X-Git-Url: https://git.llucax.com/z.facultad/75.00/informe.git/blobdiff_plain/d10f9b6b7ce22bbe6cab0a76150cd2a509e62196..refs/heads/master:/source/gc.rst diff --git a/source/gc.rst b/source/gc.rst index 6b26bdf..66c64bd 100644 --- a/source/gc.rst +++ b/source/gc.rst @@ -1,10 +1,4 @@ -.. Introducción a la importancia de la recolección de basura y sus - principales técnicas, con sus ventajas y desventajas. También se da - un breve recorrido sobre el estado del arte. - ESTADO: TERMINADO, CORREGIDO - - .. _gc: Recolección de basura @@ -102,7 +96,7 @@ Conceptos básicos Los programas pueden hacer uso principalmente de 4 áreas de memoria: -Registros: +Registros Se trata de la memoria más básica de una computadora. Es el área de memoria en la que puede operar realmente el procesador, es extremadamente escasa y generalmente su uso es administrado por el lenguaje de programación (o @@ -110,7 +104,7 @@ Registros: realizando tareas de muy bajo nivel, un programador nunca manipula los registros explícitamente. -Área de memoria estática: +Área de memoria estática Es la forma de memoria más simple que un programador utiliza explícitamente. En general las variables globales se almacenan en este área, que es parte inherente del programa y está disponible durante toda su @@ -120,7 +114,7 @@ Registros: compilación**. Los primeros lenguajes de programación solo contaban con este tipo de memoria (además de los registros del procesador). -*Stack* (pila): +*Stack* (pila) Los primeros lenguajes de programación que hicieron uso de una pila aparecieron en el año 1958 (Algol-58 y Atlas Autocode) y fueron los primeros en introducir estructura de bloques, almacenando las variables @@ -138,7 +132,7 @@ Registros: a otra cosa, como al nodo de una lista o a un objeto en el sentido de programación orientada a objetos). -*Heap*: +*Heap* A diferencia del *stack*, el *heap* provee un área de memoria que puede ser obtenida dinámicamente pero sin limitaciones de orden. Es el tipo de memoria más flexible y por lo tanto el más complejo de administrar; razón @@ -156,37 +150,20 @@ el *root set*. Por lo tanto, una celda está *viva* si y sólo si su dirección de memoria está almacenada en una celda *raíz* (parte del *root set*) o si está almacenada en otra celda *viva* del *heap*. -Expresado más formalmente, dada la relación :math:`M \to N`, donde :math:`M` -es una celda del *heap* o parte del *root set* y :math:`N` es una celda del -*heap*, definida como: - -.. math:: - - M \to N \Longleftrightarrow M \text{ almacena un puntero a } N - -El conjunto de celdas vivas (o *live set*) queda determinado por: - -.. math:: - - vivas = \left\lbrace N \in Celdas \big/ - ( \exists r \in Raices / r \to N ) \vee (\exists M \in vivas / M \to N ) - \right\rbrace - Cabe aclarar que esta es una definición conceptual, asumiendo que el programa siempre limpia una dirección de memoria almacenada en el *root set* o una celda del *heap* cuando la celda a la que apunta no va a ser utilizada -nuevamente. Esto no es siempre cierto y los falsos positivos que esto produce -se conoce como un tipo de pérdida de memoria (que es posible incluso al -utilizar un recolector de basura) llamada pérdida de memoria *lógica*. Esto +nuevamente. Esto no es siempre cierto y los *falsos positivos* que esto +produce se conoce como un tipo de pérdida de memoria (que es posible incluso +al utilizar un recolector de basura) llamada pérdida de memoria *lógica*. Esto puede no ser evitable (incluso cuando el programador no cometa errores) en lenguajes de programación que requieran un recolector de basura conservativo. Por último, siendo que el recolector de basura es parte del programa de forma indirecta, es común ver en la literatura que se diferencia entre dos partes -del programa, el recolector de basura y el programa en sí. Dado que para el -recolector de basura, lo único que interesa conocer del programa en sí son los -cambios al grafo de conectividad de las celdas, normalmente se lo llama -*mutator*. +del programa, el recolector de basura y el programa en sí. A la primera se la +suele denominar simplemente *recolector* y a la segunda *mutator*, dado que es +la única que modifica (o *muta*) el grafo de conectividad. @@ -212,11 +189,12 @@ fueron visitados