令に先行する全
ての例外発生検出命令における条件の積によってガード
されなければならない。
【００６５】図１１に示すＤＡＧに対し、例外による順
序制約の緩和処理（図３のステップ３０１及び図４参
照）及び例外ハンドラへの条件分岐のマージ処理（図３
のステップ３０２及び図５参照）を行うことによって得
られるＤＡＧを図１２に示す。図１１と図１２のＤＡＧ
を比較すると、図１１のＤＡＧではクリティカルパス長
が１０サイクルであったが、上記の処理でCHECK命令を
追加することにより、図１２に示すように、クリティカ
ルパス長が６サイクルに短縮された。
【００６６】次に、例外発生が検出された場合の補償コ
ードの生成について、具体的な動作例を挙げて説明す
る。上述したように、例外が発生した場合には、元のプ
ログラムで例外発生可能命令より前に実行されている副
作用と例外の検出を実行しなければならない。ＩＡ−６
４のようなプレディケート付き命令を実行可能なアーキ
テクチャでは、例外発生検出命令から例外発生可能命令
及び副作用への制御依存をプレディケートで実装すれ
ば、補償コードは不要である。この場合、代表フラグの
テストでは、基本ブロック内で起った複数の例外のう
ち、元のプログラム中の最初に存在する例外発生検出命
令の例外ハンドラに分岐すればよい。
【００６７】一方、プレディケート付き命令を実行でき
ないアーキテクチャでは、条件分岐によって例外発生検
出命令によるガードが実装される。そのため、例外発生
を検出した場合の分岐先に、必要な副作用の実行と例外
検出を行うための補償コードが必要となる（図３のステ
ップ３０４及び図６参照）。補償コードは、コードスケ
ジューリング最適化が終了して、演算間の順序が決定し
た後に求める。
【００６８】図１３は、所定のコード（図１３（ａ））
に対して、必要な補償コードを補った様子（図１３
（ｂ））を説明する図である。また、図１４は、図１３
に示すコードの順序制約を示す図である。図１３におい
て、下図でtestは例外発生検出命令、testの間のアルフ
ァベットは副作用のある演算を表すとする。副作用と例
外発生検出命令の間には、上述した推移的な制御依存が
ある。すなわち、副作用ＡＢ1はtest（Ａ）とtest
（Ｂ）の前に実行することはできない。
【００６９】図１３（ａ）に示す例外発生検出命令と副
作用の順番で命令が実行されるのであれば、補償コード
は不要である。すなわち、例外発生検出命令から、ガー
ドされている演算を全てスキップするように条件分岐を
生成すればよい。これに対し、コードスケジューリング
最適化によって、図１３（ｂ）に示すように例外発生検
出命令と副作用が配置された場合、例外発生検出命令及
び副作用の関係は図１３（ａ）の場合のように単純では
ない。すなわち、例外発生が検出されたパスで必要な補
償コードは、図１４（ａ）に示す元のコードにおける例
外及び副作用の順序制約を溯った場合には実行されてい
なければならない。しかし、かかる補償コードは、実際
には例外が検出されるまで実行されておらず、例外発生
検出命令の分岐から復帰した後も実行されない。
【００７０】例えば、test（Ｂ）で例外が検出された場
合、この時点ではtest（Ａ）、Ａ0が実行されていな
い。図１３（ａ）に示す元のコードではtest（Ａ）で例
外が発生しなければ副作用Ａ0が実行されているので、
図１３（ｂ）に示すように、test（Ａ）でＡ0をガード
したコードを挿入する。同様に、test（Ｃ）で例外が検
出された場合、この時点では副作用ＡＢ1がまだ実行さ
れていないので、図１３（ｂ）に示すように、ＡＢ1を
補償コードとして生成する。
【００７１】もし、test（Ａ）とtest（Ｂ）における例
外が例外ハンドラから見て区別できない場合は、補償コ
ードをさらに少なくすることができる。例えば、図１３
（ａ）に示す元のコードにおいて、Ａ0の位置に副作用
がなく、test（Ａ）とtest（Ｂ）が同じ種類の例外であ
れば、順序制約は図１４（ｂ）のようになる。この場
合、図１３（ｂ）に示した順序でコードが配置されて
も、副作用Ａ0が存在しないので、test（Ｂ）の補償コ
ードによりtest（Ａ）における例外の発生を検出する必
要はない。
【００７２】次に、本実施の形態を用いた、数種類の対
象アーキテクチャ（プログラムを実行する計算機）に対
