빠른 동적 언어 인터프리터를 만드는 방법

Zef라는 동적 언어의 AST 직접 순회 인터프리터를 대상으로, JIT나 바이트코드 없이도 성능을 크게 끌어올리는 방법을 단계별로 정리한다.

초기 베이스라인은 CPython 3.10보다 35배, Lua 5.4.7보다 80배, QuickJS-ng 0.14.0보다 23배 느렸지만, 여러 최적화를 누적해 16.646배 가속했다. 여기에 미완성 Yolo-C++ 이식까지 포함하면 베이스라인 대비 66.962배 빨라졌고, CPython 3.10보다 1.889배 빠름을 기록했다.

핵심 개선은 다음과 같다.

• 연산자와 RMW를 문자열 디스패치에서 분리해 직접 호출로 바꿈
• IntObject 검사 경로를 줄여 isInt() 호출을 회피
• 문자열 기반 조회를 Symbol 포인터 기반으로 바꿔 해싱과 비교 비용을 절감
• 중요한 함수들을 인라인화할 수 있도록 valueinlines.h를 분리
• Object, ClassObject, Context 구조를 재설계해 Storage/Offset 기반 접근으로 전환
• 인터프리터 수준에서 inline cache 와 watchpoint 를 결합해 속성 접근과 메서드 호출을 특수화

실험은 Ubuntu 22.04.5, Intel Core Ultra 5 135U, 32GB RAM 환경에서 진행했고, 30회 무작위 실행 평균을 사용했다. 벤치마크는 ScriptBench1의 Richards, DeltaBlue, N-Body, Splay를 사용했다.

이 글의 요지는, 성숙한 VM 기술이 없어도 값 표현, 객체 모델, 이름 해석, 캐싱 구조를 잘 설계하면 AST 인터프리터도 상당히 빠르게 만들 수 있다는 것이다.