導(dǎo)語(yǔ)：最近，谷歌員工研發(fā)了一種加速器單元，可以代替CPU完成垃圾收集任務(wù)，并能減輕計(jì)算機(jī)運(yùn)算負(fù)擔(dān)。

智東西5月9日消息，近日，谷歌員工Martin Maas在IEEE Micro發(fā)表了一篇論文，描述了其設(shè)計(jì)的一種加速器單元，幫助CPU完成垃圾收集任務(wù)，預(yù)計(jì)可將功耗減小15%。

除正常運(yùn)行工作外，CPU還必須執(zhí)行一些稱為“垃圾收集”的任務(wù)，即從應(yīng)用程序中識(shí)別和刪除冗余或無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)，以釋放額外的內(nèi)存空間，這消耗了計(jì)算機(jī)大量的計(jì)算能力。

垃圾收集消耗了CPU花在應(yīng)用程序上的總時(shí)間的10%甚至更多。當(dāng)Martin Maas將加速器與小型CPU核心進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，根據(jù)每個(gè)設(shè)備各自的尺寸，他們的加速器性能提高了18倍，能夠?qū)PU從垃圾收集任務(wù)中分離出來(lái)，減輕計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。

一、加速器單元能解決什么問(wèn)題?

Martin Maas和他的同事注意到了CPU運(yùn)行負(fù)擔(dān)過(guò)重，消耗大量不必要功耗的問(wèn)題，創(chuàng)建了一個(gè)緊湊的加速器單元。將垃圾收集任務(wù)委派給加速器單元可以提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率。

這種加速器只需要少量的芯片面積和功率。它可以添加到CPU中，類似于將一些現(xiàn)代處理器芯片集成到圖形處理單元中。

加速器單元以比CPU傳統(tǒng)方式更有效的方式進(jìn)行垃圾收集。例如，CPU必須按特定順序完成一些垃圾收集操作，而新加速器單元利用這些操作不需要按順序完成。通過(guò)同時(shí)執(zhí)行大量?jī)?nèi)存操作，它在垃圾收集方面比CPU更有效。

據(jù)Martin Maas介紹，當(dāng)軟件應(yīng)用程序在CPU上運(yùn)行時(shí)，這個(gè)加速器單元位于側(cè)面為應(yīng)用程序執(zhí)行垃圾收集。Martin Maas說(shuō)：“原則上，這意味著您可以構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)，軟件根本不用擔(dān)心垃圾收集，只需要繼續(xù)使用可用內(nèi)存。”

Martin Maas在論文中提出，這種新設(shè)備可能成為未來(lái)系統(tǒng)的一個(gè)共同組成部分，從而避免CPU承擔(dān)垃圾收集負(fù)擔(dān)的問(wèn)題。

Martin Maas指出，CPU的構(gòu)建非常靈活，可以運(yùn)行各種應(yīng)用程序。因此，CPU規(guī)模相對(duì)較大，占用大量電力。但一直以來(lái)，從沒(méi)有人為CPU的垃圾收集任務(wù)單獨(dú)設(shè)計(jì)一種設(shè)備來(lái)減輕CPU的任務(wù)和功耗。

二、傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中CPU如何進(jìn)行垃圾收集?

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多“垃圾”，包括臨時(shí)文件(如：*.tmp、*._mp)日志文件(*.log)、臨時(shí)幫助文件(*.gid)、磁盤(pán)檢查文件(*.chk)、臨時(shí)備份文件(如：*.old、*.bak)等。

CPU作為計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心，負(fù)責(zé)這整個(gè)運(yùn)算環(huán)境，也就是說(shuō)，CPU要在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生垃圾時(shí)及時(shí)清理它們，以確保計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，并釋放內(nèi)存空間。

盡管CPU專用于垃圾收集的計(jì)算能力的10%可能看起來(lái)不是很多，但在全球范圍內(nèi)，這代表了大量的計(jì)算資源。

此前，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)垃圾收集任務(wù)是由CPU完成的，這項(xiàng)工作主要通過(guò)Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、和G1這7種類型的垃圾收集器完成。

其中，Serial收集器在工作時(shí)最大的問(wèn)題是，只能進(jìn)行單線程收集，也就是說(shuō)在它工作時(shí)，其他程序必須暫停，直到它完成整個(gè)垃圾收集過(guò)程。ParNew收集器其實(shí)是Serial收集器的多線程版本，適用于多核CPU環(huán)境，但性能有時(shí)不如Serial收集器穩(wěn)定。

這些垃圾收集器的共同問(wèn)題就是，會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知的暫停，在進(jìn)行垃圾收集任務(wù)時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)暫停片刻，清理內(nèi)存。雖然在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中通常不會(huì)注意到這一點(diǎn)，但在用戶關(guān)心系統(tǒng)反應(yīng)是否非常靈敏的情況下，這可能會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題。程序員會(huì)盡量避免這些停頓，而代價(jià)往往是在垃圾收集上花費(fèi)更多的周期。

結(jié)語(yǔ)：從垃圾收集中解放的CPU

Martin Maas設(shè)計(jì)的加速器單元可以在軟件應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)，獨(dú)立的執(zhí)行垃圾收集任務(wù)，從而將CPU從這一任務(wù)中解放出來(lái)。

垃圾收集加速器單元如果能夠成功應(yīng)用，它將有效提高計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)效率，解決CPU運(yùn)行負(fù)擔(dān)過(guò)重，消耗大量不必要功耗的問(wèn)題。

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