lib/ExecutionEngine/JIT/JITEmitter.cpp

   1 //===-- JITEmitter.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 the JIT to
  11 // write machine code to memory and remember where relocatable values are.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "jit"
  16 #include "JIT.h"
  17 #include "llvm/Constant.h"
  18 #include "llvm/Module.h"
  19 #include "llvm/Type.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineCodeEmitter.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineRelocation.h"
  25 #include "llvm/ExecutionEngine/GenericValue.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetJITInfo.h"
  28 #include "llvm/Support/Debug.h"
  29 #include "llvm/Support/MutexGuard.h"
  30 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  31 #include "llvm/System/Memory.h"
  32 #include <algorithm>
  33 #include <iostream>
  34 using namespace llvm;
  35
  36 namespace {
  37   Statistic<> NumBytes("jit", "Number of bytes of machine code compiled");
  38   Statistic<> NumRelos("jit", "Number of relocations applied");
  39   JIT *TheJIT = 0;
  40 }
  41
  42
  43 //===----------------------------------------------------------------------===//
  44 // JITMemoryManager code.
  45 //
  46 namespace {
  47   /// MemoryRangeHeader - For a range of memory, this is the header that we put
  48   /// on the block of memory.  It is carefully crafted to be one word of memory.
  49   /// Allocated blocks have just this header, free'd blocks have FreeRangeHeader
  50   /// which starts with this.
  51   struct FreeRangeHeader;
  52   struct MemoryRangeHeader {
  53     /// ThisAllocated - This is true if this block is currently allocated.  If
  54     /// not, this can be converted to a FreeRangeHeader.
  55     intptr_t ThisAllocated : 1;
  56
  57     /// PrevAllocated - Keep track of whether the block immediately before us is
  58     /// allocated.  If not, the word immediately before this header is the size
  59     /// of the previous block.
  60     intptr_t PrevAllocated : 1;
  61
  62     /// BlockSize - This is the size in bytes of this memory block,
  63     /// including this header.
  64     uintptr_t BlockSize : (sizeof(intptr_t)*8 - 2);
  65
  66
  67     /// getBlockAfter - Return the memory block immediately after this one.
  68     ///
  69     MemoryRangeHeader &getBlockAfter() const {
  70       return *(MemoryRangeHeader*)((char*)this+BlockSize);
  71     }
  72
  73     /// getFreeBlockBefore - If the block before this one is free, return it,
  74     /// otherwise return null.
  75     FreeRangeHeader *getFreeBlockBefore() const {
  76       if (PrevAllocated) return 0;
  77       intptr_t PrevSize = ((intptr_t *)this)[-1];
  78       return (FreeRangeHeader*)((char*)this-PrevSize);
  79     }
  80
  81     /// FreeBlock - Turn an allocated block into a free block, adjusting
  82     /// bits in the object headers, and adding an end of region memory block.
  83     FreeRangeHeader *FreeBlock(FreeRangeHeader *FreeList);
  84
  85     /// TrimAllocationToSize - If this allocated block is significantly larger
  86     /// than NewSize, split it into two pieces (where the former is NewSize
  87     /// bytes, including the header), and add the new block to the free list.
  88     FreeRangeHeader *TrimAllocationToSize(FreeRangeHeader *FreeList,
  89                                           uint64_t NewSize);
  90   };
  91
  92   /// FreeRangeHeader - For a memory block that isn't already allocated, this
  93   /// keeps track of the current block and has a pointer to the next free block.
  94   /// Free blocks are kept on a circularly linked list.
  95   struct FreeRangeHeader : public MemoryRangeHeader {
  96     FreeRangeHeader *Prev;
  97     FreeRangeHeader *Next;
  98
  99     /// getMinBlockSize - Get the minimum size for a memory block.  Blocks
 100     /// smaller than this size cannot be created.
 101     static unsigned getMinBlockSize() {
 102       return sizeof(FreeRangeHeader)+sizeof(intptr_t);
 103     }
 104
 105     /// SetEndOfBlockSizeMarker - The word at the end of every free block is
 106     /// known to be the size of the free block.  Set it for this block.
 107     void SetEndOfBlockSizeMarker() {
 108       void *EndOfBlock = (char*)this + BlockSize;
 109       ((intptr_t *)EndOfBlock)[-1] = BlockSize;
 110     }
 111
 112     FreeRangeHeader *RemoveFromFreeList() {
 113       assert(Next->Prev == this && Prev->Next == this && "Freelist broken!");
 114       Next->Prev = Prev;
 115       return Prev->Next = Next;
 116     }
 117
 118     void AddToFreeList(FreeRangeHeader *FreeList) {
 119       Next = FreeList;
 120       Prev = FreeList->Prev;
 121       Prev->Next = this;
 122       Next->Prev = this;
 123     }
 124
 125     /// GrowBlock - The block after this block just got deallocated.  Merge it
 126     /// into the current block.
 127     void GrowBlock(uintptr_t NewSize);
 128
 129     /// AllocateBlock - Mark this entire block allocated, updating freelists
 130     /// etc.  This returns a pointer to the circular free-list.
 131     FreeRangeHeader *AllocateBlock();
 132   };
 133 }
 134
 135
 136 /// AllocateBlock - Mark this entire block allocated, updating freelists
 137 /// etc.  This returns a pointer to the circular free-list.
 138 FreeRangeHeader *FreeRangeHeader::AllocateBlock() {
 139   assert(!ThisAllocated && !getBlockAfter().PrevAllocated &&
 140          "Cannot allocate an allocated block!");
 141   // Mark this block allocated.
 142   ThisAllocated = 1;
 143   getBlockAfter().PrevAllocated = 1;
 144
 145   // Remove it from the free list.