componen el *live set*; el resto de los vértices son Más formalmente, Definimos: -*Camino*: - secuencia de vértices tal que cada uno de los vértices tiene una arista al - próximo vértice en la secuencia. Todo camino finito tiene un *vértice - inicial* y un *vértice final* (llamados en conjunto *vértices terminales*). - Cualquier vértice no terminal es denominado *vértice interior*. +*Camino* + Es una secuencia de vértices tal que cada uno de los vértices tiene una + arista al próximo vértice en la secuencia. Todo camino finito tiene un + *vértice inicial* y un *vértice final* (llamados en conjunto *vértices + terminales*). Cualquier vértice no terminal es denominado *vértice + interior*. .. math:: @@ -225,18 +203,23 @@ Más formalmente, Definimos: \exists (v_i \to v_{i+1}) \in A \right\rbrace -*Conexión*: - decimos que :math:`M` está *conectado* a :math:`N` si y sólo si existe un + Un camino cuyos *vértices terminales* coinciden, es decir :math:`v_1 + = v_N`, es denominado **Ciclo**. Cabe notar que los *vértices terminales* + de un ciclo son completamente arbitrarios, ya que cualquier *vértice + interior* puede ser un *vértice terminal*. + +*Conexión* + Decimos que :math:`M` está *conectado* a :math:`N` si y sólo si existe un camino de :math:`M` a :math:`N`. .. math:: M \mapsto N \Longleftrightarrow \exists \underset{M \to N}{C} \in G -*Live set*: - el conjunto de celdas *vivas* está dado por todos los vértices (:math:`v`) - del grafo para los cuales existe una raíz en el *root set* que esté - conectada a él. +*Live set* + Es el conjunto de celdas *vivas* está dado por todos los vértices + (:math:`v`) del grafo para los cuales existe una raíz en el *root set* que + esté conectada a él. .. math:: @@ -244,21 +227,21 @@ Más formalmente, Definimos: \left( \exists r \in Root \thickspace set \big/ r \mapsto v \right) \right\rbrace -*Basura*: - la basura, o celdas *muertas*, quedan determinadas entonces por todas las +*Basura* + La basura, o celdas *muertas*, quedan determinadas entonces por todas las celdas del *heap* que no son parte del *live set*. .. math:: Basura = V - Live \thickspace set -Esto es, efectivamente, una partición del *heap* (ver figura +El *Live set* y la *Basura* conforman una partición del *heap* (ver figura :vref:`fig:gc-heap-parts`). -.. fig:: fig:gc-heap-parts +.. flt:: fig:gc-heap-parts - Distintas partes de la memoria *heap*. + Distintas partes de la memoria *heap* Distintas partes de la memoria, incluyendo relación entre *basura*, *live set*, *heap* y *root set*. @@ -318,18 +301,13 @@ Esto es, efectivamente, una partición del *heap* (ver figura Al proceso de visitar los vértices *conectados* desde el *root set* se lo denomina *marcado*, *fase de marcado* o *mark phase* en inglés, debido a que -es necesario marcar los vértices para evitar visitar 2 veces el mismo nodo en -casos de que el grafo contenga ciclos [#gccycle]_. De forma similar a la -búsqueda, que puede realizarse *primero a lo ancho* (*breadth-first*) -o *primero a lo alto* (*depth-first*) del grafo, el marcado de un grafo -también puede realizarse de ambas maneras. Cada una podrá o no tener efectos -en el rendimiento, en particular dependiendo de la aplicación puede convenir -uno u otro método para lograr una mejor localidad de referencia. - -.. [#gccycle] Un ciclo es un camino donde el *vértice inicial* es el mismo - que el *vértice final*. Por lo tanto, los *vértices terminales* son - completamente arbitrarios, ya que cualquier *vértice interior* puede ser un - *vértice terminal*. +es necesario marcar los vértices para evitar visitar dos veces el mismo nodo +en casos en los que el grafo contenga ciclos. De forma similar a la búsqueda, +que puede realizarse *primero a lo ancho* (*breadth-first*) o *primero a lo +alto* (*depth-first*) del grafo, el marcado de un grafo también puede +realizarse de ambas maneras. Cada una podrá o no tener efectos en el +rendimiento, en particular dependiendo de la aplicación puede convenir uno +u otro método para lograr una mejor localidad de referencia. Un algoritmo simple (recursivo) de marcado *primero a lo alto* puede ser el siguiente (asumiendo que partimos con todos los vértices sin marcar) @@ -338,7 +316,7 @@ siguiente (asumiendo que