МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» Кафедра ЕОМ / Звіт з лабораторної роботи №6 з предмету «Проектування віртуальних машин» на тему : «Дослідження принципів віртуалізації програмного оточення на прикладі Java Virtual Machine» Львів 2016 Мета роботи: Дослідити роботу засобів програмної віртуалізації на прикладі Java Virtual Machine. Схема та стислий опис роботи JVM. Компілятор Java-програм не враховує архітектуру машини, на якій має викликатися результат компіляції, наприклад, число регістрів, розмір пам’яті, порти введення-виведення тощо. Після завершення компіляції для виконання програми нам потрібна так звана віртуальна машина Java - Java Virtual Machine (JVM), аби надати архітектуру для запуску і виконання скомпільованої програми. При цьому віртуальною машиною Java називають програмне забезпечення, що емулює реальну машину. VM є за своєю сутністю обгорткою ("wrapper"), в яку загорнуто реальну апаратну архітектуру. З боку Java-програми така обгортка надає стандартний інтерфейс, а з боку апаратури інтерфейс обгортки залежить від апаратної архітектури і є досить складним. Тому JVM для платформи Pentium відрізняється від JVM для платформи Sun workstation, яка, в свою чергу, відрізняється від JVM для платформи Macintosh тощо. Хоча JVM є віртуальною, вона надає яскравий приклад елегантно розробленої архітектури рівня машинних інструкцій. Віртуальна машина Java для конкретної платформи реалізується на машинних інструкціях цієї платформи. JVM діє як інтерпретатор так званого байткоду Java (Java bytecode), що інтерпретуються під час виконання в машинні інструкції відповідної обчислювальної машини. Байткод Java є результатом компіляції текстів програм, написаних мовою Java (рис.1). Робота JVM подібна до виконання оператора switch (case) - JVM «розбирає» одну інструкцію байткоду за один раз. При цьому кожна інструкція байткоду спричиняє перехід на відповідний блок машинного коду (в архітектурі платформи виконання), який власне реалізує цю інструкцію байткоду. Інструкції байткоду можна розділити на кілька груп: завантаження і збереження (наприклад, ALOAD_0, ISTORE), арифметичні і логічні операції (наприклад, IADD, FCMPL), перетворення типів (наприклад, I2B, D2I), створення і перетворення об'єкта (наприклад, NEW, PUTFIELD), управління стеком (наприклад, DUP, POP), оператори переходу (наприклад, GOTO, IFEQ), виклики методів і повернення (наприклад, INVOKESTATIC, IRETURN). / Рис.1. Схема віртуалізаії програмного оточення на основі JVM Порядок створення, компіляції та запуску Java-програм. Для компіляції програми викликається компілятор javac (в якості параметру передається повна назва java-програми - <назва_програми>.java). В результаті створюється «виконавчий» файл <назва_програми>.class, який містить байткод програми (у бінарному представленні) та іншу службову інформацію. Для перегляду байткоду у вигляді інструкцій JVM можна скористатись командою javap (в якості параметру передається назва java-програми). Для запуску програми на виконання використовується команда java з параметрами (назва java-програми та її аргументи). Текст створеної Java-програми. public class Main { public static void main(String[] args) { if (args.length != 3) { System.err.println("Invalid number of input arguments. Put only three arguments."); } System.out.println(findMax(args)); } public static int findMax(String[] data) { List<Integer> values = parseValues(data); return Collections.max(values); } public static List<Integer> parseValues(String[] data) { List parsedValues = new ArrayList(); for (String value : data) { try { parsedValues.add(Integer.parseInt(value)); } catch (NumberFormatException e) { System.err.println("Invalid input data format."); System.exit(1); } } return parsedValues; } } Результати компіляції та запуску на виконання створеної Java-програми. C:\Users\HIKEN\IdeaProjects\Test\src\main\java: javac Main.java C:\Users\HIKEN\IdeaProjects\Test\target\classes: java Main 12 43 65 $: 65 C:\Users\HIKEN\IdeaProjects\Test\target\classes: java Main $: Invalid number of input arguments. Put only three arguments. C:\Users\HIKEN\IdeaProjects\Test\target\classes: java Main 12 34 65 453 $: Invalid number of input arguments. Put only three arguments. Текст байткоду створеної Java-програми у вигляді інструкцій JVM з поясненнями. C:\Users\HIKEN\IdeaProjects\Test\target\classes: javaз -с Main public class Main { public Main(); Code: 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return public static void main(java.lang.String[]); Code: 0: aload_0 1: arraylength 2: iconst_3 3: if_icmpeq 18 6: getstatic #2 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream; 9: ldc #3 // String Invalid number of input arguments. Put only three arguments. 11: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 14: iconst_1 15: invokestatic #5 // Method java/lang/System.exit:(I)V 18: getstatic #6 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 21: aload_0 22: invokestatic #7 // Method findMax:([Ljava/lang/String;)I 25: invokevirtual #8 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 28: return public static int findMax(java.lang.String[]); Code: 0: aload_0 1: invokestatic #9 // Method parseValues:([Ljava/lang/String;)Ljava/util/List; 4: astore_1 5: aload_1 6: invokestatic #10 // Method java/util/Collections.max:(Ljava/util/Collection;)Ljava/lang/Object; 9: checkcast #11 // class java/lang/Integer 12: invokevirtual #12 // Method java/lang/Integer.intValue:()I 15: ireturn public static java.util.List<java.lang.Integer> parseValues(java.lang.String[]); Code: 0: new #13 // class java/util/ArrayList 3: dup 4: invokespecial #14 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V 7: astore_1 8: aload_0 9: astore_2 10: aload_2 11: arraylength 12: istore_3 13: iconst_0 14: istore 4 16: iload 4 18: iload_3 19: if_icmpge 66 22: aload_2 23: iload 4 25: aaload 26: astore 5 28: aload_1 29: aload 5 31: invokestatic #15 // Method java/lang/Integer.parseInt:(Ljava/lang/String;)I 34: invokestatic #16 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer; 37: invokeinterface #17, 2 // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z 42: pop 43: goto 60 46: astore 6 48: getstatic #2 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream; 51: ldc #19 // String Invalid input data format. 53: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 56: iconst_1 57: invokestatic #5 // Method java/lang/System.exit:(I)V 60: iinc 4, 1 63: goto 16 66: aload_1 67: areturn Exception table: from to target type 28 43 46 Class java/lang/NumberFormatException } Висновки У даній лабораторній роботі я дослідив роботу засобів програмної віртуалізації на прикладі Java Virtual Machine.