 146   return RemoveFromFreeList();
 147 }
 148
 149 /// FreeBlock - Turn an allocated block into a free block, adjusting
 150 /// bits in the object headers, and adding an end of region memory block.
 151 /// If possible, coallesce this block with neighboring blocks.  Return the
 152 /// FreeRangeHeader to allocate from.
 153 FreeRangeHeader *MemoryRangeHeader::FreeBlock(FreeRangeHeader *FreeList) {
 154   MemoryRangeHeader *FollowingBlock = &getBlockAfter();
 155   assert(ThisAllocated && "This block is already allocated!");
 156   assert(FollowingBlock->PrevAllocated && "Flags out of sync!");
 157
 158   FreeRangeHeader *FreeListToReturn = FreeList;
 159
 160   // If the block after this one is free, merge it into this block.
 161   if (!FollowingBlock->ThisAllocated) {
 162     FreeRangeHeader &FollowingFreeBlock = *(FreeRangeHeader *)FollowingBlock;
 163     // "FreeList" always needs to be a valid free block.  If we're about to
 164     // coallesce with it, update our notion of what the free list is.
 165     if (&FollowingFreeBlock == FreeList) {
 166       FreeList = FollowingFreeBlock.Next;
 167       FreeListToReturn = 0;
 168       assert(&FollowingFreeBlock != FreeList && "No tombstone block?");
 169     }
 170     FollowingFreeBlock.RemoveFromFreeList();
 171
 172     // Include the following block into this one.
 173     BlockSize += FollowingFreeBlock.BlockSize;
 174     FollowingBlock = &FollowingFreeBlock.getBlockAfter();
 175
 176     // Tell the block after the block we are coallescing that this block is
 177     // allocated.
 178     FollowingBlock->PrevAllocated = 1;
 179   }
 180
 181   assert(FollowingBlock->ThisAllocated && "Missed coallescing?");
 182
 183   if (FreeRangeHeader *PrevFreeBlock = getFreeBlockBefore()) {
 184     PrevFreeBlock->GrowBlock(PrevFreeBlock->BlockSize + BlockSize);
 185     return FreeListToReturn ? FreeListToReturn : PrevFreeBlock;
 186   }
 187
 188   // Otherwise, mark this block free.
 189   FreeRangeHeader &FreeBlock = *(FreeRangeHeader*)this;
 190   FollowingBlock->PrevAllocated = 0;
 191   FreeBlock.ThisAllocated = 0;
 192
 193   // Link this into the linked list of free blocks.
 194   FreeBlock.AddToFreeList(FreeList);
 195
 196   // Add a marker at the end of the block, indicating the size of this free
 197   // block.
 198   FreeBlock.SetEndOfBlockSizeMarker();
 199   return FreeListToReturn ? FreeListToReturn : &FreeBlock;
 200 }
 201
 202 /// GrowBlock - The block after this block just got deallocated.  Merge it
 203 /// into the current block.
 204 void FreeRangeHeader::GrowBlock(uintptr_t NewSize) {
 205   assert(NewSize > BlockSize && "Not growing block?");
 206   BlockSize = NewSize;
 207   SetEndOfBlockSizeMarker();
 208   getBlockAfter().PrevAllocated = 0;
 209 }
 210
 211 /// TrimAllocationToSize - If this allocated block is significantly larger
 212 /// than NewSize, split it into two pieces (where the former is NewSize
 213 /// bytes, including the header), and add the new block to the free list.
 214 FreeRangeHeader *MemoryRangeHeader::
 215 TrimAllocationToSize(FreeRangeHeader *FreeList, uint64_t NewSize) {
 216   assert(ThisAllocated && getBlockAfter().PrevAllocated &&
 217          "Cannot deallocate part of an allocated block!");
 218
 219   // Round up size for alignment of header.
 220   unsigned HeaderAlign = __alignof(FreeRangeHeader);
 221   NewSize = (NewSize+ (HeaderAlign-1)) & ~(HeaderAlign-1);
 222
 223   // Size is now the size of the block we will remove from the start of the
 224   // current block.
 225   assert(NewSize <= BlockSize &&
 226          "Allocating more space from this block than exists!");
 227
 228   // If splitting this block will cause the remainder to be too small, do not
 229   // split the block.
 230   if (BlockSize <= NewSize+FreeRangeHeader::getMinBlockSize())
 231     return FreeList;
 232
 233   // Otherwise, we splice the required number of bytes out of this block, form
 234   // a new block immediately after it, then mark this block allocated.
 235   MemoryRangeHeader &FormerNextBlock = getBlockAfter();
 236
 237   // Change the size of this block.
 238   BlockSize = NewSize;
 239
 240   // Get the new block we just sliced out and turn it into a free block.
 241   FreeRangeHeader &NewNextBlock = (FreeRangeHeader &)getBlockAfter();
 242   NewNextBlock.BlockSize = (char*)&FormerNextBlock - (char*)&NewNextBlock;
 243   NewNextBlock.ThisAllocated = 0;
 244   NewNextBlock.PrevAllocated = 1;
 245   NewNextBlock.SetEndOfBlockSizeMarker();
 246   FormerNextBlock.PrevAllocated = 0;
 247   NewNextBlock.AddToFreeList(FreeList);
 248   return &NewNextBlock;
 249 }
 250
 251
 252 namespace {
 253   /// JITMemoryManager - Manage memory for the JIT code generation in a logical,
 254   /// sane way.  This splits a large block of MAP_NORESERVE'd memory into two
 255   /// sections, one for function stubs, one for the functions themselves.  We
 256   /// have to do this because we may need to emit a function stub while in the
 257   /// middle of emitting a function, and we don't know how large the function we
 258   /// are emitting is.  This never bothers to release the memory, because when
 259   /// we are ready to destroy the JIT, the program exits.
