lib/ExecutionEngine/JIT/JITEmitter.cpp

   1 //===-- Emitter.cpp - Write machine code to executable memory -------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines a MachineCodeEmitter object that is used by Jello to write
  11 // machine code to memory and remember where relocatable values lie.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "jit"
  16 #ifndef _POSIX_MAPPED_FILES
  17 #define _POSIX_MAPPED_FILES
  18 #endif
  19 #include "JIT.h"
  20 #include "llvm/Constant.h"
  21 #include "llvm/Module.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineCodeEmitter.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  26 #include "Support/Debug.h"
  27 #include "Support/Statistic.h"
  28 #include "Config/unistd.h"
  29 #include "Config/sys/mman.h"
  30 using namespace llvm;
  31
  32 namespace {
  33   Statistic<> NumBytes("jit", "Number of bytes of machine code compiled");
  34   JIT *TheJIT = 0;
  35
  36   /// JITMemoryManager - Manage memory for the JIT code generation in a logical,
  37   /// sane way.  This splits a large block of MAP_NORESERVE'd memory into two
  38   /// sections, one for function stubs, one for the functions themselves.  We
  39   /// have to do this because we may need to emit a function stub while in the
  40   /// middle of emitting a function, and we don't know how large the function we
  41   /// are emitting is.  This never bothers to release the memory, because when
  42   /// we are ready to destroy the JIT, the program exits.
  43   class JITMemoryManager {
  44     unsigned char *MemBase;      // Base of block of memory, start of stub mem
  45     unsigned char *FunctionBase; // Start of the function body area
  46     unsigned char *CurStubPtr, *CurFunctionPtr;
  47   public:
  48     JITMemoryManager();
  49
  50     inline unsigned char *allocateStub(unsigned StubSize);
  51     inline unsigned char *startFunctionBody();
  52     inline void endFunctionBody(unsigned char *FunctionEnd);
  53   };
  54 }
  55
  56 // getMemory - Return a pointer to the specified number of bytes, which is
  57 // mapped as executable readable and writable.
  58 static void *getMemory(unsigned NumBytes) {
  59   if (NumBytes == 0) return 0;
  60   static const long pageSize = sysconf(_SC_PAGESIZE);
  61   unsigned NumPages = (NumBytes+pageSize-1)/pageSize;
  62
  63 #if defined(i386) || defined(__i386__) || defined(__x86__)
  64   /* Linux and *BSD tend to have these flags named differently. */
  65 #if defined(MAP_ANON) && !defined(MAP_ANONYMOUS)
  66 # define MAP_ANONYMOUS MAP_ANON
  67 #endif /* defined(MAP_ANON) && !defined(MAP_ANONYMOUS) */
  68 #elif defined(sparc) || defined(__sparc__) || defined(__sparcv9)
  69 /* nothing */
  70 #else
  71   std::cerr << "This architecture is not supported by the JIT!\n";
  72   abort();
  73 #endif
  74
  75   int fd = -1;
  76 #if defined(__linux__)
  77   fd = 0;
  78 #endif
  79
  80   unsigned mmapFlags = MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS;
  81 #ifdef MAP_NORESERVE
  82   mmapFlags |= MAP_NORESERVE;
  83 #endif
  84
  85   void *pa = mmap(0, pageSize*NumPages, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
  86                   mmapFlags, fd, 0);
  87   if (pa == MAP_FAILED) {
  88     perror("mmap");
  89     abort();
  90   }
  91   return pa;
  92 }
  93
  94 JITMemoryManager::JITMemoryManager() {
  95   // Allocate a 16M block of memory...
  96   MemBase = (unsigned char*)getMemory(16 << 20);
  97   FunctionBase = MemBase + 512*1024; // Use 512k for stubs
  98
  99   // Allocate stubs backwards from the function base, allocate functions forward
 100   // from the function base.
 101   CurStubPtr = CurFunctionPtr = FunctionBase;
 102 }
 103
 104 unsigned char *JITMemoryManager::allocateStub(unsigned StubSize) {
 105   CurStubPtr -= StubSize;
 106   if (CurStubPtr < MemBase) {
 107     std::cerr << "JIT ran out of memory for function stubs!\n";
 108     abort();
 109   }
 110   return CurStubPtr;
 111 }
 112
 113 unsigned char *JITMemoryManager::startFunctionBody() {
 114   // Round up to an even multiple of 4 bytes, this should eventually be target
 115   // specific.
