2008-03-19 Marek Safar <marek.safar@gmail.com>
[mono.git] / web / runtime
index 6c04b7c2ee9f63887f2dad8c51232648ebca9d65..d1dabab996859a2a487b5fa71da0898941fc91be 100644 (file)
 * The Mono runtime
 
-       The Mono runtime will implement the JIT engine (and a byte
-       code interpreter for quickly porting to new systems), the
-       class loader, the garbage collector, threading system and
-       metadata access libraries.
+       The Mono runtime engine is considered feature complete.
+
+       It implements a Just-in-Time compiler engine for the CIL
+       virtual machine, the class loader, the garbage collector,
+       threading system and metadata access libraries.
 
        We currently have two runtimes:
 
        <ul>
+               * <b>mono:</b> Our Just-in-Time and Ahead-of-Time code
+                 generator for maximum performance.  This supports
+                 x86, PowerPC and SPARC cpus.
+       
                * <b>mint:</b> The Mono interpreter.  This is an
                  easy-to-port runtime engine.
-
-               * <b>mono:</b> The Just In Time compiler implemented
-                 using a BURS instruction selector
        </ul>
 
-       Currently both runtimes are missing garbage collection.  We
-       are planning on using the ORP GC engine and deploy it by
-       middle January.  
+       We are using the Boehm conservative garbage collector.
+
+       The Mono runtime can be used as a stand-alone process, or it
+       can be <a href="embedded-api.html">embedded into applications</a> (see
+       the documentation in mono/samples/embed for more details).
 
-** Executing MSIL/CIL images
+       Embedding the Mono runtime allows applications to be extended
+       in C# while reusing all of the existing C and C++ code.  
 
-       The code will load an executable and map the references to
-       external assemblies to our own version of the assemblies on
-       Linux.
+       Paolo Molaro did a presentation on the current JIT engine and
+       the new JIT engine.  You can find his <a
+       href="http://primates.ximian.com/~lupus/slides/jit/">slides
+       here</a>
 
-       Our roadmap looks like this, this has been updated as of
-       <b>Dec 18, 2001</b>:
+** Current JIT Engine: technical details (<b>updated, June 28th, 2003</b>)
+
+       We have re-written our JIT compiler. We wanted to support a
+       number of features that were missing:
 
        <ul>
+               * Ahead-of-time compilation.  
+
+            The idea is to allow developers to pre-compile their code
+            to native code to reduce startup time, and the working
+            set that is used at runtime in the just-in-time compiler.
+
+            Although in Mono this has not been a visible problem, we
+            wanted to pro-actively address this problem.
 
-               * Milestone 1: <b>Done</b> Fully read and parse all CIL byte-codes
-                 and metadata tokens (ie, a disassembler).  
+            When an assembly (a Mono/.NET executable) is installed in
+            the system, it would then be possible to pre-compile the
+            code, and have the JIT compiler tune the generated code
+            to the particular CPU on which the software is
+            installed. 
 
-               * Milestone 2: <b>Done</b> Complete an interpreter for CIL byte
-                 codes.  This interpreter can be used temporarly to
-                 run CIL byte code on a system where no JIT is
-                 available.
+            This is done in the Microsoft.NET world with a tool
+            called ngen.exe
 
-               * Milestone 3: <b>Done</b>Define an <i>lburg</i>-like
-                 instruction selector for the JITer for Intel.
+               * Have a good platform for doing code optimizations. 
 
-               * Milestone 4: <b>Done</b> Implement JITer.  This is where our
-                 current efforts are focused on, the JITer currently runs
-                 all of the code we have tested on it.  The major limitation
-                 is that our class libraries are not complete, and hence not
-                 every application can be ran.
+            The design called for a good architecture that would
+            enable various levels of optimizations: some
+            optimizations are better performed on high-level
+            intermediate representations, some on medium-level and
+            some at low-level representations.
 