 260   class JITMemoryManager {
 261     std::vector<sys::MemoryBlock> Blocks; // Memory blocks allocated by the JIT
 262     FreeRangeHeader *FreeMemoryList;      // Circular list of free blocks.
 263
 264     // When emitting code into a memory block, this is the block.
 265     MemoryRangeHeader *CurBlock;
 266
 267     unsigned char *CurStubPtr, *StubBase;
 268     unsigned char *GOTBase;      // Target Specific reserved memory
 269
 270     // Centralize memory block allocation.
 271     sys::MemoryBlock getNewMemoryBlock(unsigned size);
 272
 273     std::map<const Function*, MemoryRangeHeader*> FunctionBlocks;
 274   public:
 275     JITMemoryManager(bool useGOT);
 276     ~JITMemoryManager();
 277
 278     inline unsigned char *allocateStub(unsigned StubSize);
 279
 280     /// startFunctionBody - When a function starts, allocate a block of free
 281     /// executable memory, returning a pointer to it and its actual size.
 282     unsigned char *startFunctionBody(uintptr_t &ActualSize) {
 283       CurBlock = FreeMemoryList;
 284
 285       // Allocate the entire memory block.
 286       FreeMemoryList = FreeMemoryList->AllocateBlock();
 287       ActualSize = CurBlock->BlockSize-sizeof(MemoryRangeHeader);
 288       return (unsigned char *)(CurBlock+1);
 289     }
 290
 291     /// endFunctionBody - The function F is now allocated, and takes the memory
 292     /// in the range [FunctionStart,FunctionEnd).
 293     void endFunctionBody(const Function *F, unsigned char *FunctionStart,
 294                          unsigned char *FunctionEnd) {
 295       assert(FunctionEnd > FunctionStart);
 296       assert(FunctionStart == (unsigned char *)(CurBlock+1) &&
 297              "Mismatched function start/end!");
 298
 299       uintptr_t BlockSize = FunctionEnd - (unsigned char *)CurBlock;
 300       FunctionBlocks[F] = CurBlock;
 301
 302       // Release the memory at the end of this block that isn't needed.
 303       FreeMemoryList =CurBlock->TrimAllocationToSize(FreeMemoryList, BlockSize);
 304     }
 305
 306     unsigned char *getGOTBase() const {
 307       return GOTBase;
 308     }
 309     bool isManagingGOT() const {
 310       return GOTBase != NULL;
 311     }
 312
 313     /// deallocateMemForFunction - Deallocate all memory for the specified
 314     /// function body.
 315     void deallocateMemForFunction(const Function *F) {
 316       std::map<const Function*, MemoryRangeHeader*>::iterator
 317         I = FunctionBlocks.find(F);
 318       if (I == FunctionBlocks.end()) return;
 319
 320       // Find the block that is allocated for this function.
 321       MemoryRangeHeader *MemRange = I->second;
 322       assert(MemRange->ThisAllocated && "Block isn't allocated!");
 323
 324       // Fill the buffer with garbage!
 325       DEBUG(memset(MemRange+1, 0xCD, MemRange->BlockSize-sizeof(*MemRange)));
 326
 327       // Free the memory.
 328       FreeMemoryList = MemRange->FreeBlock(FreeMemoryList);
 329
 330       // Finally, remove this entry from FunctionBlocks.
 331       FunctionBlocks.erase(I);
 332     }
 333   };
 334 }
 335
 336 JITMemoryManager::JITMemoryManager(bool useGOT) {
 337   // Allocate a 16M block of memory for functions.
 338   sys::MemoryBlock MemBlock = getNewMemoryBlock(16 << 20);
 339
 340   unsigned char *MemBase = reinterpret_cast<unsigned char*>(MemBlock.base());
 341
 342   // Allocate stubs backwards from the base, allocate functions forward
 343   // from the base.
 344   StubBase   = MemBase;
 345   CurStubPtr = MemBase + 512*1024; // Use 512k for stubs, working backwards.
 346
 347   // We set up the memory chunk with 4 mem regions, like this:
 348   //  [ START
 349   //    [ Free      #0 ] -> Large space to allocate functions from.
 350   //    [ Allocated #1 ] -> Tiny space to separate regions.
 351   //    [ Free      #2 ] -> Tiny space so there is always at least 1 free block.
 352   //    [ Allocated #3 ] -> Tiny space to prevent looking past end of block.
 353   //  END ]
 354   //
 355   // The last three blocks are never deallocated or touched.
 356
 357   // Add MemoryRangeHeader to the end of the memory region, indicating that
 358   // the space after the block of memory is allocated.  This is block #3.
 359   MemoryRangeHeader *Mem3 = (MemoryRangeHeader*)(MemBase+MemBlock.size())-1;
 360   Mem3->ThisAllocated = 1;
 361   Mem3->PrevAllocated = 0;
 362   Mem3->BlockSize     = 0;
 363
 364   /// Add a tiny free region so that the free list always has one entry.
 365   FreeRangeHeader *Mem2 =
 366     (FreeRangeHeader *)(((char*)Mem3)-FreeRangeHeader::getMinBlockSize());
 367   Mem2->ThisAllocated = 0;
 368   Mem2->PrevAllocated = 1;
 369   Mem2->BlockSize     = FreeRangeHeader::getMinBlockSize();
 370   Mem2->SetEndOfBlockSizeMarker();
 371   Mem2->Prev = Mem2;   // Mem2 *is* the free list for now.
 372   Mem2->Next = Mem2;
 373
 374   /// Add a tiny allocated region so that Mem2 is never coallesced away.
