3、动态分配数据结构的数据压缩转换

动态分配数据结构的数据压缩转换

一、引言

随着内存有限的计算设备不断普及，减少内存需求的优化变得越来越重要。为了压缩指针密集型程序中动态分配的数据结构的大小，我们引入了一类转换方法。动态数据结构节点的字段通常包含指针和非指针数据，为此我们开发了公共前缀和窄数据转换，分别将32位地址指针和32位整数字段压缩为15位实体，压缩后的一对字段可以打包到一个32位字中。

压缩带来了诸多好处，显著减少了数据结构的内存占用，节省了堆分配的存储需求，这对于内存密集型应用尤为重要。同时，内存占用的减少还能降低数据缓存未命中的概率，从而显著缩短执行时间。

我们的转换方法有一个重要特点，即适用于部分可压缩的数据结构。它会对适用转换的数据结构部分进行压缩，并提供处理不可压缩数据的机制。最初，我们假设压缩数据结构是完全可压缩的并分配存储，但在运行时遇到不可压缩数据时，会分配额外的存储来处理。实验表明，几乎所有数据结构都是高度可压缩的，但没有一个是完全可压缩的，因此这一特点非常重要。

为了高效访问压缩数据，我们为RISC风格的指令集架构（ISA）设计了数据压缩扩展（DCX），包含六条简单指令。这些指令主要执行两种操作：一是在更新压缩字段时检查新值是否可压缩；二是在计算中使用压缩值时，执行提取和扩展操作以获得原始的32位表示。

我们实现并评估了这些技术。将DCX指令集成到了simplescalar模拟器使用的类似MIPS的指令集中，将压缩转换集成到了gcc编译器中。通过对Olden测试套件中的六个基准测试进行实验，我们发现堆分配存储平均节省了25%，执行时间和功耗平均降低了30%。执行时间的减少主要归因于L1数据缓存和L2统一缓存的未命中率降低以及DCX指令的使用。 <