-               * Milestone 5: Port of the JITer to non IA32 systems.
+            Also it should be possible to conditionally turn these on
+            or off.  Some optimizations are too expensive to be used
+            in just-in-time compilation scenarios, but these
+            expensive optimizations can be turned on for
+            ahead-of-time compilations or when using profile-guided
+            optimizations on a subset of the executed methods.
+
+               * Reduce the effort required to port the Mono code
+             generator to new architectures.
+
+            For Mono to gain wide adoption in the Unix world, it is
+            necessary that the JIT engine works in most of today's
+            commercial hardware platforms. 
        </ul>
 
-       A setup similar to the Kaffe JIT engine will be used to
-       layout the code to support non-IA32 architectures.  Our work
-       will be focused on getting a IA32 version running first.  
+       The JIT engine implements a number of optimizations:
 
-       The JIT engine should work on Linux and Win32, although you
-       will need to install the CygWin32 development tools to get a
-       Unix-like compilation environment (mostly we use GNU make in 
-       a few of the makefiles).
+       <ul>
+               * Opcode cost estimates (our architecture allows
+                 us to generate different code paths depending
+                 on the target CPU dynamically).
+                 
+               * Inlining.
 
-** JIT Engine (<b>updated, Dec 18th, 2001</b>)
+               * Constant folding, copy propagation, dead code elimination.
 
-       The JIT engine uses a code-generator generator approach for
-       compilation.  Given the properties of CIL byte codes, we can
-       take full advantage of a real instruction selector for our
-       code generator. 
+                 Although compilers typically do
+                 constant folding, the combination of inlining with
+                 constant folding gives some very good results.
+
+               * Linear scan register allocation.  In the past,
+                 register allocation was our achilles heel, but now 
+                 we have left this problem behind.
+
+               * SSA-based framework.  Various optimizations are
+                 implemented on top of this framework
+       </ul>
 
        There are a couple of books that deal with this technique: "A
        Retargetable C Compiler" and "Advanced Compiler Design and
         technical description of <a
         href="http://research.microsoft.com/copyright/accept.asp?path=http://www.research.microsoft.com/~drh/pubs/iburg.pdf&pub=ACM">lbrug</a>.
 
-       A few papers that describe the instruction selector:
+       The new JIT engines uses three intermediate representations:
+       the source is the CIL which is transformed into a forest of
+       trees; This is fed into a BURS instruction selector that
+       generates the final low-level intermediate representation.
+
+       The instruction selector is documented in the following
+       papers:
 
        <ul>
                * <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>
 
 ** Garbage Collection
 
-       We will be using the Intel ORP GC engine as it provides a precise
+       We are using the Boehm conservative GC.  We might consider
+       adopting other GC engines in the future, like the Intel ORP GC
+       engine.  The Intel ORP GC engine as it provides a precise
        garbage collector engine, similar to what is available on the
-       .NET environment. 
-
-       Although using a conservative garbage collector like Bohem's
-       would work, all the type information is available at runtime,
-       so we can actually implement a better collector than a
-       conservative collector.
+       .NET environment.
 
        <ul>
                * Garbage collection list and FAQ:<br>
        The ECMA runtime and the .NET runtime assume an IO model and a
        threading model that is very similar to the Win32 API.  
 
-       Dick Porter has been working on the Mono abstraction layer
+       Dick Porter has developed WAPI: the Mono abstraction layer
        that allows our runtime to execute code that depend on this
        behaviour.
 
        as well as talking to system libraries.
 
        Initially we used libffi, but it was fairly slow, so we have
-       reused parts of the JIT work to create efficient PInvoke trampolines. 
+       reused parts of the JIT work to create efficient PInvoke
+       trampolines.
+
+** Remoting
+
+       Mono has support for remoting and proxy objects, just like
+       .NET does.  The runtime provides these facilities.
+
+** Porting
+
+       If you are interested in porting the Mono runtime to other
+       platforms, you might find the pre-compiled <a
+       href="archive/mono-tests.tar.gz">Mono regression test
+       suite</a> useful to debug your implementation.
+
+* COM and XPCOM
+
+       We plan on adding support for XPCOM on Unix and COM on Microsoft
+       Windows later in our development process.
+