 375   MemoryRangeHeader *Mem1 = (MemoryRangeHeader*)Mem2-1;
 376   Mem1->ThisAllocated = 1;
 377   Mem1->PrevAllocated = 0;
 378   Mem1->BlockSize     = (char*)Mem2 - (char*)Mem1;
 379
 380   // Add a FreeRangeHeader to the start of the function body region, indicating
 381   // that the space is free.  Mark the previous block allocated so we never look
 382   // at it.
 383   FreeRangeHeader *Mem0 = (FreeRangeHeader*)CurStubPtr;
 384   Mem0->ThisAllocated = 0;
 385   Mem0->PrevAllocated = 1;
 386   Mem0->BlockSize = (char*)Mem1-(char*)Mem0;
 387   Mem0->SetEndOfBlockSizeMarker();
 388   Mem0->AddToFreeList(Mem2);
 389
 390   // Start out with the freelist pointing to Mem0.
 391   FreeMemoryList = Mem0;
 392
 393   // Allocate the GOT.
 394   GOTBase = NULL;
 395   if (useGOT) GOTBase = new unsigned char[sizeof(void*) * 8192];
 396 }
 397
 398 JITMemoryManager::~JITMemoryManager() {
 399   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i)
 400     sys::Memory::ReleaseRWX(Blocks[i]);
 401
 402   delete[] GOTBase;
 403   Blocks.clear();
 404 }
 405
 406 unsigned char *JITMemoryManager::allocateStub(unsigned StubSize) {
 407   CurStubPtr -= StubSize;
 408   if (CurStubPtr < StubBase) {
 409     // FIXME: allocate a new block
 410     std::cerr << "JIT ran out of memory for function stubs!\n";
 411     abort();
 412   }
 413   return CurStubPtr;
 414 }
 415
 416 sys::MemoryBlock JITMemoryManager::getNewMemoryBlock(unsigned size) {
 417   // Allocate a new block close to the last one.
 418   const sys::MemoryBlock *BOld = Blocks.empty() ? 0 : &Blocks.front();
 419   std::string ErrMsg;
 420   sys::MemoryBlock B = sys::Memory::AllocateRWX(size, BOld, &ErrMsg);
 421   if (B.base() == 0) {
 422     std::cerr << "Allocation failed when allocating new memory in the JIT\n";
 423     std::cerr << ErrMsg << "\n";
 424     abort();
 425   }
 426   Blocks.push_back(B);
 427   return B;
 428 }
 429
 430 //===----------------------------------------------------------------------===//
 431 // JIT lazy compilation code.
 432 //
 433 namespace {
 434   class JITResolverState {
 435   private:
 436     /// FunctionToStubMap - Keep track of the stub created for a particular
 437     /// function so that we can reuse them if necessary.
 438     std::map<Function*, void*> FunctionToStubMap;
 439
 440     /// StubToFunctionMap - Keep track of the function that each stub
 441     /// corresponds to.
 442     std::map<void*, Function*> StubToFunctionMap;
 443
 444   public:
 445     std::map<Function*, void*>& getFunctionToStubMap(const MutexGuard& locked) {
 446       assert(locked.holds(TheJIT->lock));
 447       return FunctionToStubMap;
 448     }
 449
 450     std::map<void*, Function*>& getStubToFunctionMap(const MutexGuard& locked) {
 451       assert(locked.holds(TheJIT->lock));
 452       return StubToFunctionMap;
 453     }
 454   };
 455
 456   /// JITResolver - Keep track of, and resolve, call sites for functions that
 457   /// have not yet been compiled.
 458   class JITResolver {
 459     /// MCE - The MachineCodeEmitter to use to emit stubs with.
 460     MachineCodeEmitter &MCE;
 461
 462     /// LazyResolverFn - The target lazy resolver function that we actually
 463     /// rewrite instructions to use.
 464     TargetJITInfo::LazyResolverFn LazyResolverFn;
 465
 466     JITResolverState state;
 467
 468     /// ExternalFnToStubMap - This is the equivalent of FunctionToStubMap for
 469     /// external functions.
 470     std::map<void*, void*> ExternalFnToStubMap;
 471
 472     //map addresses to indexes in the GOT
 473     std::map<void*, unsigned> revGOTMap;
 474     unsigned nextGOTIndex;
 475
 476   public:
 477     JITResolver(MachineCodeEmitter &mce) : MCE(mce), nextGOTIndex(0) {
 478       LazyResolverFn =
 479         TheJIT->getJITInfo().getLazyResolverFunction(JITCompilerFn);
 480     }
 481
 482     /// getFunctionStub - This returns a pointer to a function stub, creating
 483     /// one on demand as needed.
 484     void *getFunctionStub(Function *F);
 485
 486     /// getExternalFunctionStub - Return a stub for the function at the
 487     /// specified address, created lazily on demand.
 488     void *getExternalFunctionStub(void *FnAddr);
 489
 490     /// AddCallbackAtLocation - If the target is capable of rewriting an
 491     /// instruction without the use of a stub, record the location of the use so
 492     /// we know which function is being used at the location.
 493     void *AddCallbackAtLocation(Function *F, void *Location) {
 494       MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 495       /// Get the target-specific JIT resolver function.
 496       state.getStubToFunctionMap(locked)[Location] = F;
 497       return (void*)(intptr_t)LazyResolverFn;
 498     }
 499
 500     /// getGOTIndexForAddress - Return a new or existing index in the GOT for
 501     /// and address.  This function only manages slots, it does not manage the
 502     /// contents of the slots or the memory associated with the GOT.
 503     unsigned getGOTIndexForAddr(void* addr);
 504
 505     /// JITCompilerFn - This function is called to resolve a stub to a compiled
 506     /// address.  If the LLVM Function corresponding to the stub has not yet
 507     /// been compiled, this function compiles it first.
