[論文レビュー] Interning Ground Terms in XSB

David S. Warren|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2013

Logic, programming, and type systems参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、XSBテーブル付きPrologシステムにおける基礎項のinterningを最適化した実装を提示する。トライを用いたハッシュコンスィングにより、テーブリングにおけるメモリと実行時間のオーバーヘッドを削減する。特に大きなリストを含む基礎項をテーブル付き述語実行中にinterningすることで、50万要素のリスト探索において実行時間を7秒以上から0.265秒に削減し、重複する項のコピーを減らし、キャッシュ効果を向上させる。

ABSTRACT

This paper presents an implementation of interning of ground terms in the XSB Tabled Prolog system. This is related to the idea of hash-consing. I describe the concept of interning atoms and discuss the issues around interning ground structured terms, motivating why tabling Prolog systems may change the cost-benefit tradeoffs from those of traditional Prolog systems. I describe the details of the implementation of interning ground terms in the XSB Tabled Prolog System and show some of its performance properties. This implementation achieves the effects of that of Zhou and Have but is tuned for XSB's representations and is arguably simpler.

研究の動機と目的

• テーブルリング実行における基礎項の繰り返しコピーが引き起こす時間的・空間的オーバーヘッドを低減すること。
• ハッシュ化のコストを考慮しても、原子以外の基礎項のinterningが、テーブル付きPrologシステムのパフォーマンス向上に寄与するかどうかを検討すること。
• 特に特定のテーブリング実装に依存しない、より単純で汎用的かつ直交的なinterningメカニズムを設計すること。
• 項の表現および統一の変更を通じて、XSBにおける基礎項の表現共有を効率的に行えるようにすること。
• ガーベジコレクションや特定の引数の選択的interningといった将来的な拡張を可能にすること。

提案手法

• 構造と内容に基づき、基礎項の一意な表現を格納するトライベースのハッシュテーブルを用いて基礎項をinterningする。
• XSBの項表現を変更し、タグ付きポインタをinterned項への参照と解釈することで、ポインタ比較による定数時間の等価性チェックを可能にする。
• テーブル付きProlog機構にinterningを統合し、特に 'as intern'ディレクティブが付与された述語（例: split_sorted/4）において、テーブル呼び出しおよび答えの保存時に自動的に項をinterningする。
• WAMに類似した命令を用いた下位から上位への項構築戦略を採用し、新しい基礎項を構築・interningする前に、intern可能かどうかのサブ項をチェックする。
• interned項参照を処理するための最小限の統一アルゴリズムの変更を実装し、正しさを保ちつつパフォーマンスを損なわないようにする。
• internテーブルの動的リサイズをサポートし、interned項のガーベジコレクションの計画を含め、メモリ成長の管理を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テーブル付きPrologシステムにおいて、基礎項をinterningすることで、部分目標や答えの単純なコピーと比較して、時間的・空間的計算量の両方を低減できるか？
• RQ2 基礎項のinterningは、テーブル付きProlog実行におけるキャッシュ効果および参照局所性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 純粋なコードにおいて項の生成頻度が極めて高いことを考慮しても、基礎項のinterningにおけるパフォーマンスのトレードオフは何か？
• RQ4 テーブルリングに依存せず、異なるPrologシステムで再利用可能な、より単純で汎用的なinterningメカニズムを設計できるか？
• RQ5 インデクシングやサブスムーション最適化を損なわずに、interningを安全に適用できる条件は何か？

主な発見

• 50万要素のリスト探索において、実行時間を7秒以上から0.265秒に削減し、26倍のパフォーマンス向上を示した。
• interned項には111,464,680バイト、テーブル領域には466,608バイトを消費し、繰り返しの項コピーに起因する2次関数的オーバーヘッドを回避した。
• テーブル付き述語実行中に項をinterningすることで、大規模なリストなど、同一の基礎項の重複した構築と保存を回避した。
• ZhouとHaveの先行研究よりも単純で汎用的であり、ハッシュテーブルではなくトライを用い、複雑なメモ化最適化を避けることで実現した。
• ガーベジコレクションや特定の引数の選択的interningといった将来的な拡張をサポートする。
• 基礎項にのみinterningを適用し、ポインタの等価性が構造的等価性を示すようにすることで、正しさと効率性を維持した。