応したコード生成の例について説明する。まず、ｘ８６
アーキテクチャ（米インテル社製のプロセッサにおける
８０８６、８０２８６、３８６アーキテクチャ）を対象
としたコード生成例を説明する。Ｘ８６アーキテクチャ
は、ユーザー定義のフラグレジスタ及びプレディケート
を持たない。Ｘ８６アーキテクチャ上の主要なオペレー
ティングシステムであるＷｉｎ３２、ＯＳ／２、Ｌｉｎ
ｕｘでは、仮想メモリ上の０番地から始まるページには
読み出し及び書き込み保護が設定されているので、Ｊａ
ｖａ言語のNullPointerExceptionの判定にはハードウェ
アによるアクセス違反例外の例外ハンドラで検出するこ
とが可能である。したがって、例外発生可能命令を投機
実行しない場合は、NullPointerExceptionの検出命令に
対しては実際にコード生成をしなくてよい。
【００７３】しかし、ソフトウェアによる投機的実行を
行う場合は、例外発生可能命令をガードする必要がある
ので、NullPointerExceptionの検出命令に対応する命令
を明示的に生成しなければならない。Ｗｉｎ３２プラッ
トフォームを対象とした場合には、Ｊａｖａバイトコー
ドのiaload命令の投機的実行に必要な基本操作は、図１
５に示すように実装される。図１５において、arrhは配
列オブジェクトのヘッダを格納するレジスタ、idxは配
列アクセスの添字の値を格納するレジスタである。eHan
dlerは元々の例外ハンドラの先頭を示す。flHandlerは
補償コードの実行及び代表フラグの設定を行うコードの
先頭を示す。また、selHandlerは最初に発生した例外を
調べて元のeHandlerに分岐するコードの先頭を示す。
【００７４】iaload命令の投機的実行に必要な基本操作
が図１５に示すように実装されることは、投機的に実行
されるメモリアクセス命令がデータ依存及び副作用だけ
を考慮したＤＡＧのクリティカルパス上にあった場合
に、投機的実行によってクリティカルパスの長さを伸ば
してしまう可能性があることを意味している。
【００７５】この問題を回避するため、以下のような手
法を取る。すなわち、データ依存と副作用だけを考慮し
て得られるＤＡＧについて、各頂点の自由度（slacknes
s）を計算する。自由度とは、当該頂点を含む経路に対
して、全体のクリティカルパス長を伸ばすことなく、後
何サイクルの演算を挿入することができるかを表す数字
である。投機的実行を行う例外発生可能命令を選択する
場合に、自由度が条件分岐命令のコストよりも小さけれ
ば、その例外発生可能命令の投機的実行を行わない。な
お、各頂点の自由度は図１６に示すようにして計算され
る。
【００７６】次に、ＰｏｗｅｒＰＣアーキテクチャ（米
国ＩＢＭ社、米国アップルコンピュータ社、米国モトロ
ーラ社が開発したＣＰＵであるＰｏｗｅｒＰＣにおける
アーキテクチャ）を対象としたコード生成例を説明す
る。ＰｏｗｅｒＰＣアーキテクチャは、分岐条件を記憶
する専用のコンディションレジスタを持つ。上述したＸ
８６アーキテクチャのコード生成例と同様に、本手法を
適用することによって、コードスケジューラが例外発生
検出命令の比較演算と通常の演算における計算との並列
性を利用することが可能になる。ＰｏｗｅｒＰＣアーキ
テクチャでは、比較演算と分岐命令の間に３サイクル以
上のレイテンシを置けば、分岐命令は命令フェッチユニ
ットで処理される。このため見かけ上、分岐命令のオー
バーヘッドが０になる（０サイクル分岐）。したがっ
て、例外発生可能命令及び例外発生検出命令の並列性を
抽出することで、クリティカルパス長を伸ばすことなく
演算パイプラインの充填率を上げることが可能になる。
ＡＩＸ（米国ＩＢＭ社のＵＮＩＸ）プラットフォームを
対象とした場合、Ｊａｖａバイトコードのiaload命令の
投機的実行に必要な基本操作は図１７に示すように実装
される。図１７において、arrh、flHandler、selHandle
r、idxの意味は上述したｘ８６アーキテクチャにおける
図１５の場合と同様である。lenは、配列の長さを格納
するレジスタである。
【００７７】次に、ＩＡ−６４アーキテクチャを対象と
したコード生成例を説明する。ＩＡ−６４アーキテクチ
ャは、プレディケート付き命令フォーマットを持つ。こ