 508     static void *JITCompilerFn(void *Stub);
 509   };
 510 }
 511
 512 /// getJITResolver - This function returns the one instance of the JIT resolver.
 513 ///
 514 static JITResolver &getJITResolver(MachineCodeEmitter *MCE = 0) {
 515   static JITResolver TheJITResolver(*MCE);
 516   return TheJITResolver;
 517 }
 518
 519 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 520     defined(__APPLE__)
 521 extern "C" void sys_icache_invalidate(const void *Addr, size_t len);
 522 #endif
 523
 524 /// synchronizeICache - On some targets, the JIT emitted code must be
 525 /// explicitly refetched to ensure correct execution.
 526 static void synchronizeICache(const void *Addr, size_t len) {
 527 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 528     defined(__APPLE__)
 529   sys_icache_invalidate(Addr, len);
 530 #endif
 531 }
 532
 533 /// getFunctionStub - This returns a pointer to a function stub, creating
 534 /// one on demand as needed.
 535 void *JITResolver::getFunctionStub(Function *F) {
 536   MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 537
 538   // If we already have a stub for this function, recycle it.
 539   void *&Stub = state.getFunctionToStubMap(locked)[F];
 540   if (Stub) return Stub;
 541
 542   // Call the lazy resolver function unless we already KNOW it is an external
 543   // function, in which case we just skip the lazy resolution step.
 544   void *Actual = (void*)(intptr_t)LazyResolverFn;
 545   if (F->isExternal() && F->hasExternalLinkage())
 546     Actual = TheJIT->getPointerToFunction(F);
 547
 548   // Otherwise, codegen a new stub.  For now, the stub will call the lazy
 549   // resolver function.
 550   Stub = TheJIT->getJITInfo().emitFunctionStub(Actual, MCE);
 551
 552   if (Actual != (void*)(intptr_t)LazyResolverFn) {
 553     // If we are getting the stub for an external function, we really want the
 554     // address of the stub in the GlobalAddressMap for the JIT, not the address
 555     // of the external function.
 556     TheJIT->updateGlobalMapping(F, Stub);
 557   }
 558
 559   // Invalidate the icache if necessary.
 560   synchronizeICache(Stub, MCE.getCurrentPCValue()-(intptr_t)Stub);
 561
 562   DEBUG(std::cerr << "JIT: Stub emitted at [" << Stub << "] for function '"
 563                   << F->getName() << "'\n");
 564
 565   // Finally, keep track of the stub-to-Function mapping so that the
 566   // JITCompilerFn knows which function to compile!
 567   state.getStubToFunctionMap(locked)[Stub] = F;
 568   return Stub;
 569 }
 570
 571 /// getExternalFunctionStub - Return a stub for the function at the
 572 /// specified address, created lazily on demand.
 573 void *JITResolver::getExternalFunctionStub(void *FnAddr) {
 574   // If we already have a stub for this function, recycle it.
 575   void *&Stub = ExternalFnToStubMap[FnAddr];
 576   if (Stub) return Stub;
 577
 578   Stub = TheJIT->getJITInfo().emitFunctionStub(FnAddr, MCE);
 579
 580   // Invalidate the icache if necessary.
 581   synchronizeICache(Stub, MCE.getCurrentPCValue()-(intptr_t)Stub);
 582
 583   DEBUG(std::cerr << "JIT: Stub emitted at [" << Stub
 584         << "] for external function at '" << FnAddr << "'\n");
 585   return Stub;
 586 }
 587
 588 unsigned JITResolver::getGOTIndexForAddr(void* addr) {
 589   unsigned idx = revGOTMap[addr];
 590   if (!idx) {
 591     idx = ++nextGOTIndex;
 592     revGOTMap[addr] = idx;
 593     DEBUG(std::cerr << "Adding GOT entry " << idx
 594           << " for addr " << addr << "\n");
 595     //    ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = addr;
 596   }
 597   return idx;
 598 }
 599
 600 /// JITCompilerFn - This function is called when a lazy compilation stub has
 601 /// been entered.  It looks up which function this stub corresponds to, compiles
 602 /// it if necessary, then returns the resultant function pointer.
 603 void *JITResolver::JITCompilerFn(void *Stub) {
 604   JITResolver &JR = getJITResolver();
 605
 606   MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 607
 608   // The address given to us for the stub may not be exactly right, it might be
 609   // a little bit after the stub.  As such, use upper_bound to find it.
 610   std::map<void*, Function*>::iterator I =
 611     JR.state.getStubToFunctionMap(locked).upper_bound(Stub);
 612   assert(I != JR.state.getStubToFunctionMap(locked).begin() &&
 613          "This is not a known stub!");
 614   Function *F = (--I)->second;
 615
 616   // We might like to remove the stub from the StubToFunction map.
 617   // We can't do that! Multiple threads could be stuck, waiting to acquire the
 618   // lock above. As soon as the 1st function finishes compiling the function,
 619   // the next one will be released, and needs to be able to find the function it
 620   // needs to call.
 621   //JR.state.getStubToFunctionMap(locked).erase(I);
 622
 623   DEBUG(std::cerr << "JIT: Lazily resolving function '" << F->getName()
 624                   << "' In stub ptr = " << Stub << " actual ptr = "
 625                   << I->first << "\n");
 626
 627   void *Result = TheJIT->getPointerToFunction(F);
 628
 629   // We don't need to reuse this stub in the future, as F is now compiled.
 630   JR.state.getFunctionToStubMap(locked).erase(F);
 631
 632   // FIXME: We could rewrite all references to this stub if we knew them.
 633
 634   // What we will do is set the compiled function address to map to the
 635   // same GOT entry as the stub so that later clients may update the GOT
 636   // if they see it still using the stub address.
