Java Virtual Machine
Massa Laura
Mela Enrica
1
La macchine astratte

La tendenza comune nella nuova tecnologia
software è quella di conseguire la portabilità
dei programmi: dal programma compilato in
una forma intermedia in una definizione
astratta di macchina virtuale.
2
Situazione ideale
Front-end
indipendente dall’hardware
Back-end
indipendente dal linguaggio del
SOURCE CODE
3
Linguaggio intermedio


Molte di queste rappresentazioni di linguaggi
intermedi sono basate sulle macchine
astratte a stack
P-code: particolare rappresentazione
inventata cone forma intermedia per ETH
compilatori Pascal( diventata poi dominante
come codice macchina per il sistema UCSD
Pascal)
4
Programma codificato per una
macchina astratta
compilatore
interprete
Codice eseguibile
(dipende dall’architettura)
Emula la macchine astratta
lento
Codice più denso
5





UCSD usa interprete
codice molto intenso e compatto
primi usi su microcomputer
linguaggi ad alto livello su microcomputer
la portabilità del sistema di linguaggio su una
nuova macchina si riduce alla creazione di un
nuovo interprete.
6
Architecture Neutral Distribuition
Form (ANDF)


Idea di base: distribuire programmi in una
forma intermedia e completare il compito
della compilazione durante l’installazione.
Nella forma intermedia, durante la
compilazione, tutti gli accessi ad indirizzi
sono lasciati in forma simbolica
7
Macchine astratte


Nei tardi ’90 Sun Microstystem distribuisce il
sistema di linguaggio Java, basato su una
macchina astratta a stack, e come l’ANDF
usa gli accessi simbolici
Nel 2000 Microsoft svela una nuova
tecnologia basata sul vasto mondo del
WWW. Questa tecnologia, anch’essa basata
sulla macchina astratta a stack, diventa nota
come .NET System
8
Introduzione JVM




Macchina astratta su cui vengono eseguite le
istruzioni del linguaggio Java
Bytecode
Basata su uno stack
Il suo compito è quello di interpretare un
particolare formato di file, class file format
9
JVM
Class file format
Bytecode
Tavola dei
simboli
Altre
informazioni
Class file format
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Tipi di dato
Primitivi
Numerici
Di riferimento
Di ritorno
Classi
Interfacce
Vettori
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Elenco dei tipi numerici

byte: valori con segno, su 8 bit, in complemento a 2
short: valori con segno, su 16 bit, in complemento a 2

int: valori con segno, su 32 bit, in complemento a 2

long: valori con segno, su 64 bit, in complemento a 2

char: valori senza segno, su 16 bit, in conformità allo standard Unicode
versione 1.1.5

I tipi numerici in virgola mobile sono:

float: valori in singola precisione, su 32 bit

double: valori in doppia precisione, su 64 bit
12

Memorizzazione dei valori: nozione astratta
di “parola”

Le dimensioni delle aree di memoria della
JVM sono definiti in termini di parole e non di
numero effettivo di bit
13
Area metodi
Aree dati
Classe1
pc
Classe2
Op stack
Frame
corrente
Var locali
Heap
Java stack
oggetti
vettori
Thread
14
Program counter

Contiene l’indirizzo dell’istruzione in
esecuzione

Unico per ogni thread

Il registro PC ha le dimensioni di una parola
15
Stack

Ogni thread ha uno stack privato, creato
insieme al thread

Contiene i frame

Mantiene le variabili locali e i risultati parziali

Dimensioni fissi e variabili dinamicamente
16
Heap




Area di memoria condivisa fra tutti i thread
Vi sono allocati oggetti e vettori
Creato con l’attivazione della JVM ed è
gestito dal garbage collector
Dimensione fissa o
dinamica(espanso/contratto)
17
Area dei metodi




Condivisa fra tutti i thread
Contiene le strutture associate ad ogni
classe(constant pool, dati dei campi e dei
metodi)
Creata con l’attivazione della JVM
Dimensione fissa o
dinamica(espanso/contratto)
18
Constant pool



Rappresentazione runtime della tavola
constant_pool
Contiene diversi tipi di costanti
Al caricamento di una classe o di
un’interfaccia la JVM crea la corrispondente
constant_pool
19
Frame





Memorizzazione dei dati e dei risultati parziali
Dynamic linking
Per ogni metodo invocato viene creato un
frame
Viene chiamato frame corrente, il frame del
metodo in esecuzione
Il frame è locale al thread che l’ha creato
20
Frame
Vettore di parole
(variabili locali)
Stack degli operandi
Riferimento al tipo di
Metodo corrente
21
Frame



Ogni frame ospita un vettore di parole
contenente i valori delle variabili locali
Le istruzioni della JVM estraggono i valori su
cui operare dallo stack delgli operandi del
frame corrente
Ogni frame contiene un riferimento al tipo del
metodo corrente nel constant pool (supporto
del Dynamic Linking)
22
Esecuzione



La JVM invoca il metodo main della classe
specificata
La classe a questo punto viene
1)Caricata
2)Linkata
3)Inizializzata
Il metodo main deve essere dichiarato
public, static, void
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Esecuzione
Caricamento
Linking
Forma binaria
oggetto
Inizializzione
Esecuzione degli
Inizializzatori statici
Forma binaria
Combinazione
con lo stato
corrente
della JVM
24
Caricamento

La JVM tenterà di eseguire il metodo main

Visto che la classe non è stata ancora
caricata la JVM utilizza il ClassLoader per
trovare la rappresentazione binaria della
classe
25
Linking




Il processo di linking include: verifica, preparazione
e risoluzione
Verifica: controlla che la rappresentazione della
classe sia conforme alle specifiche, e che il
bytecode sia conforme alle regole semantiche della
JVM.
Preparazione: alloca le strutture dati, ad esempio le
tavole dei metodi,e crea e inizializza i campi statici
di una classe ai valori di default
Risoluzione: controlla che riferimenti simbolici ad
altre classi ed interfacce siano corretti.
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Inizializzazione



Esecuzione di tutti gli inizializzatori della
classe
Se la classe possiede una superclasse a sua
volta deve essere caricata, linkata e
inizializzata
Nel caso la classe implementi un’interfaccia
questa non deve essere inizializzata
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Insieme delle istruzioni
In esecuzione l’accesso al constant pool per
risolvere i riferimenti è oneroso.
Ottimizzazione: istruzioni veloci (quick).
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