れにより、命令がプレディケートでガードされており、
プレディケートの真偽値にしたがって命令が実行され
る。したがって、先に述べたようにガード付きで表現さ
れたＤＡＧをプレディケートで実装することによって、
例外が発生した場合の補償コードを生成せずに済ませる
ことができる。プレディケートで実装されたコードに対
しては、コードスケジューリング及びコード生成を直接
適用することができる。ＷＩＮ６４プラットフォームを
対象とした場合、Ｊａｖａバイトコードのiaload命令の
投機的実行に必要な基本操作は図１８に示すように実装
される。図１８において、arrh、idx、eHandler、selHa
ndlerの意味は上述したｘ８６アーキテクチャにおける
図１５の場合と、lenの意味は上述したＰｏｗｅｒＰＣ
アーキテクチャにおける図１７の場合と、それぞれ同様
である。プレディケートの論理積は、並列比較を用いる
ことによって、余分な命令オーバーヘッドを伴わずに実
現できる。
【００７８】以上のように、従来の技術ではハードウェ
アによるサポートが必要であった例外発生可能命令の投
機的実行が、本実施の形態によってソフトウェアで実装
可能となる。これにより、Ｊａｖａのような例外発生可
能命令の順序制約が厳密である言語において、コードス
ケジューラによる命令レベルの並列性の抽出を妨げる順
序制約を解消することが可能になった。また上記のよう
に、本実施の形態は、プレディケートを持たないプロセ
ッサに実装した場合でも、例外ハンドラへの条件分岐命
令を基本ブロックあたり２命令追加するだけで、例外発
生検出命令の付加的なオーバーヘッド無しに例外発生可
能命令の投機的実行を実現できる。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例外発生可能命令の他の命令への先行制約をソフトウェ
ア的に緩和することによって、例外発生可能命令の投機
的実行を実現でき、例外発生可能命令を含むプログラム
の命令レベル並列性を効果的に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態におけるコンパイラの構
成を説明する図である。
【図２】 本実施の形態における四つ組中間コード最適
化部の構成を説明するブロック図である。
【図３】 本実施の形態におけるＤＡＧ編集部による編
集処理の全体的な流れを説明するフローチャートであ
る。
【図４】 図３のステップ３０１における例外による順
序制約の緩和処理の詳細を説明するフローチャートであ
る。
【図５】 図３のステップ３０２における例外ハンドラ
への条件分岐のマージ処理の詳細を説明するフローチャ
ートである。
【図６】 図３のステップ３０４における投機的に実行
される例外に対する補償コードの生成処理の詳細を説明
するフローチャートである。
【図７】 本実施の形態の処理対象であるプログラムの
中間コード及びその四つ組中間コードの例を示す図であ
る。
【図８】 図７のプログラムの持つ制約をＤＡＧで表現
した図である。
【図９】 図８のＤＡＧに対して編集を行った状態を示
す図である。
【図１０】 本実施の形態の処理対象であるプログラム
の中間コード及びその四つ組中間コードの他の例を示す
図である。
【図１１】 図１０のプログラムの持つ制約をＤＡＧで
表現した図である。
【図１２】 図１１のＤＡＧに対して編集を行った状態
を示す図である。
【図１３】 所定のコードに対して、必要な補償コード
を補った様子を説明する図である。
【図１４】 図１３に示すコードの順序制約を示す図で
ある。
【図１５】 ｘ８６アーキテクチャにおいて、Ｊａｖａ
バイトコードのiaload命令の投機的実行を行うために必
要な基本操作図の実装例を示す図である。
【図１６】 データ依存と副作用だけを考慮して得られ
るＤＡＧについて、各頂点の自由度を計算する手法を説
明する図である。
【図１７】 ＰｏｗｅｒＰＣアーキテクチャにおいて、
Ｊａｖａバイトコードのiaload命令の投機的実行を行う
ために必要な基本操作図の実装例を示す図である。
【図１８】 ＩＡ−６４アーキテクチャにおいて、Ｊａ
ｖａバイトコードのiaload命令の投機的実行を行うため
に必要な基本操作図の実装例を示す図である。
【符号の説明】