 637   // Note: this is done so the Resolver doesn't have to manage GOT memory
 638   // Do this without allocating map space if the target isn't using a GOT
 639   if(JR.revGOTMap.find(Stub) != JR.revGOTMap.end())
 640     JR.revGOTMap[Result] = JR.revGOTMap[Stub];
 641
 642   return Result;
 643 }
 644
 645
 646 //===----------------------------------------------------------------------===//
 647 // JITEmitter code.
 648 //
 649 namespace {
 650   /// JITEmitter - The JIT implementation of the MachineCodeEmitter, which is
 651   /// used to output functions to memory for execution.
 652   class JITEmitter : public MachineCodeEmitter {
 653     JITMemoryManager MemMgr;
 654
 655     // When outputting a function stub in the context of some other function, we
 656     // save BufferBegin/BufferEnd/CurBufferPtr here.
 657     unsigned char *SavedBufferBegin, *SavedBufferEnd, *SavedCurBufferPtr;
 658
 659     /// Relocations - These are the relocations that the function needs, as
 660     /// emitted.
 661     std::vector<MachineRelocation> Relocations;
 662
 663     /// MBBLocations - This vector is a mapping from MBB ID's to their address.
 664     /// It is filled in by the StartMachineBasicBlock callback and queried by
 665     /// the getMachineBasicBlockAddress callback.
 666     std::vector<intptr_t> MBBLocations;
 667
 668     /// ConstantPool - The constant pool for the current function.
 669     ///
 670     MachineConstantPool *ConstantPool;
 671
 672     /// ConstantPoolBase - A pointer to the first entry in the constant pool.
 673     ///
 674     void *ConstantPoolBase;
 675
 676     /// JumpTable - The jump tables for the current function.
 677     ///
 678     MachineJumpTableInfo *JumpTable;
 679
 680     /// JumpTableBase - A pointer to the first entry in the jump table.
 681     ///
 682     void *JumpTableBase;
 683 public:
 684     JITEmitter(JIT &jit) : MemMgr(jit.getJITInfo().needsGOT()) {
 685       TheJIT = &jit;
 686       DEBUG(if (MemMgr.isManagingGOT()) std::cerr << "JIT is managing a GOT\n");
 687     }
 688
 689     virtual void startFunction(MachineFunction &F);
 690     virtual bool finishFunction(MachineFunction &F);
 691
 692     void emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP);
 693     void initJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI);
 694     void emitJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI);
 695
 696     virtual void startFunctionStub(unsigned StubSize);
 697     virtual void* finishFunctionStub(const Function *F);
 698
 699     virtual void addRelocation(const MachineRelocation &MR) {
 700       Relocations.push_back(MR);
 701     }
 702
 703     virtual void StartMachineBasicBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
 704       if (MBBLocations.size() <= (unsigned)MBB->getNumber())
 705         MBBLocations.resize((MBB->getNumber()+1)*2);
 706       MBBLocations[MBB->getNumber()] = getCurrentPCValue();
 707     }
 708
 709     virtual intptr_t getConstantPoolEntryAddress(unsigned Entry) const;
 710     virtual intptr_t getJumpTableEntryAddress(unsigned Entry) const;
 711
 712     virtual intptr_t getMachineBasicBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB) const {
 713       assert(MBBLocations.size() > (unsigned)MBB->getNumber() &&
 714              MBBLocations[MBB->getNumber()] && "MBB not emitted!");
 715       return MBBLocations[MBB->getNumber()];
 716     }
 717
 718     /// deallocateMemForFunction - Deallocate all memory for the specified
 719     /// function body.
 720     void deallocateMemForFunction(Function *F) {
 721       MemMgr.deallocateMemForFunction(F);
 722     }
 723   private:
 724     void *getPointerToGlobal(GlobalValue *GV, void *Reference, bool NoNeedStub);
 725   };
 726 }
 727
 728 void *JITEmitter::getPointerToGlobal(GlobalValue *V, void *Reference,
 729                                      bool DoesntNeedStub) {
 730   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
 731     /// FIXME: If we straightened things out, this could actually emit the
 732     /// global immediately instead of queuing it for codegen later!
 733     return TheJIT->getOrEmitGlobalVariable(GV);
 734   }
 735
 736   // If we have already compiled the function, return a pointer to its body.
 737   Function *F = cast<Function>(V);
 738   void *ResultPtr = TheJIT->getPointerToGlobalIfAvailable(F);
 739   if (ResultPtr) return ResultPtr;
 740
 741   if (F->hasExternalLinkage() && F->isExternal()) {
 742     // If this is an external function pointer, we can force the JIT to
 743     // 'compile' it, which really just adds it to the map.
 744     if (DoesntNeedStub)
 745       return TheJIT->getPointerToFunction(F);
 746
 747     return getJITResolver(this).getFunctionStub(F);
 748   }
 749
 750   // Okay, the function has not been compiled yet, if the target callback
 751   // mechanism is capable of rewriting the instruction directly, prefer to do
 752   // that instead of emitting a stub.
 753   if (DoesntNeedStub)
 754     return getJITResolver(this).AddCallbackAtLocation(F, Reference);
 755
 756   // Otherwise, we have to emit a lazy resolving stub.
 757   return getJITResolver(this).getFunctionStub(F);
 758 }
 759
 760 void JITEmitter::startFunction(MachineFunction &F) {
 761   uintptr_t ActualSize;
 762   BufferBegin = CurBufferPtr = MemMgr.startFunctionBody(ActualSize);
 763   BufferEnd = BufferBegin+ActualSize;
 764
 765   emitConstantPool(F.getConstantPool());
 766   initJumpTableInfo(F.getJumpTableInfo());
 767
 768   // About to start emitting the machine code for the function.
