Evaluating Code Overlays on the Oberon System Using RISC-V

Abstract

Code overlays er en teknikk for å redusere minnet brukt av programkode ved å laste deler av programmet fra sekundærminnet til primærminnet etter behov. Til tross for å være en gammel teknikk har det nylig vekt interesse til bruk i enkle RISC-V-systemer som mangler minnehåndterere (MMU).

Denne masteroppgaven vurderer bruken av automatisk genererte code overlays til RISC-V, under operativsystemet Project Oberon 2013. En prototype av et slikt overlay-system utvikles, samt diverse strategier. En av disse strategiene inkorporerer operativsystemets innebygde systemer for heap allocation og garbage collection.

Masteroppgaven konkluderer ved å vurdere strategiene opp mot hverandre ved bruk av Pareto-optimalitet. Denne analysen viser at dog én strategi evner å merkverdig redusere systemets totale minnebruk, klarer den kun dette ved en drastisk påvirkning på systemets totale ytelse. En annen strategi, som bruker systemets heap, finner en mer ønskelig balanse mellom minnebruk og ytelse.

Code overlays are a versatile technique to reduce the memory footprint of programs, by allowing parts of the program to be loaded from secondary storage into memory as they are needed. While it is an old technique, it has been seeing renewed interest in the context of embedded RISC-V systems without memory management units.

This thesis evaluates automatically generated code overlays on RISC-V in the context of an operating system, Project Oberon 2013. A prototype for an overlay system on the Oberon system is developed, and along with it several different strategies, including one that incorporates Oberon's heap allocation and garbage collection mechanisms.

The thesis concludes by evaluating the benefits and drawbacks of the presented strategies in the context of Pareto optimality. It finds that while one strategy is able to minimise the memory footprint substantially, it can only do this at the cost of considerable performance degradation. Another strategy, utilising the system heap, is able to strike a balance between performance and minimising the memory footprint of the system's code.