Functional programming 硬件辅助垃圾收集

我在想函数式语言可以更直接地与硬件联系在一起的方法，我想知道垃圾收集的硬件实现

这将大大加快速度，因为硬件本身将隐式处理所有集合，而不是某些环境的运行时

这就是LISP机器所做的吗？对这个想法有没有进一步的研究？这是否过于特定于域

想法？反对意见？讨论。

为什么它会“加快速度”？硬件到底应该做什么？ 它仍然必须遍历对象之间的所有引用，这意味着它必须遍历主内存中的一大块数据，这是它需要时间的主要原因。你会从中得到什么？您认为通过硬件支持可以更快地完成哪项特定操作？垃圾收集器中的大部分工作只是遵循指针/引用，偶尔会将活动对象从一个堆复制到另一个堆。这与CPU已经支持的指令有何不同

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话虽如此，你为什么认为我们需要更快的垃圾收集？现代GC已经非常快速和高效，基本上已经解决了这个问题。

我很确定应该存在一些原型。但是开发和生产特定于硬件的功能非常昂贵。在硬件级别实现MMU或TLB需要很长时间，这非常容易实现

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GC太大，无法有效地在硬件级别实现。

一个明显的解决方案是使用大于可用RAM的内存指针，例如，32位机器上的34位指针。或者，当您只有16MB的RAM（2^24）时，使用32位机器的最高8位。苏黎世ETH的研究人员使用了这样一个方案，并取得了很大成功，直到RAM变得太便宜。那是在1994年左右，所以这个想法很古老

这将为您提供一些位，您可以在其中存储对象状态（例如“这是一个新对象”和“我刚刚接触了这个对象”）。在执行GC时，优先选择带有“this is new”的对象，并避免使用“just touch”

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这实际上可能会看到一次复兴，因为没有人有2^64字节的RAM（=2^67位；宇宙中大约有10^80~2^240个原子，所以可能永远不可能有这么多RAM）。这意味着，如果虚拟机可以告诉操作系统如何映射内存，那么您可以在今天的机器中使用一些位。

这里需要的最相关的数据可能是，目前在垃圾收集上花费了多少时间（CPU时间的百分比）？这可能不是问题

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如果我们真的这么做了，我们就必须考虑到硬件在背后隐藏着记忆。我想用现代的说法，这将是“另一条线”。如果正在检查某些内存（可能可以通过双端口内存解决），那么某些内存可能不可用。当然，如果HWGC要四处移动内容，那么它必须锁定其他进程，以免干扰它们。并以适合所用架构和语言的方式进行。所以，是的，特定领域

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看看刚才出现了什么。。。查看java的GC日志。

其中描述了如何需要一个感知GC的虚拟内存管理器来拥有真正高效的GC，而如今虚拟机映射主要由硬件完成。给你：）

是的。查看这两篇论文的相关工作部分：

或者在这里：

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我想最大的问题是CPU寄存器和堆栈。GC期间必须做的一件事是遍历系统中的所有指针，这意味着知道这些指针是什么。如果其中一个指针当前位于CPU寄存器中，那么您也必须遍历该寄存器。类似地，如果堆栈上有指针。因此，每个堆栈帧都必须有某种映射，说明什么是指针，什么不是指针，在执行任何GC遍历之前，必须将任何指针输出到内存中

你也会遇到闭包和延续的问题，因为突然你的堆栈不再是一个简单的后进先出结构

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显而易见的方法是永远不要在CPU堆栈或寄存器中保留指针。而是将每个堆栈帧作为指向其前一帧的对象。但是这会降低性能。

由于分代收集，我不得不说跟踪和复制并不是GC的巨大瓶颈

有帮助的是硬件辅助的读屏障，它消除了在进行堆栈扫描和标记堆时“停止世界”暂停的需要

Azul系统公司已经做到了这一点： 他们在JavaOne上做了一个演示，介绍了他们的硬件修改如何允许完全无暂停GC

另一项改进是硬件辅助写屏障，用于跟踪记忆集

分代gc，甚至对于G1或garbagefirst，通过只扫描一个分区，并为跨分区指针保留一个记忆集列表，减少了它们必须扫描的堆的数量

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问题是，这意味着任何时候，变异子设置一个指针时，它也必须将一个条目放入适当的重设集中。所以即使你没有GCing，你的开销也很小。如果可以减少这一点，就可以减少GCing所需的暂停时间和总体程序性能。

较旧的sparc系统具有标记内存（33位），可用于标记地址。 今天不合适吗

这来自他们的LISP传统IIRC

我的一个朋友构建了一个分代GC，通过从原语中偷取一点来标记。效果更好

所以，是的，这是可以做到的，但是nodody再也懒得给东西贴标签了

runT1mes关于硬件辅助的分代GC的评论值得一读

如果有足够大的门阵列（我想到的是vertex III），支持GC活动的增强型MMU是可能的。

你是个毕业生