 116   return (unsigned char*)(((intptr_t)CurFunctionPtr + 3) & ~3);
 117 }
 118
 119 void JITMemoryManager::endFunctionBody(unsigned char *FunctionEnd) {
 120   assert(FunctionEnd > CurFunctionPtr);
 121   CurFunctionPtr = FunctionEnd;
 122 }
 123
 124
 125
 126 namespace {
 127   /// Emitter - The JIT implementation of the MachineCodeEmitter, which is used
 128   /// to output functions to memory for execution.
 129   class Emitter : public MachineCodeEmitter {
 130     JITMemoryManager MemMgr;
 131
 132     // CurBlock - The start of the current block of memory.  CurByte - The
 133     // current byte being emitted to.
 134     unsigned char *CurBlock, *CurByte;
 135
 136     // When outputting a function stub in the context of some other function, we
 137     // save CurBlock and CurByte here.
 138     unsigned char *SavedCurBlock, *SavedCurByte;
 139
 140     // ConstantPoolAddresses - Contains the location for each entry in the
 141     // constant pool.
 142     std::vector<void*> ConstantPoolAddresses;
 143   public:
 144     Emitter(JIT &jit) { TheJIT = &jit; }
 145
 146     virtual void startFunction(MachineFunction &F);
 147     virtual void finishFunction(MachineFunction &F);
 148     virtual void emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP);
 149     virtual void startFunctionStub(const Function &F, unsigned StubSize);
 150     virtual void* finishFunctionStub(const Function &F);
 151     virtual void emitByte(unsigned char B);
 152     virtual void emitWord(unsigned W);
 153     virtual void emitWordAt(unsigned W, unsigned *Ptr);
 154
 155     virtual uint64_t getGlobalValueAddress(GlobalValue *V);
 156     virtual uint64_t getGlobalValueAddress(const std::string &Name);
 157     virtual uint64_t getConstantPoolEntryAddress(unsigned Entry);
 158     virtual uint64_t getCurrentPCValue();
 159
 160     // forceCompilationOf - Force the compilation of the specified function, and
 161     // return its address, because we REALLY need the address now.
 162     //
 163     // FIXME: This is JIT specific!
 164     //
 165     virtual uint64_t forceCompilationOf(Function *F);
 166   };
 167 }
 168
 169 MachineCodeEmitter *JIT::createEmitter(JIT &jit) {
 170   return new Emitter(jit);
 171 }
 172
 173 void Emitter::startFunction(MachineFunction &F) {
 174   CurByte = CurBlock = MemMgr.startFunctionBody();
 175   TheJIT->addGlobalMapping(F.getFunction(), CurBlock);
 176 }
 177
 178 void Emitter::finishFunction(MachineFunction &F) {
 179   MemMgr.endFunctionBody(CurByte);
 180   ConstantPoolAddresses.clear();
 181   NumBytes += CurByte-CurBlock;
 182
 183   DEBUG(std::cerr << "Finished CodeGen of [" << (void*)CurBlock
 184                   << "] Function: " << F.getFunction()->getName()
 185                   << ": " << CurByte-CurBlock << " bytes of text\n");
 186 }
 187
 188 void Emitter::emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP) {
 189   const std::vector<Constant*> &Constants = MCP->getConstants();
 190   if (Constants.empty()) return;
 191
 192   std::vector<unsigned> ConstantOffset;
 193   ConstantOffset.reserve(Constants.size());
 194
 195   // Calculate how much space we will need for all the constants, and the offset
 196   // each one will live in.
 197   unsigned TotalSize = 0;
 198   for (unsigned i = 0, e = Constants.size(); i != e; ++i) {
 199     const Type *Ty = Constants[i]->getType();
 200     unsigned Size      = TheJIT->getTargetData().getTypeSize(Ty);
 201     unsigned Alignment = TheJIT->getTargetData().getTypeAlignment(Ty);
 202     // Make sure to take into account the alignment requirements of the type.
 203     TotalSize = (TotalSize + Alignment-1) & ~(Alignment-1);
 204
 205     // Remember the offset this element lives at.