partimos con todos los vértices sin marcar) function mark(v) is if not v.marked v.marked = true - for (src, dst) in v.edges + foreach (src, dst) in v.edges mark(dst) function mark_phase() is @@ -366,11 +344,11 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas *basura* (en blanco). -.. fig:: fig:gc-mark-1 +.. flt:: fig:gc-mark-1 - Ejemplo de marcado del grafo de conectividad (parte 1). + Ejemplo de marcado del grafo de conectividad (parte 1) - .. subfig:: + .. subflt:: Se comienza a marcar el grafo por la raíz r0. @@ -403,7 +381,7 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas } - .. subfig:: + .. subflt:: Luego de marcar el nodo ``h1``, se procede al ``h2``. @@ -437,7 +415,7 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas } - .. subfig:: + .. subflt:: Luego sigue el nodo h5. @@ -473,11 +451,11 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas } -.. fig:: fig:gc-mark-2 +.. flt:: fig:gc-mark-2 - Ejemplo de marcado del grafo de conectividad (parte 2). + Ejemplo de marcado del grafo de conectividad (parte 2) - .. subfig:: + .. subflt:: El nodo h5 tiene una arista al h1, pero el h1 ya fue visitado, por lo tanto no se visita nuevamente. @@ -513,7 +491,7 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas } - .. subfig:: + .. subflt:: Se concluye el marcado del sub-grafo al que conecta r0, se procede a marcar el sub-grafo al que conecta r1, marcando al nodo h6. @@ -550,7 +528,7 @@ con el marcado del grafo completo, dejando sin marcar solamente las celdas } - .. subfig:: + .. subflt:: El nodo h6 tiene una arista al h2, pero éste ya fue marcado por lo que no se vuelve a visitar. No hay más raíces, se finaliza el marcado @@ -609,10 +587,11 @@ y se las pinta de negro, pintando sus hijas directas de gris. Una vez que no hay más celdas grises, tenemos la garantía de que las celdas negras serán el *live set* y las celdas blancas *basura*. Esto se debe a que siempre se mantiene esta invariante: **ninguna celda negra apunta directamente -a una celda blanca**. Las celdas blancas siempre son apuntadas por celdas -blancas o grises. Entonces, siempre que el conjunto de celdas grises sea -vacío, no habrán celdas negras conectadas a blancas, siendo las celdas blancas -*basura*. +a una celda blanca** (considerando como atómica la operación de pintar una +celda de negro y a sus hijas directas de gris). Las celdas blancas siempre son +apuntadas por celdas blancas o grises. Entonces, siempre que el conjunto de +celdas grises sea vacío, no habrán celdas negras conectadas a blancas, siendo +las celdas blancas *basura*. El algoritmo básico para marcar con tres colores es el siguiente (asumiendo que todas las celdas parten pintadas de blanco, es decir, el conjunto blanco @@ -625,16 +604,16 @@ vacíos):: while not gray_set.empty() v = gray_set.pop() black_set.add(v) - for (src, dst) in v.edges + foreach (src, dst) in v.edges if dst in white_set white_set.remove(dst) gray_set.add(dst) Si bien este algoritmo no es recursivo, tiene un requerimiento de espacio :math:`O(\lvert Live \thickspace set \rvert)`. Un ejemplo donde se aprecia -esto a simple vista es cuando el *live set* resulta una lista simplemente -enlazada, en cuyo caso el :math:`gray_set` deberá almacenar todos los nodos -del *live set*. +esto a simple vista es cuando el *Live set* resulta una lista simplemente +enlazada, en cuyo caso el *gray_set* deberá almacenar todos los nodos del +*Live set*. @@ -663,8 +642,8 @@ recolectores a lo largo de este documento. Servicios utilizados por el recolector son los siguientes: -:math:`alloc() \to cell`: - obtiene una nueva celda de memoria. El mecanismo por el cual se obtiene la +:math:`alloc() \to cell` + Obtiene una nueva celda de memoria. El mecanismo por el cual se obtiene la celda es indistinto para esta sección, puede ser de una lista libre, puede ser de un administrador de memoria de más bajo nivel provisto por el sistema operativo o la biblioteca estándar de C (``malloc()``), etc. Cómo @@ -676,17 +655,17 @@ Servicios utilizados por el recolector son los siguientes: contrario) que las celdas son de tamaño fijo. Esta restricción normalmente puede ser fácilmente relajada (en los recolectores que la tienen). -:math:`free(cell)`: - libera una celda que ya no va a