１０…四つ組中間コード生成部、２０…四つ組中間コー
ド最適化部、２１…ＤＡＧ生成部、２２…ＤＡＧ編集
部、２３…四つ組中間コード再生部、３０…機械語コー
ド生成部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 達氏 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 内 (72)発明者 小松 秀昭 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究所 内 Ｆターム(参考） 5B013 BB18 5B081 CC32

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プログラミング言語で記述されたプログ
    ラムのソースコードを機械語に変換し、プログラムの最
    適化を行う最適化方法において、 処理対象である前記プログラムを解析し、例外が発生す
    る可能性のある例外発生可能命令と、当該例外の発生条
    件を検出し例外が発生した場合に例外処理への分岐を行
    う例外発生検出命令とを検出するステップと、 検出された前記例外発生検出命令を、前記例外の発生条
    件を検出する第１の命令と、前記例外の発生条件が検出
    された場合に処理を前記例外処理へ条件分岐させる第２
    の命令とに分割するステップと、 前記第１の命令に対して、前記例外の発生条件を検出し
    た場合に前記第２の命令に移行し、前記例外発生条件を
    検出しなかった場合に前記例外発生可能命令に移行する
    ように依存関係を設定するステップとを含むことを特徴
    とするプログラムの最適化方法。
  2. 【請求項２】 前記命令の依存関係を設定するステップ
    の後に、 プログラムの所定の範囲における複数の前記例外発生検
    出命令に基づいて得られた複数の前記第２の命令をまと
    めるステップをさらに含み、 複数の前記例外発生検出命令に基づいて得られた複数の
    前記第１の命令が例外の発生条件を検出したことを一括
    して判断する、 請求項１に記載のプログラムの最適化方法。
  3. 【請求項３】 前記命令を分割するステップは、前記第
    １の命令として、前記例外の発生条件を検出した場合に
    フラグを立てる命令を生成するステップを含み、 前記第２の命令をまとめるステップは、複数の前記例外
    発生検出命令に基づいて得られた複数の前記第１の命令
    において、少なくともいずれか一つが前記フラグを立て
    ている場合に、例外が発生したことを検出し、前記第２
    の命令に処理を移行させる命令を生成するステップを含
    む、請求項２に記載のプログラムの最適化方法。
  4. 【請求項４】 前記例外発生可能命令を検出するステッ
    プの後に、 前記例外発生可能命令が副作用を伴う場合、前記例外発
    生検出命令の分割前における当該副作用に関する順序制
    約を保存する補償コードを生成するステップをさらに含
    む、請求項１に記載のプログラムの最適化方法。
  5. 【請求項５】 前記命令の依存関係を設定するステップ
    の後に、 前記第１の命令を条件分岐とし、当該条件分岐を反映す
    るようにプレディケートの割付を行うステップをさらに
    含む、請求項１に記載のプログラムの最適化方法。
  6. 【請求項６】 前記命令の依存関係を設定するステップ
    の後に、 前記第１の命令を条件分岐とし、コードスケジューリン
    グの結果に応じて、前記第１の命令の分岐先に、前記第
    １、第２の命令に分割される前の前記例外発生検出命令
    に関する順序制約を満足するように補償コードを生成す
    るステップをさらに含む、請求項１に記載のプログラム
    の最適化方法。
  7. 【請求項７】 プログラミング言語で記述されたプログ
    ラムのソースコードを機械語に変換し、プログラムの最
    適化を行うコンパイラにおいて、 処理対象である前記プログラムを解析し、当該プログラ
    ム中の演算子の依存関係を示すグラフを生成するグラフ
    生成部と、 生成された前記グラフを編集し、例外による前記演算子