 206     ConstantOffset.push_back(TotalSize);
 207     TotalSize += Size;   // Reserve space for the constant.
 208   }
 209
 210   // Now that we know how much memory to allocate, do so.
 211   char *Pool = new char[TotalSize];
 212
 213   // Actually output all of the constants, and remember their addresses.
 214   for (unsigned i = 0, e = Constants.size(); i != e; ++i) {
 215     void *Addr = Pool + ConstantOffset[i];
 216     TheJIT->InitializeMemory(Constants[i], Addr);
 217     ConstantPoolAddresses.push_back(Addr);
 218   }
 219 }
 220
 221 void Emitter::startFunctionStub(const Function &F, unsigned StubSize) {
 222   SavedCurBlock = CurBlock;  SavedCurByte = CurByte;
 223   CurByte = CurBlock = MemMgr.allocateStub(StubSize);
 224 }
 225
 226 void *Emitter::finishFunctionStub(const Function &F) {
 227   NumBytes += CurByte-CurBlock;
 228   DEBUG(std::cerr << "Finished CodeGen of [0x" << std::hex
 229                   << (unsigned)(intptr_t)CurBlock
 230                   << std::dec << "] Function stub for: " << F.getName()
 231                   << ": " << CurByte-CurBlock << " bytes of text\n");
 232   std::swap(CurBlock, SavedCurBlock);
 233   CurByte = SavedCurByte;
 234   return SavedCurBlock;
 235 }
 236
 237 void Emitter::emitByte(unsigned char B) {
 238   *CurByte++ = B;   // Write the byte to memory
 239 }
 240
 241 void Emitter::emitWord(unsigned W) {
 242   // This won't work if the endianness of the host and target don't agree!  (For
 243   // a JIT this can't happen though.  :)
 244   *(unsigned*)CurByte = W;
 245   CurByte += sizeof(unsigned);
 246 }
 247
 248 void Emitter::emitWordAt(unsigned W, unsigned *Ptr) {
 249   *Ptr = W;
 250 }
 251
 252 uint64_t Emitter::getGlobalValueAddress(GlobalValue *V) {
 253   // Try looking up the function to see if it is already compiled, if not return
 254   // 0.
 255   if (isa<Function>(V))
 256     return (intptr_t)TheJIT->getPointerToGlobalIfAvailable(V);
 257   else {
 258     return (intptr_t)TheJIT->getOrEmitGlobalVariable(cast<GlobalVariable>(V));
 259   }
 260 }
 261 uint64_t Emitter::getGlobalValueAddress(const std::string &Name) {
 262   return (intptr_t)TheJIT->getPointerToNamedFunction(Name);
 263 }
 264
 265 // getConstantPoolEntryAddress - Return the address of the 'ConstantNum' entry
 266 // in the constant pool that was last emitted with the 'emitConstantPool'
 267 // method.
 268 //
 269 uint64_t Emitter::getConstantPoolEntryAddress(unsigned ConstantNum) {
 270   assert(ConstantNum < ConstantPoolAddresses.size() &&
 271          "Invalid ConstantPoolIndex!");
 272   return (intptr_t)ConstantPoolAddresses[ConstantNum];
 273 }
 274
 275 // getCurrentPCValue - This returns the address that the next emitted byte
 276 // will be output to.
 277 //
 278 uint64_t Emitter::getCurrentPCValue() {
 279   return (intptr_t)CurByte;
 280 }
 281
 282 uint64_t Emitter::forceCompilationOf(Function *F) {
 283   return (intptr_t)TheJIT->getPointerToFunction(F);
 284 }
 285
 286 // getPointerToNamedFunction - This function is used as a global wrapper to
 287 // JIT::getPointerToNamedFunction for the purpose of resolving symbols when
 288 // bugpoint is debugging the JIT. In that scenario, we are loading an .so and
 289 // need to resolve function(s) that are being mis-codegenerated, so we need to
 290 // resolve their addresses at runtime, and this is the way to do it.
 291 extern "C" {
 292   void *getPointerToNamedFunction(const char *Name) {
 293     Module &M = TheJIT->getModule();
 294     if (Function *F = M.getNamedFunction(Name))
 295       return TheJIT->getPointerToFunction(F);
 296     return TheJIT->getPointerToNamedFunction(Name);
 297   }
 298 }