web/runtime

   1 * The Mono runtime
   2
   3         The Mono runtime engine is considered feature complete.
   4
   5         It implements a Just-in-Time compiler engine for the CIL
   6         virtual machine, the class loader, the garbage collector,
   7         threading system and metadata access libraries.
   8
   9         We currently have two runtimes:
  10
  11         <ul>
  12                 * <b>mono:</b> The Just In Time compiler implemented
  13                   using a BURS instruction selector.  We only support
  14                   x86 machines in the JIT engine at this point.
  15
  16                 * <b>mint:</b> The Mono interpreter.  This is an
  17                   easy-to-port runtime engine.
  18         </ul>
  19
  20         We are using the Boehm conservative garbage collector.
  21
  22         The Mono runtime can be used as a stand-alone process, or it
  23         can be <a href="embedded-api">embedded into applications</a> (see
  24         the documentation in mono/samples/embed for more details).
  25
  26         Embedding the Mono runtime allows applications to be extended
  27         in C# while reusing all of the existing C and C++ code.
  28
  29         Paolo Molaro did a presentation on the current JIT engine and
  30         the new JIT engine.  You can find his <a
  31         href="http://primates.ximian.com/~lupus/slides/jit/">slides
  32         here</a>
  33
  34 ** Current JIT Engine: technical details (<b>updated, July 8th, 2002</b>)
  35
  36         The JIT engine uses a code-generator generator approach for
  37         compilation.  Given the properties of CIL byte codes, we can
  38         take full advantage of a real instruction selector for our
  39         code generator.
  40
  41         The JIT engine implements a number of optimizations:
  42
  43         <ul>
  44                 * Opcode cost estimates (our architecture allows
  45                   us to generate different code paths depending
  46                   on the target CPU dynamically).
  47
  48                 * Inlining.
  49
  50                 * Constant folding.
  51
  52                   Although compilers typically do
  53                   constant folding, the combination of inlining with
  54                   constant folding gives some very good results.
  55
  56                 * Linear scan register allocation.  In the past,
  57                   register allocation was our achilles heel, but now
  58                   we have left this problem behind.
  59         </ul>
  60
  61         There are a couple of books that deal with this technique: "A
  62         Retargetable C Compiler" and "Advanced Compiler Design and
  63         Implementation" are good references.  You can also get a
  64         technical description of <a
  65         href="http://research.microsoft.com/copyright/accept.asp?path=http://www.research.microsoft.com/~drh/pubs/iburg.pdf&pub=ACM">lbrug</a>.
  66
  67         A few papers that describe the instruction selector:
  68
  69         <ul>
  70                 * <a href="http://research.microsoft.com/copyright/accept.asp?path=http://www.research.microsoft.com/~drh/pubs/interface.pdf&pub=wiley">A code generation interface for ANSI C</a>
  71
  72
  73                 * <a href="http://research.microsoft.com/copyright/accept.asp?path=http://www.research.microsoft.com/~drh/pubs/iburg.pdf&pub=ACM">Engineering efficient code generators using tree matching and dynamic programming.</a>
  74
  75         </ul>
  76
  77 ** New JIT engine.
  78
  79         We are working on a new JIT engine.  The new JIT engine
  80         focuses on portability and in two intermediate representations
  81         that simplify the development of optimizations.  This together
  82         with the Ahead-of-Time compilation will allow developers to
  83         deploy applications that match the speed of natively compiled code.
  84
  85 ** Garbage Collection
  86
  87         We are using the Boehm conservative GC.  We might consider
  88         adopting other GC engines in the future, like the Intel ORP GC
  89         engine.  The Intel ORP GC engine as it provides a precise
  90         garbage collector engine, similar to what is available on the
  91         .NET environment.
  92
  93         <ul>
  94                 * Garbage collection list and FAQ:<br>
  95                   <a href="http://www.iecc.com/gclist/">http://www.iecc.com/gclist/</a>
  96
  97                 * "GC points in a Threaded Environment":<br>
  98                   <a href="http://research.sun.com/techrep/1998/abstract-70.html">
  99                   http://research.sun.com/techrep/1998/abstract-70.html</a>
 100
 101                 * "A Generational Mostly-concurrent Garbage Collector":
 102                   <a href="http://research.sun.com/techrep/2000/abstract-88.html">
 103                   http://research.sun.com/techrep/2000/abstract-88.html</a>
 104
 105                 * Details on The Microsoft .NET Garbage Collection Implementation:<br>
 106                   <a href="http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnmag00/html/GCI.asp">http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnmag00/html/GCI.asp</a>
 107                   <a href="http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnmag00/html/GCI2.asp">http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnmag00/html/GCI2.asp</a>
 108         </ul>
 109
 110 ** IO and threading
 111
 112         The ECMA runtime and the .NET runtime assume an IO model and a
 113         threading model that is very similar to the Win32 API.
 114
 115         Dick Porter has developed WAPI: the Mono abstraction layer
 116         that allows our runtime to execute code that depend on this
 117         behaviour.
 118
 119 ** Useful links
 120
 121         Paolo Molaro found a few interesting links:
 122
 123         <ul>
 124                 * On compilation of stack-based languages:<br>
 125                 <a href="http://www.complang.tuwien.ac.at/projects/rafts.html">
 126                 http://www.complang.tuwien.ac.at/projects/rafts.html</a>
 127
 128                 * A paper on fast JIT compilation of a stack-based language:<br>
 129                   <a href="http://www.research.microsoft.com/~cwfraser/pldi99codegen.pdf">
 130                   http://www.research.microsoft.com/~cwfraser/pldi99codegen.pdf</a>
 131
 132                 * Vmgen generates much of the code for efficient virtual machine (VM)
 133                   interpreters from simple descriptions of the VM instructions:<br>
 134                   <a href="http://www.complang.tuwien.ac.at/anton/vmgen/">
 135                   http://www.complang.tuwien.ac.at/anton/vmgen</a>
 136         </ul>
 137
 138 ** PInvoke
 139
 140         PInvoke is the mechanism we are using to wrap Unix API calls
 141         as well as talking to system libraries.
 142
 143         Initially we used libffi, but it was fairly slow, so we have
 144         reused parts of the JIT work to create efficient PInvoke
 145         trampolines.
 146
 147 ** Remoting
 148
 149         Mono has support for remoting and proxy objects, just like
 150         .NET does.  The runtime provides these facilities.
 151
 152 ** Porting
 153
 154         If you are interested in porting the Mono runtime to other
 155         platforms, you might find the pre-compiled <a
 156         href="archive/mono-tests.tar.gz">Mono regression test
 157         suite</a> useful to debug your implementation.
 158
 159 * COM and XPCOM
 160
 161         We plan on adding support for XPCOM on Unix and COM on Microsoft
 162         Windows later in our development process.
 163