ser utilizada. La celda liberada debe haber +:math:`free(cell)` + Libera una celda que ya no va a ser utilizada. La celda liberada debe haber sido obtenida mediante ``alloc()``. Y los servicios básicos proporcionados por el recolector son los siguientes: -:math:`new() \to cell`: - obtiene una celda de memoria para ser utilizada por el programa. +:math:`new() \to cell` + Obtiene una celda de memoria para ser utilizada por el programa. -:math:`update(ref, cell)`: - notifica al recolector que la referencia :math:`ref` ahora apunta +:math:`update(ref, cell)` + Notifica al recolector que la referencia :math:`ref` ahora apunta a :math:`cell`. Visto más formalmente, sería análogo a decir que hubo un cambio en la conectividad del grafo: la arista :math:`src \to old` cambia por :math:`src \to new` (donde :math:`src` es la celda que contiene la @@ -695,20 +674,21 @@ Y los servicios básicos proporcionados por el recolector son los siguientes: :math:`cell` es ``null``, sería análogo a informar que se elimina la arista :math:`src \to old`. -:math:`del(cell)`: - este servicio, según el algoritmo, puede ser utilizado para informar un +:math:`del(cell)` + Este servicio, según el algoritmo, puede ser utilizado para informar un cambio en la conectividad del grafo, la eliminación de una arista (análogo a :math:`update(ref, null)` pero sin proporcionar información sobre la arista a eliminar). Esto es generalmente útil solo en :ref:`conteo de referencias `. Para otros recolectores puede significar que el usuario asegura que no hay más referencias a esta celda, es decir, análogo a eliminar el conjunto de aristas :math:`\big\lbrace (v, w) \in A , v \in - Live \thickspace set , w \in Live \thickspace set \big/ w = cell`. + Live \thickspace set , w \in Live \thickspace set \big/ w = cell + \big\rbrace`. -:math:`collect()`: - indica al recolector que debe hacer un análisis del grafo de conectividad - en busca de *basura*. Generalmente este servicio es invocado por el propio - recolector cuando no hay más celdas reciclables. +:math:`collect()` + Este servicio indica al recolector que debe hacer un análisis del grafo de + conectividad en busca de *basura*. Generalmente este servicio es invocado + por el propio recolector cuando no hay más celdas reciclables. No todos los servicios son implementados por todos los recolectores, pero son lo suficientemente comunes como para describirlos de forma general en esta @@ -722,7 +702,7 @@ aunque en ciertas circunstancias pueden ser utilizados por el usuario también. Algoritmos clásicos ---------------------------------------------------------------------------- -En la literatura se encuentran normalmente referencias a 3 algoritmos +En la literatura se encuentran normalmente referencias a tres algoritmos clásicos, que son utilizados generalmente como bloques básicos para construir recolectores más complejos. Se presentan las versiones históricas más simples a fin de facilitar la comprensión conceptual. @@ -815,31 +795,29 @@ Ciclos El conteo de referencias tiene, sin embargo, un problema fundamental: **falla con estructuras cíclicas**. Esto significa que siempre que haya un ciclo en el -grafo de conectividad, hay una pérdida de memoria potencial en el programa. Un -ciclo es un camino :math:`\underset{v \to v}{C}`, es decir, el *vértice -inicial* es el mismo que el *vértice final*. +grafo de conectividad, hay una pérdida de memoria potencial en el programa. Cuando esto sucede, las celdas que participan del ciclo tienen siempre su -contador mayor que 0, sin embargo puede no haber ningún elemento del *root -set* que apunte a una celda dentro del ciclo, por lo tanto el ciclo es -*basura* (al igual que cualquier otra celda para la cual hayan referencias -desde el ciclo pero que no tenga otras referencias externas) y sin embargo los +contador mayor que 0, sin embargo puede suceder que ningún elemento del *root +set* apunte a una celda dentro del ciclo, por lo tanto el ciclo es *basura* +(al igual que cualquier otra celda para la cual hayan referencias desde el +ciclo pero que no tenga otras referencias externas) y sin embargo los contadores no son 0. Los ciclos, por lo tanto, violan la invariante del conteo de referencia. Hay formas de solucionar esto, pero