Mejora del rendimiento de las aplicaciones Java usando cooperación entre el sistema operativo y la máquina virtual de Java

Abstract

El uso de los entornos virtualizados de ejecución se ha extendido a todos los ámbitos y, en particular, se está utilizando para el desarrollo y la ejecución 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 posible aprovechar las características de estas plataformas para favorecer su ejecución.<br/><br/>El objetivo principal de este trabajo ha sido ha sido demostrar que es posible explotar las características de los entornos virtualizados de ejecución para ofrecer a los programas una gestión de recursos que se adapte mejor a sus características.<br/><br/>En este trabajo demostramos que el modelo de ejecución de este tipo de entornos, basado en la ejecución sobre máquinas virtuales, ofrece una nueva oportunidad para implementar una gestión específica 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 código de los programas.<br/><br/>Para demostrar los beneficios de esta estrategia hemos seleccionado como caso de estudio la gestión del recurso memoria para los programas de cálculo científico en el entorno de ejecución de Java. Después de un análisis detallado de la influencia que tiene la gestión de memoria sobre este tipo de programas, hemos visto que añadir en el entorno de ejecución una política de prefetch de páginas que se adapte al comportamiento de los programas es una posible vía para mejorar su rendimiento.<br/><br/>Por este motivo, hemos analizado detalladamente los requerimientos que debe cumplir esta política y cómo repartir las tareas entre los diferentes componentes del entorno de ejecución de Java para cumplir estos requerimientos.<br/><br/>Como consecuencia, hemos diseñado una política de prefetch basada en la cooperación entre la máquina 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 máquina virtual tiene sobre el comportamiento dinámico de los programas y el conocimiento que el sistema operativo tiene sobre las condiciones de ejecución. Por otro lado, el encargado de llevar a cabo las decisiones de gestión es el sistema operativo, lo que garantiza la fiabilidad de la máquina.<br/>Además, esta estrategia es totalmente transparente al programador y al usuario, respetando el paradigma de portabilidad de los entornos de ejecución virtualizados.<br/><br/>Hemos implementado y evaluado esta estrategia para demostrar los beneficios que ofrece al tipo de programas seleccionado y, aunque estos beneficios dependen de las características del programa, la mejora del rendimiento ha alcanzado hasta un 40% si se compara con el rendimiento obtenido sobre el entorno original de ejecución.