 769   emitAlignment(std::max(F.getFunction()->getAlignment(), 8U));
 770   TheJIT->updateGlobalMapping(F.getFunction(), CurBufferPtr);
 771
 772   MBBLocations.clear();
 773 }
 774
 775 bool JITEmitter::finishFunction(MachineFunction &F) {
 776   if (CurBufferPtr == BufferEnd) {
 777     // FIXME: Allocate more space, then try again.
 778     std::cerr << "JIT: Ran out of space for generated machine code!\n";
 779     abort();
 780   }
 781
 782   emitJumpTableInfo(F.getJumpTableInfo());
 783
 784   // FnStart is the start of the text, not the start of the constant pool and
 785   // other per-function data.
 786   unsigned char *FnStart =
 787     (unsigned char *)TheJIT->getPointerToGlobalIfAvailable(F.getFunction());
 788   unsigned char *FnEnd   = CurBufferPtr;
 789
 790   MemMgr.endFunctionBody(F.getFunction(), BufferBegin, FnEnd);
 791   NumBytes += FnEnd-FnStart;
 792
 793   if (!Relocations.empty()) {
 794     NumRelos += Relocations.size();
 795
 796     // Resolve the relocations to concrete pointers.
 797     for (unsigned i = 0, e = Relocations.size(); i != e; ++i) {
 798       MachineRelocation &MR = Relocations[i];
 799       void *ResultPtr;
 800       if (MR.isString()) {
 801         ResultPtr = TheJIT->getPointerToNamedFunction(MR.getString());
 802
 803         // If the target REALLY wants a stub for this function, emit it now.
 804         if (!MR.doesntNeedFunctionStub())
 805           ResultPtr = getJITResolver(this).getExternalFunctionStub(ResultPtr);
 806       } else if (MR.isGlobalValue()) {
 807         ResultPtr = getPointerToGlobal(MR.getGlobalValue(),
 808                                        BufferBegin+MR.getMachineCodeOffset(),
 809                                        MR.doesntNeedFunctionStub());
 810       } else if (MR.isBasicBlock()) {
 811         ResultPtr = (void*)getMachineBasicBlockAddress(MR.getBasicBlock());
 812       } else if (MR.isConstantPoolIndex()){
 813         ResultPtr=(void*)getConstantPoolEntryAddress(MR.getConstantPoolIndex());
 814       } else {
 815         assert(MR.isJumpTableIndex());
 816         ResultPtr=(void*)getJumpTableEntryAddress(MR.getJumpTableIndex());
 817       }
 818
 819       MR.setResultPointer(ResultPtr);
 820
 821       // if we are managing the GOT and the relocation wants an index,
 822       // give it one
 823       if (MemMgr.isManagingGOT() && MR.isGOTRelative()) {
 824         unsigned idx = getJITResolver(this).getGOTIndexForAddr(ResultPtr);
 825         MR.setGOTIndex(idx);
 826         if (((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] != ResultPtr) {
 827           DEBUG(std::cerr << "GOT was out of date for " << ResultPtr
 828                 << " pointing at " << ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx]
 829                 << "\n");
 830           ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = ResultPtr;
 831         }
 832       }
 833     }
 834
 835     TheJIT->getJITInfo().relocate(BufferBegin, &Relocations[0],
 836                                   Relocations.size(), MemMgr.getGOTBase());
 837   }
 838
 839   // Update the GOT entry for F to point to the new code.
 840   if(MemMgr.isManagingGOT()) {
 841     unsigned idx = getJITResolver(this).getGOTIndexForAddr((void*)BufferBegin);
 842     if (((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] != (void*)BufferBegin) {
 843       DEBUG(std::cerr << "GOT was out of date for " << (void*)BufferBegin
 844             << " pointing at " << ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] << "\n");
 845       ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = (void*)BufferBegin;
 846     }
 847   }
 848
 849   // Invalidate the icache if necessary.
 850   synchronizeICache(FnStart, FnEnd-FnStart);
 851
 852   DEBUG(std::cerr << "JIT: Finished CodeGen of [" << (void*)FnStart
 853                   << "] Function: " << F.getFunction()->getName()
 854                   << ": " << (FnEnd-FnStart) << " bytes of text, "
 855                   << Relocations.size() << " relocations\n");
 856   Relocations.clear();
 857   return false;
 858 }
 859
 860 void JITEmitter::emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP) {
 861   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &Constants = MCP->getConstants();
 862   if (Constants.empty()) return;
 863
 864   MachineConstantPoolEntry CPE = Constants.back();
 865   unsigned Size = CPE.Offset;
 866   const Type *Ty = CPE.isMachineConstantPoolEntry()
 867     ? CPE.Val.ConstVal->getType() : CPE.Val.MachineCPVal->getType();
 868   Size += TheJIT->getTargetData()->getTypeSize(Ty);
 869
 870   ConstantPoolBase = allocateSpace(Size, 1 << MCP->getConstantPoolAlignment());
 871   ConstantPool = MCP;
 872
 873   if (ConstantPoolBase == 0) return;  // Buffer overflow.
 874
 875   // Initialize the memory for all of the constant pool entries.
 876   for (unsigned i = 0, e = Constants.size(); i != e; ++i) {
 877     void *CAddr = (char*)ConstantPoolBase+Constants[i].Offset;
 878     if (Constants[i].isMachineConstantPoolEntry()) {
 879       // FIXME: add support to lower machine constant pool values into bytes!
