DGC 1. 2 Motivation x new(x) delete(x) Speicher DGC 3 Inhalt Einführung GC / DGC Der ideale DGC Algorithmen Zusammenfassung.

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1 DGC 1

2 2 Motivation x new(x) delete(x) Speicher

3 DGC 3 Inhalt Einführung GC / DGC Der ideale DGC Algorithmen Zusammenfassung

4 DGC 4 Was ist Garbage Collection? übersetzt: Müllsammlung Automatisierte Verwaltung von dynamisch zugewiesenem Speicher Bestimmung des vom Programm nicht mehr genutzten Speichers Freigeben dieses Speichers Bestandteil einer Programmiersprache, der Hardware, des Betriebssystems Was Manuelle Speicherverwaltung kostet Zeit und führt zu Fehlern Programme mit Speicherlecks mit wachsendem Internet von immer größerer Bedeutung Wofür

5 DGC 5 Roots Einblick lebendig tot Objekte Roots Root-Set Referenz

6 DGC 6 Reference Consistency Protocol Legt fest, wie Stubs und Scions erstellt werden Konsistenten Zustand bewahren Erreichbarkeit über Systemgrenzen sicher stellen u v stubscion

7 DGC 7 Allgemeine Probleme Statusabfrage mittels Nachrichten Kommunikation ist unzuverlässig Verteilte Systeme sind asynchron Systemausfälle Verteilte Zyklen Race Conditions Skalierbarkeit DGC

8 8 Eigenschaften eines idealen DGC Vollständig Kooperierend Schnell Effizient Lokal Zweckmäßig Skalierbar Fault tolerant Sicher

9 DGC 9 Algorithmen Counting-Algorithmen Zählen die Referenzen zu einem Objekt wenn keine Referenz existiert, wird Objekt entfernt z.B. Reference Counting Tracing-Algorithmen Durchlaufen des Referenz-Graphen von der Root-Set aus bis zu den Kindern z.B. Mark-Sweep Hybride-Algorithmen Komposition aus mehreren Algorithmen DGC Algorithmen sind modifizierte GC-Algorithmen Grundarten

10 DGC 10 Reference Counting Einfachster Algorithmus (1960) An jedem Objekt wird ein Zähler angehängt Dieser wird erhöht bzw. erniedrigt bei einer Vervielfältigung bzw. Löschung einer Referenz Wenn der Zähler = 0 ist, wird das Objekt aus dem Speicher entfernt 1 Im Detail u v stub scion @v

11 DGC 11 u v w +1 Race Conditions @v 12 u v w +1 @v 10 ACK

12 DGC 12 einfache zu implementieren inkrementell Speicher wird in Echtzeit freigegeben skalierbar Jedes Objekt muss Platz für Zähler lassen Overhead an Pointer-Update-Operationen Race Conditions oder Bestätigungsnachrichten (ACK) erzeugen extra Traffic Nicht fault-tolerant Speicherfragmentierung Zyklen werden nicht erkannt Vorteile Nachteile Reference Counting

13 DGC 13 Distributed Garbage Cycle Garbage RARA RBRB RCRC 2 1 1

14 DGC 14 Weighted Reference Counting statt eines Counters werden Gewichte benutzt Jede entfernte Referenz hat zwei Gewichte Gesamt- und Teilgewicht (im scion) Ein stub beinhaltet nur das Teilgewicht Bei einer neuen entfernten Referenz: Hälfte des Gesamtgewichts an Referenz übergeben Bei Duplikation einer Referenz wird Teilgewicht halbiert entfernte Referenz erhält nur dekrement-Nachrichten, das sie vom Gesamtgewicht abzieht sind Gesamt- und Teilgewicht gleich, bestehen keine Referenzen mehr

15 DGC 15 x v y @v/16 32/64 3216 32/48 @v/32 control message: -16 Weighted Reference Counting RARA RBRB RCRC

16 DGC 16 Bei Gesamtgewicht von 2 k nur k Duplizierungen sein nicht fault-tolerant keine Beseitigung von Zyklen Vorteile Nachteile Benutzt nur wenige Nachrichten wenig Traffic Keine Race-Conditions Weighted Reference Counting

17 DGC 17 Reference Listing es gibt max. einen stub für einen scion scion gewöhnlich als doppelt verkettete Liste implementiert Operationen sind einfügen und löschen fault-tolerant Race Conditions bleiben bestehen (Lösung timeStamps) RARA RBRB RCRC x y v

18 DGC 18 Mark-Sweep Besteht aus 2 Phasen Phase 1 (Mark): Markieren der erreichbaren Objekte vom root-set aus Phase 2 (Sweep): Löschen aller unmarkierten Objekte in verteilten Systemen ist Mark-Phase global und Sweep- Phase lokal Algorithmus Tracing-Collector beginnen im root-set und verfolgen Referenzen alle nicht erreichbaren Objekte werden entfernt

19 DGC 19 root

20 DGC 20 automatisches beseitigen von zyklischen Datenstrukturen Kein Overhead bei Zeiger-Operationen fault-tolerant (bei Fehlern von vorn beginnen) Vorteile Nachteile Mark-Sweep Fragmentierung Garbage wird erst entfernt, wenn Speicher erschöpft Unterbricht das Programm während des Vorgangs Kosten sind proportional zur Größe des Systems schlecht skalierbar Trashing Synchronisationsproblem

21 DGC 21 Synchronisationsproblem AB C x RARA RBRB z @x x is garbage Lösung Strenge Protokolle (globale Barriere) Am Ende jeder lokalen mark-Phase Barriere setzen Danach tritt globale sweep-Phase ein

22 DGC 22 Copying GC Erstmals in LISP verwendet (ca. 1965) Speicher wird in der Hälfte geteilt nur die lebendigen Objekte in den anderen Speicher bewegen aktuell veraltet Speicher aktuell veraltet

23 DGC 23 Keine Fragmentierung Einfache lineare Speicherzuordnung Keine Zyklen Kosten sind proportional zu den lebendigen Objekten Vorteile Nachteile Copying GC Kopieren ist teuer doppelte Größe des benutzten Speichers wird benötigt Garbage wird erst entfernt, wenn Speicher erschöpft schlecht skalierbar

24 DGC 24 Hybride GCs Kombinieren zwei oder mehreren Algorithmen meist wird Reference Counting Technik mit Tracing Technik kombiniert so werden auch Zyklen entfernt Tracing wird dabei weniger häufig ausgeführt wie Reference Counting Algortihmen sind z.B.: Migration, Trial Deletion und Local Tracing heuristische Suche nach Zyklen sind meist ineffizient (Overheads beim Löschen einer Referenz)

25 DGC 25 Zusammenfassung es gibt keinen perfekten Algorithmus Anpassung an die Systemumgebung Tracing-Algorithmen: sollten nur in kleinen Verteilten Systemen angewendet werden (wegen Synchronisation+schlechten Skalierbarkeit) nicht für Interaktive und RealTime-Anwendungen geeignet wenn Response-Time unwichtig, dann schneller als Counting Algorithmen Counting-Algorithmen: Verwendung in Systemen, wo Zyklen selten oder nicht vorhanden sind bei großen verteilten Systemen: fault-tolerant Counting-Algorithmus (reference listing)

26 DGC 26 Fragen ???