Brandt Bucher da Microsoft, um dos desenvolvedores principais do CPython, e membro da equipe que trabalha na melhoria do desempenho do interpretador CPython, publicou uma implementa\u00e7\u00e3o do compilador JIT para Python, utilizando a t\u00e9cnica Copy-and-Patch. O lan\u00e7amento do JIT foi programado para o Natal e o an\u00fancio foi feito em forma de poema. <\/p>\n
O JIT proposto se destaca pela alta velocidade de gera\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo, facilidade de manuten\u00e7\u00e3o e total integra\u00e7\u00e3o com o interpretador. O m\u00e9todo proposto permite que um interpretador escrito em C seja automaticamente transformado em um compilador JIT, sem a necessidade de desenvolvimento separado da l\u00f3gica de gera\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo e sem a cria\u00e7\u00e3o manual de representa\u00e7\u00f5es em assembly. Com essa abordagem, a corre\u00e7\u00e3o de um erro no interpretador resultar\u00e1 automaticamente na resolu\u00e7\u00e3o do mesmo problema no JIT, j\u00e1 que um gerador de c\u00f3digo comum \u00e9 utilizado. <\/p>\n
O funcionamento do m\u00e9todo Copy-and-Patch baseia-se na similaridade entre a realoca\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo na mem\u00f3ria durante o carregamento realizado pelo linkador de arquivos objetos e a substitui\u00e7\u00e3o de instru\u00e7\u00f5es de m\u00e1quina em vez de bytecode no JIT. Durante a execu\u00e7\u00e3o do programa, o JIT percorre as instru\u00e7\u00f5es de bytecode criadas pelo interpretador e copia para cada instru\u00e7\u00e3o o c\u00f3digo de m\u00e1quina previamente compilado para a \u00e1rea da mem\u00f3ria com c\u00f3digo execut\u00e1vel, al\u00e9m de adaptar dinamicamente as instru\u00e7\u00f5es para inserir os dados tratados (o JIT copia modelos prontos de fun\u00e7\u00f5es j\u00e1 compiladas e insere os valores necess\u00e1rios, como argumentos e constantes). Durante o carregamento de arquivos objetos, tamb\u00e9m \u00e9 realizada a c\u00f3pia do c\u00f3digo de m\u00e1quina para a mem\u00f3ria e a substitui\u00e7\u00e3o de s\u00edmbolos externos. <\/p>\n
No Copy-and-Patch JIT, um arquivo objeto no formato ELF \u00e9 compilado usando LLVM, contendo dados sobre as instru\u00e7\u00f5es de bytecode e informa\u00e7\u00f5es sobre as substitui\u00e7\u00f5es de dados necess\u00e1rias. O JIT substitui as instru\u00e7\u00f5es de bytecode geradas durante a interpreta\u00e7\u00e3o do programa por representa\u00e7\u00f5es em c\u00f3digo m\u00e1quina, inserindo ao mesmo tempo os dados necess\u00e1rios para os c\u00e1lculos. A implementa\u00e7\u00e3o do JIT requer LLVM como depend\u00eancia na fase de compila\u00e7\u00e3o, mas os componentes de runtime n\u00e3o est\u00e3o vinculados a depend\u00eancias externas e somam cerca de 300 linhas de c\u00f3digo escritas manualmente em C e 3000 linhas de c\u00f3digo geradas em C. <\/p>\n
Comparado com a ferramenta JIT tradicional (LLVM -O0), o JIT proposto oferece uma gera\u00e7\u00e3o de c\u00f3digo 100 vezes mais r\u00e1pida e um c\u00f3digo resultante 15% mais veloz. Quando comparado \u00e0 compila\u00e7\u00e3o em WebAssembly (Liftoff), o novo JIT gera c\u00f3digo 5 vezes mais r\u00e1pido e o c\u00f3digo resultante funciona 50% mais r\u00e1pido. Em compara\u00e7\u00e3o com o JIT otimizador (LuaJIT), que utiliza c\u00f3digo escrito manualmente em assembly, a proposta mostrava-se mais r\u00e1pida em 13 dos 44 testes, enquanto sua m\u00e9dia de desempenho ficou 35% abaixo, com uma manuten\u00e7\u00e3o significativamente mais simples e uma redu\u00e7\u00e3o na complexidade de implementa\u00e7\u00e3o.
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