[논문 리뷰] Interning Ground Terms in XSB

David S. Warren|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 17.

Logic, programming, and type systems참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 XSB 테이블링 Prolog 시스템에서 지상 용어 인터닝을 최적화한 구현을 제시한다. 트라이를 통한 해시-컨싱을 사용하여 테이블링 중 공간과 시간 오버헤드를 줄인다. 특히 큰 리스트와 같은 지상 용어를 테이블링 예측 실행 중에 인터닝함으로써, 50만 요소 리스트 조회에서 cputime을 7초 이상에서 0.265초로 감소시키며, 중복된 용어 복사와 캐시 행동 개선을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 테이블링 Prolog 실행 중 지상 용어를 반복적으로 테이블에 복사함으로써 발생하는 시간 및 공간 오버헤드를 줄이기 위해.
• 해시 비용이 들더라도, 원자 외 지상 용어의 인터닝이 테이블링 Prolog 시스템의 성능 향상에 기여할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 이전 연구와는 달리 특정 테이블링 구현에 의존하지 않는 더 단순하고 일반적이며 상호 독립적인 인터닝 메커니즘을 설계하기 위해.
• 용어 표현과 통일화를 수정하여 XSB에서 지상 용어의 효율적 표현 공유를 가능하게 하기 위해.
• 미래의 확장 기능인 인터닝된 용어의 가비지 컬렉션 및 특정 인수의 선택적 인터닝을 지원하여 색인화와 공유 간의 균형을 유지하기 위해.

제안 방법

• 지상 용어의 고유한 표현을 그 구조와 내용으로 색인화하는 트라이 기반 해시 테이블을 사용하여 지상 용어를 인터닝한다.
• 인터티드 용어를 가리키는 태그된 포인터로 해석할 수 있도록 XSB의 용어 표현을 수정함으로써, 포인터 비교를 통한 상수 시간 등가성 검사가 가능해진다.
• 테이블링 Prolog 메커니즘에 인터닝을 통합하기 위해, 특히 'as intern' 지시문이 지정된 split_sorted/4와 같은 예측에 대해 테이블링 호출 및 응답 저장 시 자동으로 용어를 인터닝한다.
• WAM 유사 명령어를 사용한 하향식 용어 구축 전략을 적용하여, 새로운 지상 용어를 구축하고 인터닝하기 전에 인터닝 가능한 하위 용어를 검사한다.
• 인터티드 용어 참조를 처리하기 위해 통일화 알고리즘에 최소한의 변경을 도입하여, 정확성은 유지하면서도 성능을 손상시키지 않는다.
• 인터트 테이블의 동적 크기 조정을 지원하고, 메모리 증가를 관리하기 위해 인터닝된 용어의 가비지 컬렉션을 계획한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테이블링 Prolog 시스템에서 지상 용어를 인터닝하면, 하위 목표와 응답를 단순히 반복 복사하는 것과 비교해 시간 및 공간 복잡도를 줄일 수 있는가?
• RQ2 지상 용어를 인터닝하면 테이블링 Prolog 실행 중 캐싱 행동과 참조 국소성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 순수 코드에서 용어 생성 빈도가 매우 높은 상황에서, 지상 용어 인터닝의 성능 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ4 테이블링과 독립적이며 다양한 Prolog 시스템에서 재사용 가능한 더 단순하고 일반적인 인터닝 메커니즘이 설계될 수 있는가?
• RQ5 색인화나 포함 최적화를 손상시키지 않도록 하기 위해, 인터닝을 안전하게 적용할 수 있는 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 50만 요소 리스트 조회에서 cputime을 7초 이상에서 0.265초로 감소시켜 26배의 성능 향상을 입증하였다.
• 인터티드 용어에 111,464,680 바이트, 테이블 공간에 466,608 바이트만 사용하여 반복적인 용어 복사로 인한 제곱 오버헤드를 피했다.
• 테이블링 예측 실행 중 용어를 인터닝함으로써, 큰 리스트와 같은 동일한 지상 용어의 중복된 구축 및 저장을 방지하였다.
• 이전 연구와 비교해 더 단순하고 일반적인 방법을 사용함으로써, 해시 테이블 대신 트라이를 사용하고 복잡한 메모이제이션 최적화를 피함으로써 Zhou와 Have의 연구보다도 간결하다.
• 미래의 확장 기능인 인터닝된 용어의 가비지 컬렉션 및 특정 인수의 선택적 인터닝을 지원함으로써, 색인화를 유지할 수 있다.
• 지상 용어만 인터닝하고, 포인터 등가성이 구조적 등가성을 의미하도록 보장함으로써 정확성과 효율성을 유지한다.