siempre recaen en un esquema que va por fuera del conteo de referencias puro. En general los métodos para solucionar esto son variados y van desde realizar un marcado del sub-grafo para detectar -nodos hasta tener otro recolector completo de *emergencia*, pasando por tratar -los ciclos como un todo contar las referencias al ciclo completo en vez de -a cada celda en particular. +ciclos y liberarlos hasta tener otro recolector completo de *emergencia*; +pasando por tratar los ciclos como un todo para contar las referencias al +ciclo completo en vez de a cada celda en particular. Incluso con este problema, el conteo de referencia sin ningún tipo de solución en cuanto a la detección y recolección de ciclos fue utilizado en muchos lenguajes de programación sin que su necesidad sea tan evidente. Por ejemplo Python_ agregó recolección de ciclos en la versión 2.0 [NAS00]_ (liberada en octubre de 2000) y PHP_ recién agrega detección de ciclos en la versión 5.3 -(todavía no liberada al momento de escribir este documento) [PHP081]_. +[PHP530]_. .. _gc_rc_example: @@ -862,13 +840,13 @@ conduce al decremento del contador de ``h2`` y ``h3`` que permanecen en el *live set* ya que sus contadores siguen siendo mayores a 0 (ver figura :vref:`fig:gc-rc-rm-2`). -.. fig:: fig:gc-rc-rm-1 +.. flt:: fig:gc-rc-rm-1 - Ejemplo de conteo de referencias: eliminación de una referencia (parte 1). + Ejemplo de conteo de referencias: eliminación de una referencia (parte 1) Eliminación de la referencia ``r0`` :math:`\to` ``h1`` (parte 1). - .. subfig:: + .. subflt:: Estado inicial del grafo de conectividad. @@ -915,7 +893,7 @@ conduce al decremento del contador de ``h2`` y ``h3`` que permanecen en el } - .. subfig:: + .. subflt:: Al ejecutarse ``update(r0, null)``, se comienza por visitar la celda ``h1``. @@ -963,7 +941,7 @@ conduce al decremento del contador de ``h2`` y ``h3`` que permanecen en el } - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h1`` quedando en 0 (pasa a ser *basura*). Se elimina primero ``h1.l`` y luego ``h1.r``. @@ -1017,14 +995,14 @@ conduce al decremento del contador de ``h2`` y ``h3`` que permanecen en el } -.. fig:: fig:gc-rc-rm-2 +.. flt:: fig:gc-rc-rm-2 :padding: 0.5 - Ejemplo de conteo de referencias: eliminación de una referencia (parte 2). + Ejemplo de conteo de referencias: eliminación de una referencia (parte 2) Eliminación de la referencia ``r0`` :math:`\to` ``h1`` (parte 2). - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h2`` pero no queda en 0 (permanece en el *live set*). @@ -1077,7 +1055,7 @@ conduce al decremento del contador de ``h2`` y ``h3`` que permanecen en el } - .. subfig:: + .. subflt:: El contador de ``h3`` tampoco queda en 0, sigue en el *live set*. @@ -1137,14 +1115,14 @@ se elimina alguna celda que apuntaba a ésta. Luego se procede a decrementar el contador de ``h2`` que queda en 0, transformándose en *basura* (ver figura :vref:`fig:gc-rc-up-1`). -.. fig:: fig:gc-rc-up-1 +.. flt:: fig:gc-rc-up-1 - Ejemplo de conteo de referencias: actualización de una referencia (parte 1). + Ejemplo de conteo de referencias: actualización de una referencia (parte 1) - Cambio en la referencia ``h2.l`` :math:`\to` ``h2`` a ``h2.l`` :math:`\to` + Cambio en la referencia ``h3.l`` :math:`\to` ``h2`` a ``h3.l`` :math:`\to` ``h5`` (parte 1). - .. subfig:: + .. subflt:: Comienza ``update(h3.l, h5)``, se incrementa el contador de ``h5``. @@ -1197,9 +1175,9 @@ contador de ``h2`` que queda en 0, transformándose en *basura* (ver figura } - .. subfig:: + .. subflt:: - Luego se procede a visitar las hijas de ``h3``, comenzando por ``h2``. + Luego se procede a visitar la antigua referencia de ``h3.l`` (``h2``). .. digraph:: g4_2 @@ -1250,7 +1228,7 @@ contador de ``h2`` que queda en 0, transformándose en *basura* (ver figura } - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h2`` y queda en 0 (pasa a ser *basura*). Se eliminan las referencias a las hijas. @@ -1285,7 +1263,7 @@ contador de ``h2`` que queda en 0, transformándose en *basura* (ver figura }; h1 [ label = "h1\n0| l| r" ]; - h2 [ label = "h2\n1| l| r" ]; + h2 [ label = "h2\n0| l| r" ]; h3 [ label = "h3\n2| l\n*| r" ]; h4 [ label = "h4\n1| l| r" ]; h5 [ label = "h5\n2| l| r" ]; @@ -1311,14 +1289,14 @@ a apuntar a ``h5``) así que permanece en el *live set*. Finalmente se termina de actualizar la referencia ``h3.l`` para que apunte a ``h5`` (ver figura :vref:`fig:gc-rc-up-2`). -.. fig:: fig:gc-rc-up-2 +.. flt:: fig:gc-rc-up-2 - Ejemplo de conteo de referencias: actualización de una referencia (parte 2). + Ejemplo de conteo de referencias: actualización de una referencia (parte 2) - Cambio en la referencia ``h2.l`` :math:`\to` ``h2`` a ``h2.l`` :math:`\to` + Cambio en la referencia ``h3.l`` :math:`\to` ``h2`` a ``h3.l`` :math:`\to` ``h5`` (parte 2). - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h4`` quedando en 0, pasa a ser *basura*. Se continúa con ``h5``. @@ -1353,7 +1331,7 @@ de actualizar la referencia ``h3.l`` para que apunte a ``h5`` (ver figura }; h1 [ label = "h1\n0| l| r" ]; - h2 [ label = "h2\n1| l| r" ]; + h2 [ label = "h2\n0| l| r" ]; h3 [ label = "h3\n2| l\n*| r" ]; h4 [ label = "h4\n0| l| r" ]; h5 [ label = "h5\n2| l| r" ]; @@ -1372,7 +1350,7 @@ de actualizar la referencia ``h3.l`` para que apunte a ``h5`` (ver figura } - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h5`` pero sigue siendo mayor que 0. @@ -1406,7 +1384,7 @@ de actualizar la referencia ``h3.l`` para que apunte a ``h5`` (ver figura }; h1 [ label = "h1\n0| l| r" ]; - h2 [ label = "h2\n1| l| r" ]; + h2 [ label = "h2\n0| l| r" ]; h3 [ label = "h3\n2| l\n*| r" ]; h4 [ label = "h4\n0| l| r" ]; h5 [ label = "h5\n1| l| r" ]; @@ -1425,7 +1403,7 @@ de actualizar la referencia ``h3.l`` para que apunte a ``h5`` (ver figura } - .. subfig:: + .. subflt:: Se termina por actualizar la referencia de ``h3.l`` para que apunte a ``h5``. @@ -1491,15 +1469,15 @@ referencias externas y por lo tanto deberían ser *basura* también (``h5``), no pueden ser recicladas y su memoria es perdida (ver figura :vref:`fig:gc-rc-cycle`). -.. fig:: fig:gc-rc-cycle +.. flt:: fig:gc-rc-cycle :padding: 0.5 - Ejemplo de conteo de referencias: pérdida de memoria debido a un ciclo. + Ejemplo de conteo de referencias: pérdida de memoria debido a un ciclo Eliminación de la referencia ``r1`` :math:`\to` ``h3`` (pérdida de memoria debido a un ciclo). - .. subfig:: + .. subflt:: El ejecutarse ``update(r1, null)`` se visita la celda ``h3``. @@ -1553,7 +1531,7 @@ pueden ser recicladas y su memoria es perdida (ver figura } - .. subfig:: + .. subflt:: Se decrementa el contador de ``h3`` pero sigue siendo mayor que 0 por el ciclo. @@ -1702,9 +1680,9 @@ sus *low level allocators*). sucede y se acumulan muchos *huecos* se dice que la memoria está *fragmentada*. -.. fig:: fig:gc-copy +.. flt:: fig:gc-copy - Estructura del *heap* de un recolector con copia de semi-espacios. + Estructura del *heap* de un recolector con copia de semi-espacios .. aafig:: :aspect: 70 @@ -1752,13 +1730,13 @@ recolectores deben estar íntimamente relacionados con el *low level allocator*, ya que la organización del *heap* y la forma de asignar memoria es parte fundamental de este algoritmo. Se asume que ya hay dos áreas de memoria del mismo tamaño destinadas al *Fromspace* y *Tospace*, y la existencia de -4 variables: ``fromspace`` (que apunta a la base del *Fromspace*), ``tospace`` -(que apunta a la base del *Tospace*), ``spacesize`` (que contiene el tamaño de -un semi-espacio) y ``free`` (que apunta al lugar del *Fromspace* donde -comienza la memoria libre). También vale aclarar que este algoritmo soporta -inherentemente celdas de tamaño variable, por lo que los servicios ``alloc()`` -y ``new()`` [#gccopynew]_ reciben como parámetro el tamaño de la celda -a asignar:: +4 variables globales: ``fromspace`` (que apunta a la base del *Fromspace*), +``tospace`` (que apunta a la base del *Tospace*), ``spacesize`` (que contiene +el tamaño de un semi-espacio) y ``free`` (que apunta al lugar del *Fromspace* +donde comienza la memoria libre). También vale aclarar que este algoritmo +soporta inherentemente celdas de tamaño variable, por lo que los servicios +``alloc()`` y ``new()`` [#gccopynew]_ reciben como parámetro el tamaño de la +celda a asignar:: function alloc(size) is if free + size > fromspace + spacesize @@ -1786,6 +1764,7 @@ a asignar:: function copy(cell) is if cell.forwarding_address is null cell.forwarding_address = free + cell.copy_to(free) free = free + cell.size foreach child in cell child = copy(child) @@ -1836,11 +1815,11 @@ apunta a ``h3``, por lo tanto ésta es movida al *Tospace* primero, dejando una *forwarding address* a la nueva ubicación (ver figura :vref:`fig:gc-copy-ex-1`). -.. fig:: fig:gc-copy-ex-1 +.. flt:: fig:gc-copy-ex-1 - Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 1). + Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 1) - .. subfig:: + .. subflt:: Estructura inicial del *heap*. El *Fromspace* está complete y se inicial la recolección. @@ -1871,7 +1850,7 @@ apunta a ``h3``, por lo tanto ésta es movida al *Tospace* primero, dejando una | "Tospace" | +--------------------------------------------------+ - .. subfig:: + .. subflt:: Se sigue la referencia del *root set*, copiando ``h3`` al *Tospace* y dejando una *forwarding address*. @@ -1913,11 +1892,11 @@ sido visitada, solamente se actualiza la referencia apuntando a la nueva ubicación de ``h2`` pero no se vuelve a copiar la celda (ver figura :vref:`fig:gc-copy-ex-2`). -.. fig:: fig:gc-copy-ex-2 +.. flt:: fig:gc-copy-ex-2 - Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 2). + Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 2) - .. subfig:: + .. subflt:: Se sigue :math:`h3 \to h2`, copiando ``h2`` al *Tospace* y dejando una *forwarding address*. @@ -1948,7 +1927,7 @@ ubicación de ``h2`` pero no se vuelve a copiar la celda (ver figura | "Tospace" | +--------------------------------------------------+ - .. subfig:: + .. subflt:: Se sigue :math:`h2 \to h1`, copiando ``h1``. Luego :math:`h1 \to h2` pero ``h2`` no se copia, sólo se actualiza la referencia con la @@ -1987,11 +1966,11 @@ semi-espacios y se actualiza la referencia del *root set* para que apunte a la nueva ubicación de ``h3``, como se muestra en la figura :vref:`fig:gc-copy-ex-3`. -.. fig:: fig:gc-copy-ex-3 +.. flt:: fig:gc-copy-ex-3 - Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 3). + Ejemplo de recolección con copia de semi-espacios (parte 3) - .. subfig:: + .. subflt:: Se sigue :math:`h1 \to h4` copiando `h4`` al *Tospace* y dejando una *forwarding address*. @@ -2022,7 +2001,7 @@ nueva ubicación de ``h3``, como se muestra en la figura | "Tospace" \------/ | +--------------------------------------------------+ - .. subfig:: + .. subflt:: Se finaliza la recolección, se intercambian los roles de los semi-espacios y se actualiza la referencia del *root set*. @@ -2120,13 +2099,9 @@ conectividad completo). La recolección se dispara usualmente cuando el *mutator* requiere asignar memoria pero no hay más memoria libre conocida disponible y el recolector se encarga de generar la información de conectividad desde cero para determinar qué celdas son *basura*. - -Esta es la madre de toda clasificación, también conocidos como :ref:`conteo de -referencias ` (directa) y *traicing garbage collection* (indirecta). Prácticamente todos los recolectores menos el :ref:`conteo de referencias -` están dentro de esta última categoría (como por ejemplo, el -:ref:`marcado y barrido ` y :ref:`copia de semi-espacio -`). +` están dentro de esta categoría (como por ejemplo, el :ref:`marcado +y barrido ` y :ref:`copia de semi-espacio `). Otros ejemplos de recolectores modernos *directos* son el recolector de basura de Python_ [NAS00]_ y [LINS05]_ (aunque ambos tiene un algoritmo *indirecto* @@ -2183,12 +2158,12 @@ clase de colectores que si bien son *stop-the-world*, utilizan todos los hilos disponibles para realizar la recolección (ver figura :vref:`fig:gc-concurrent`). -.. fig:: fig:gc-concurrent +.. flt:: fig:gc-concurrent Distintos tipos de recolectores según el comportamiento en ambientes - multi-hilo. + multi-hilo - .. subfig:: + .. subflt:: *Stop-the-world*. @@ -2207,7 +2182,7 @@ disponibles para realizar la recolección (ver figura | HH Mutator ZZ Inactivo XX Recolector | |___________________________________________________________________| - .. subfig:: + .. subflt:: Paralelo. @@ -2226,7 +2201,7 @@ disponibles para realizar la recolección (ver figura | HH Mutator ZZ Inactivo XX Recolector | |___________________________________________________________________| - .. subfig:: + .. subflt:: Concurrente. @@ -2257,12 +2232,12 @@ consume el recolector, debido a la