 880       std::cerr << "Initialize memory with machine specific constant pool entry"
 881                 << " has not been implemented!\n";
 882       abort();
 883     }
 884     TheJIT->InitializeMemory(Constants[i].Val.ConstVal, CAddr);
 885   }
 886 }
 887
 888 void JITEmitter::initJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI) {
 889   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
 890   if (JT.empty()) return;
 891
 892   unsigned NumEntries = 0;
 893   for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i)
 894     NumEntries += JT[i].MBBs.size();
 895
 896   unsigned EntrySize = MJTI->getEntrySize();
 897
 898   // Just allocate space for all the jump tables now.  We will fix up the actual
 899   // MBB entries in the tables after we emit the code for each block, since then
 900   // we will know the final locations of the MBBs in memory.
 901   JumpTable = MJTI;
 902   JumpTableBase = allocateSpace(NumEntries * EntrySize, MJTI->getAlignment());
 903 }
 904
 905 void JITEmitter::emitJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI) {
 906   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
 907   if (JT.empty() || JumpTableBase == 0) return;
 908
 909   unsigned Offset = 0;
 910   assert(MJTI->getEntrySize() == sizeof(void*) && "Cross JIT'ing?");
 911
 912   // For each jump table, map each target in the jump table to the address of
 913   // an emitted MachineBasicBlock.
 914   intptr_t *SlotPtr = (intptr_t*)JumpTableBase;
 915
 916   for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i) {
 917     const std::vector<MachineBasicBlock*> &MBBs = JT[i].MBBs;
 918     // Store the address of the basic block for this jump table slot in the
 919     // memory we allocated for the jump table in 'initJumpTableInfo'
 920     for (unsigned mi = 0, me = MBBs.size(); mi != me; ++mi)
 921       *SlotPtr++ = getMachineBasicBlockAddress(MBBs[mi]);
 922   }
 923 }
 924
 925 void JITEmitter::startFunctionStub(unsigned StubSize) {
 926   SavedBufferBegin = BufferBegin;
 927   SavedBufferEnd = BufferEnd;
 928   SavedCurBufferPtr = CurBufferPtr;
 929
 930   BufferBegin = CurBufferPtr = MemMgr.allocateStub(StubSize);
 931   BufferEnd = BufferBegin+StubSize+1;
 932 }
 933
 934 void *JITEmitter::finishFunctionStub(const Function *F) {
 935   NumBytes += getCurrentPCOffset();
 936   std::swap(SavedBufferBegin, BufferBegin);
 937   BufferEnd = SavedBufferEnd;
 938   CurBufferPtr = SavedCurBufferPtr;
 939   return SavedBufferBegin;
 940 }
 941
 942 // getConstantPoolEntryAddress - Return the address of the 'ConstantNum' entry
 943 // in the constant pool that was last emitted with the 'emitConstantPool'
 944 // method.
 945 //
 946 intptr_t JITEmitter::getConstantPoolEntryAddress(unsigned ConstantNum) const {
 947   assert(ConstantNum < ConstantPool->getConstants().size() &&
 948          "Invalid ConstantPoolIndex!");
 949   return (intptr_t)ConstantPoolBase +
 950          ConstantPool->getConstants()[ConstantNum].Offset;
 951 }
 952
 953 // getJumpTableEntryAddress - Return the address of the JumpTable with index
 954 // 'Index' in the jumpp table that was last initialized with 'initJumpTableInfo'
 955 //
 956 intptr_t JITEmitter::getJumpTableEntryAddress(unsigned Index) const {
 957   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = JumpTable->getJumpTables();
 958   assert(Index < JT.size() && "Invalid jump table index!");
 959
 960   unsigned Offset = 0;
 961   unsigned EntrySize = JumpTable->getEntrySize();
 962
 963   for (unsigned i = 0; i < Index; ++i)
 964     Offset += JT[i].MBBs.size() * EntrySize;
 965
 966   return (intptr_t)((char *)JumpTableBase + Offset);
 967 }
 968
 969 //===----------------------------------------------------------------------===//
 970 //  Public interface to this file
 971 //===----------------------------------------------------------------------===//
 972
 973 MachineCodeEmitter *JIT::createEmitter(JIT &jit) {
 974   return new JITEmitter(jit);
 975 }
 976
 977 // getPointerToNamedFunction - This function is used as a global wrapper to
 978 // JIT::getPointerToNamedFunction for the purpose of resolving symbols when
 979 // bugpoint is debugging the JIT. In that scenario, we are loading an .so and
 980 // need to resolve function(s) that are being mis-codegenerated, so we need to
 981 // resolve their addresses at runtime, and this is the way to do it.
 982 extern "C" {
 983   void *getPointerToNamedFunction(const char *Name) {
 984     if (Function *F = TheJIT->FindFunctionNamed(Name))
 985       return TheJIT->getPointerToFunction(F);
 986     return TheJIT->getPointerToNamedFunction(Name);
 987   }
 988 }
 989
 990 // getPointerToFunctionOrStub - If the specified function has been
 991 // code-gen'd, return a pointer to the function.  If not, compile it, or use
 992 // a stub to implement lazy compilation if available.
 993 //
 994 void *JIT::getPointerToFunctionOrStub(Function *F) {
 995   // If we have already code generated the function, just return the address.
 996   if (void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F))
 997     return Addr;
 998
 999   // Get a stub if the target supports it
1000   return getJITResolver(MCE).getFunctionStub(F);
1001 }
1002
1003 /// freeMachineCodeForFunction - release machine code memory for given Function.
1004 ///
1005 void JIT::freeMachineCodeForFunction(Function *F) {
1006   // Delete translation for this from the ExecutionEngine, so it will get
1007   // retranslated next time it is used.
1008   updateGlobalMapping(F, 0);
1009
1010   // Free the actual memory for the function body and related stuff.
1011   assert(dynamic_cast<JITEmitter*>(MCE) && "Unexpected MCE?");
1012   dynamic_cast<JITEmitter*>(MCE)->deallocateMemForFunction(F);
1013 }
1014