    の順序制約を緩和するグラフ編集部と、 編集された前記グラフにおける前記演算子の依存関係を
    反映させたプログラムコードを生成するコード再生部と
    を備え、 前記グラフ編集部は、 前記グラフ中から、例外が発生する可能性のある例外発
    生可能命令と、当該例外の発生条件を検出し例外が発生
    した場合に例外処理への分岐を行う例外発生検出命令と
    を検出し、 検出された前記例外発生検出命令を、前記例外の発生条
    件を検出する第１の命令と、前記例外の発生条件が検出
    された場合に処理を前記例外処理へ条件分岐させる第２
    の命令とに分割し、 前記グラフ上の前記第１の命令に対して、前記例外の発
    生条件を検出した場合に前記第２の命令に移行し、前記
    例外発生条件を検出しなかった場合に前記例外発生可能
    命令に移行するように依存関係を設定することを特徴と
    するコンパイラ。
  8. 【請求項８】 前記グラフ編集部は、 前記グラフから、前記例外発生検出命令の分割前におけ
    る前記例外発生可能命令に関する順序制約と、前記例外
    発生検出命令の分割前における当該例外発生検出命令に
    先行する順序制約とを取り除く、請求項７に記載のコン
    パイラ。
  9. 【請求項９】 前記グラフ編集部は、 プログラムの所定の範囲における前記グラフ上の複数の
    前記例外発生検出命令に基づいて得られた複数の前記第
    ２の命令を合成する、請求項７に記載のコンパイラ。
  10. 【請求項１０】 前記グラフ編集部は、 前記例外発生可能命令が副作用を伴う場合に、前記例外
    発生検出命令の分割前における当該副作用に関する順序
    制約を保存するように、前記グラフ上の前記例外発生可
    能命令に対して順序制約を設定する、請求項７に記載の
    コンパイラ。
  11. 【請求項１１】 前記グラフ編集部は、 前記第１の命令を条件分岐とし、コードスケジューリン
    グの結果に応じて、前記グラフにおける前記第１の命令
    の分岐先に、前記第１、第２の命令に分割される前の前
    記例外発生検出命令に関する順序制約を満足するように
    補償コードを生成する、請求項７に記載のコンパイラ。
  12. 【請求項１２】 プログラミング言語で記述されたプロ
    グラムのソースコードを機械語に変換し、プログラムの
    最適化を行うコンパイラにおいて、 前記ソースコードを編集可能な中間コードに変換する中
    間コード生成部と、 前記中間コードに対して最適化を行う最適化部と、 最適化された前記中間コードから機械語コードを生成す
    る機械語コード生成部とを備え、 前記最適化部は、 処理対象である前記プログラムの中間コードを解析し、
    当該プログラムの所定の範囲において、例外が発生する
    可能性のある例外発生可能命令を他の命令に先んじて実
    行するように、当該プログラムを変形し、 前記例外発生可能命令において例外が発生した場合に当
    該例外発生可能命令以降の命令が実行されないように、
    前記プログラムにおける命令間の依存関係を設定し、 前記プログラムの所定の範囲において、複数存在する前
    記例外発生可能命令のうち少なくとも一つが例外を発生
    する場合に、当該例外の発生を検出し、当該例外に対応
    する例外処理へ移行するように、前記プログラムを変形
    することを特徴とするコンパイラ。
  13. 【請求項１３】 前記最適化部は、 前記例外発生可能命令が副作用を伴う場合に、前記プロ
    グラムの変形前における当該副作用に関する順序制約を
    保存するように、前記グラフ上の前記例外発生可能命令
    に対して順序制約を設定する、請求項１２に記載のコン
    パイラ。
  14. 【請求項１４】 プログラムのソースコードを入力する
    入力装置と、 入力された前記プログラムをコンパイルして機械語コー
    ドに変換するコンパイラと、 機械語コードに変換された前記プログラムを実行する処
    理装置とを備えたコンピュータ装置において、 前記コンパイラは、 処理対象である前記プログラムを解析し、例外が発生す