necesidad de re-escanear sub-grafos que han sido modificados, además de la sincronización necesaria entre *mutator* y recolector. -¿Cúal es la idea entonces de un recolector concurrente? Una vez más, al igual +¿Cuál es la idea entonces de un recolector concurrente? Una vez más, al igual que los recolectores incrementales, el principal objetivo es disminuir las largas pausas provocadas por la recolección de basura. Sin embargo, este tipo de algoritmos además permite hacer un mejor aprovechamiento de las -arquitecturas *multi-core* [#gcmulticore]_ que cada vez se afirman más, ya que -el *mutator* y el recolector pueden estar corriendo realmente en paralelo, +arquitecturas *multi-core* [#gcmulticore]_ que cada vez son más comunes, ya +que el *mutator* y el recolector pueden estar corriendo realmente en paralelo, cada uno en un procesador distinto. Algunos recolectores van más allá y permiten incluso paralelizar la recolección de basura en varios hilos ([HUEL98]_, [LINS05]_). Otros ejemplos de recolectores concurrentes (aunque no @@ -2354,17 +2329,17 @@ y barrido ` no lo hacen. Además hay otro algoritmo bastante básico que mueve celdas, el **marcado y compactado**. Éste no tiene 2 semi-espacios, directamente mueve las celdas compactándolas al comienzo del *heap*. El algoritmo es un poco más complejo que la :ref:`copia de -semi-espacios ` pero suele poder proveer una mayor localidad de -referencia y *desperdicia* un semi-espacio que está inutilizado salgo en el -momento de la recolección. Por ejemplo para Mono_, que antes usaba un -recolector conservativo sin movimiento ([BOEHWD]_) se está implementando un -recolector de este tipo [MOLAWE]_ [MOLA06]_. +semi-espacios ` pero suele proveer una mayor localidad de referencia +y no *desperdicia* un semi-espacio que está inutilizado salvo en el momento de +la recolección. Por ejemplo para Mono_, que antes usaba un recolector +conservativo sin movimiento ([BOEHWD]_) se está implementando un recolector de +este tipo [MOLAWE]_ [MOLA06]_. .. _gc_conserv: -Recolectores conservativos vs precisos +Recolectores conservativos versus precisos ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Los recolectores *conservativos* son aquellos que tienen la capacidad de poder @@ -2375,8 +2350,8 @@ o no. Esto trae una variada cantidad de problemas, como retención de celdas que en realidad son *basura* simplemente porque hay algún dato que coincide con la dirección de memoria en la que está almacenada esa celda *basura* [#gcflasepos]_. Además los recolectores puramente conservativos no puede mover -celdas (ver :ref:`gc_moving`), porque no pueden arriesgarse a actualizar los -punteros por el riesgo que existe de que sean falsos positivos. +celdas (ver :ref:`gc_moving`), dado que no pueden actualizar los supuestos +punteros por la posibilidad de que sean *falsos positivos*. .. [#gcflasepos] Esto es lo que se conoce como un *falso positivo*, algo que aparenta ser un puntero pero en realidad no lo es. @@ -2424,11 +2399,11 @@ haya. Entonces, si el recolector tiene algún mecanismo para identificar zonas de alta concentración de *basura* puede hacer la recolección solo en ese área -donde el trabajo va a ser mejor recompensado (ver :vref:`fig:gc-part`). +donde el trabajo va a ser mejor recompensado (ver figura :vref:`fig:gc-part`). -.. fig:: fig:gc-part +.. flt:: fig:gc-part - Concentración de basura en distintas particiones del *heap*. + Concentración de basura en distintas particiones del *heap* .. aafig:: :scale: 110 @@ -2473,7 +2448,7 @@ completo). Sin embargo, a pesar de ser este el esquema más difundido para dividir el *heap* y realizar una recolección parcial sobre un área de alta concentración -de basura no es la única. Otros recolectores proponen hacer un análisis +de basura, no es la única. Otros recolectores proponen hacer un análisis estático del código revisando la conectividad entre los objetos según sus tipos (esto es posible solo en lenguajes con *tipado* estático), de manera tal de separar en distintas áreas grupos de tipos que no pueden tener referencias @@ -2487,4 +2462,4 @@ y complejidades del esquema generacional. .. include:: links.rst -.. vim: set ts=3 sts=3 sw=3 et tw=78 : +.. vim: set ts=3 sts=3 sw=3 et tw=78 spelllang=es :