
.. _intro:

Introducción
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La recolección de basura es una técnica que data de fines de los años '50,
cuando `John McCarthy`_, creador de Lisp_, agregó a dicho lenguaje la
capacidad de administrar la memoria automáticamente (utilizando conteo de
referencias), entre muchos otros conceptos revolucionarios para la época que
recién fueron explotados masivamente en lenguajes dinámicos más modernos como
Perl_, Python_, Ruby_, etc. A partir de este momento, muchos lenguajes tomaron
esta característica y hubo una gran cantidad de investigación al respecto,
tomando particular importancia.

Nuevos algoritmos fueron desarrollados para atacar distintos problemas
particulares y para mejorar el rendimiento, que ha sido una inquietud
incesante en la investigación de recolectores de basura. Sin embargo el
lenguaje más masivo que ha adoptado un recolector de basura (al menos en el
ámbito empresarial) fue Java_, con el cual la investigación sobre recolección
de basura tomó un impulso extra. Probablemente el mayor desarrollo
e investigación en cuanto a recolección de basura se siga dando para Java_,
acotando tal vez un poco el alcance de estos avances dado que ese lenguaje
tiene características muy particulares (*tipado* estático, corre sobre una
máquina virtual muy rica en cuanto a información de tipos, etc.) no
disponibles en otros lenguajes. Sin embargo los lenguajes funcionales y/o con
*tipado* dinámico siguieron teniendo un nivel de investigación y desarrollo
importante, dado que fueron concebidos en su mayoría con la recolección de
basura como parte del diseño.

Probablemente los lenguajes en los cuales es más difícil aplicar los avances
que se desprendieron de Java_ o de las otras categorías de lenguajes con más
avances en recolección de basura sean los de más bajo nivel, como C y C++, en
los cuales se da lo inverso en cuanto a disponibilidad de información en
tiempo de ejecución, sumado a la permisividad de estos lenguajes para realizar
manipulación de memoria directamente y trabajar a muy bajo nivel. De la mano
de estos lenguajes apareció otra veta de investigación en lo que se denominó
recolectores de basura *conservativos*.

Una categoría de lenguaje que ha quedado prácticamente vacante es un término
intermedio entre los lenguajes de muy alto nivel (como Java_, Python_,
Haskell_, etc.) y los de muy bajo nivel (como C y C++). El lenguaje de
programación D_ está en esta categoría y, a pesar de haber sido diseñado con
soporte de recolección de basura, al ser un lenguaje relativamente nuevo, ha
tenido muy poco desarrollo en ese área. El lenguaje tiene todas las
limitaciones de lenguajes de bajo nivel como C y C++, pero esas limitaciones
suelen estar más aisladas, y provee un poco más de información que puede ser
aprovechada por un recolector de la que suelen proveer los demás lenguajes de
estas características. Esto presenta una oportunidad única en cuanto
a investigación y desarrollo de recolectores que se ajusten a estas
características.



Objetivo
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El objetivos de esta tesis es mejorar el recolector de basura de el lenguaje
D_, investigando el estado del arte en recolección de basura y haciendo un
análisis de viabilidad de los algoritmos principales para optar por el que
mejor se ajuste a D_. Una vez hecho esto se propone implementar una solución
y verificar los resultados mediante pruebas experimentales.

Un aspecto importante del análisis y la solución propuesta por este trabajo es
participar de la comunidad del lenguaje para poder desarrollar una mejora que
sea aceptada y utilizada por dicha comunidad. Por lo tanto el algoritmo
o mejora que "mejor se ajuste a D_" estará supeditado en gran parte a los
requerimientos más urgentes de sus usuarios.



Alcance
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El alcance de este trabajo se limita a los siguientes puntos:

* Explorar los problemas del recolector de basura actual.
* Evaluar cuáles de estos problemas son de mayor importancia para la
  comunidad de usuarios de D_.
* Analizar la viabilidad de algoritmos y optimizaciones para solucionar
  o minimizar el o los problemas de mayor importancia.
* Implementar una solución o mejora en base al análisis elaborado.
* Comparar mediante la utilización de un banco de pruebas (*benchmark*) la
  implementación con la actual y posiblemente con otras implementaciones
  relevantes a fin de cuantificarla.
* Proveer todos los elementos necesarios para que la solución pueda ser
  adoptada por el lenguaje.


Limitaciones
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Dado que el lenguaje de programación D_ puede ser enlazado con código objeto
C, y por lo tanto interactuar directamente con éste, podrán haber limitaciones
en el recolector resultante con respecto a esto. En este trabajo se busca
lograr un recolector que sea eficiente para casos en donde el código que
interactúa con C esté bien aislado, por lo que estas porciones de código
pueden quedar por fuera del recolector de basura o necesitar un manejo
especial.


Organización
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Este trabajo se encuentra dividido en 6 capítulos que se describen
a continuación:

1. :ref:`intro`: breve descripción del problema a tratar, presentando
   los objetivos y alcances del trabajo.
2. :ref:`d_lang`: presenta las características principales del lenguaje,
   destacando aquellas de mayor relevancia para este trabajo.
3. :ref:`gc`: presenta los algoritmos básicos de recolección de basura
   y describe el estado del arte.
4. :ref:`dgc`: explica los problemas particulares que presenta el
   lenguaje para la recolección de basura, describe el diseño
   e implementación del recolector actual, presenta sus principales
   deficiencias y analiza la viabilidad de diferentes soluciones.
5. :ref:`solucion`: propone una solución a los problemas principales
   encontrados y define un banco de pruebas para analizar los resultados de
   las modificaciones hechas.
6. :ref:`conclusion`: describe las conclusiones alcanzadas en base a los
   resultados del trabajo, analizando puntos pendientes, mostrando trabajos
   relacionados y proponiendo trabajos futuros.


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