    る可能性のある例外発生可能命令と、当該例外の発生条
    件を検出し例外が発生した場合に例外処理への分岐を行
    う例外発生検出命令とを検出し、 検出された前記例外発生検出命令を、前記例外の発生条
    件を検出する第１の命令と、前記例外の発生条件が検出
    された場合に処理を前記例外処理へ条件分岐させる第２
    の命令とに分割し、 前記第１の命令に対して、前記例外の発生条件を検出し
    た場合に前記第２の命令に移行し、前記例外発生条件を
    検出しなかった場合に前記例外発生可能命令に移行する
    ように依存関係を設定することを特徴とするコンピュー
    タ装置。
  15. 【請求項１５】 前記コンパイラは、 プログラムの所定の範囲における複数の前記例外発生検
    出命令に基づいて得られた複数の前記第１の命令が例外
    の発生条件を検出したことを一括して判断するように、
    複数の当該例外発生検出命令に基づいて得られた複数の
    前記第２の命令をまとめる、請求項１４に記載のコンピ
    ュータ装置。
  16. 【請求項１６】 コンピュータに実行させるプログラム
    を当該コンピュータの入力手段が読取可能に記憶した記
    憶媒体において、 前記プログラムは、 処理対象であるプログラムを解析し、例外が発生する可
    能性のある例外発生可能命令と、当該例外の発生条件を
    検出し例外が発生した場合に例外処理への分岐を行う例
    外発生検出命令とを検出する処理と、 検出された前記例外発生検出命令を、前記例外の発生条
    件を検出する第１の命令と、前記例外の発生条件が検出
    された場合に処理を前記例外処理へ条件分岐させる第２
    の命令とに分割する処理と、 前記第１の命令に対して、前記例外の発生条件を検出し
    た場合に前記第２の命令に移行し、前記例外発生条件を
    検出しなかった場合に前記例外発生可能命令に移行する
    ように依存関係を設定する処理とを前記コンピュータに
    実行させる記憶媒体。
  17. 【請求項１７】 前記記憶媒体に記憶される前記プログ
    ラムは、前記命令の依存関係を設定する処理の後に、 プログラムの所定の範囲における複数の前記例外発生検
    出命令に基づいて得られた複数の前記第２の命令をまと
    める処理をさらに含み、 複数の前記例外発生検出命令に基づいて得られた複数の
    前記第１の命令が例外の発生条件を検出したことを一括
    して判断する、請求項１６に記載の記憶媒体。
  18. 【請求項１８】 コンピュータに、 処理対象であるプログラムを解析し、例外が発生する可
    能性のある例外発生可能命令と、当該例外の発生条件を
    検出し例外が発生した場合に例外処理への分岐を行う例
    外発生検出命令とを検出する処理と、検出された前記例
    外発生検出命令を、前記例外の発生条件を検出する第１
    の命令と、前記例外の発生条件が検出された場合に処理
    を前記例外処理へ条件分岐させる第２の命令とに分割す
    る処理と、前記第１の命令に対して、前記例外の発生条
    件を検出した場合に前記第２の命令に移行し、前記例外
    発生条件を検出しなかった場合に前記例外発生可能命令
    に移行するように依存関係を設定する処理とを実行させ
    るプログラムを記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から前記プログラムを読み出して当該プロ
    グラムを送信する送信手段とを備えたことを特徴とする
    プログラム伝送装置。
  19. 【請求項１９】 前記記憶手段に記憶される前記プログ
    ラムは、前記命令の依存関係を設定する処理の後に、 プログラムの所定の範囲における複数の前記例外発生検
    出命令に基づいて得られた複数の前記第２の命令をまと
    める処理をさらに含み、 複数の前記例外発生検出命令に基づいて得られた複数の
    前記第１の命令が例外の発生条件を検出したことを一括
    して判断する、請求項１８に記載のプログラム伝送装
    置。
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