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/Target/TargetMachine.h"
  29 #include "llvm/Support/Debug.h"
  30 #include "llvm/Support/MutexGuard.h"
  31 #include "llvm/System/Disassembler.h"
  32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  33 #include "llvm/System/Memory.h"
  34 #include <algorithm>
  35 using namespace llvm;
  36
  37 STATISTIC(NumBytes, "Number of bytes of machine code compiled");
  38 STATISTIC(NumRelos, "Number of relocations applied");
  39 static JIT *TheJIT = 0;
  40
  41 //===----------------------------------------------------------------------===//
  42 // JITMemoryManager code.
  43 //
  44 namespace {
  45   /// MemoryRangeHeader - For a range of memory, this is the header that we put
  46   /// on the block of memory.  It is carefully crafted to be one word of memory.
  47   /// Allocated blocks have just this header, free'd blocks have FreeRangeHeader
  48   /// which starts with this.
  49   struct FreeRangeHeader;
  50   struct MemoryRangeHeader {
  51     /// ThisAllocated - This is true if this block is currently allocated.  If
  52     /// not, this can be converted to a FreeRangeHeader.
  53     intptr_t ThisAllocated : 1;
  54
  55     /// PrevAllocated - Keep track of whether the block immediately before us is
  56     /// allocated.  If not, the word immediately before this header is the size
  57     /// of the previous block.
  58     intptr_t PrevAllocated : 1;
  59
  60     /// BlockSize - This is the size in bytes of this memory block,
  61     /// including this header.
  62     uintptr_t BlockSize : (sizeof(intptr_t)*8 - 2);
  63
  64
  65     /// getBlockAfter - Return the memory block immediately after this one.
  66     ///
  67     MemoryRangeHeader &getBlockAfter() const {
  68       return *(MemoryRangeHeader*)((char*)this+BlockSize);
  69     }
  70
  71     /// getFreeBlockBefore - If the block before this one is free, return it,
  72     /// otherwise return null.
  73     FreeRangeHeader *getFreeBlockBefore() const {
  74       if (PrevAllocated) return 0;
  75       intptr_t PrevSize = ((intptr_t *)this)[-1];
  76       return (FreeRangeHeader*)((char*)this-PrevSize);
  77     }
  78
  79     /// FreeBlock - Turn an allocated block into a free block, adjusting
  80     /// bits in the object headers, and adding an end of region memory block.
  81     FreeRangeHeader *FreeBlock(FreeRangeHeader *FreeList);
  82
  83     /// TrimAllocationToSize - If this allocated block is significantly larger
  84     /// than NewSize, split it into two pieces (where the former is NewSize
  85     /// bytes, including the header), and add the new block to the free list.
  86     FreeRangeHeader *TrimAllocationToSize(FreeRangeHeader *FreeList,
  87                                           uint64_t NewSize);
  88   };
  89
  90   /// FreeRangeHeader - For a memory block that isn't already allocated, this
  91   /// keeps track of the current block and has a pointer to the next free block.
  92   /// Free blocks are kept on a circularly linked list.
  93   struct FreeRangeHeader : public MemoryRangeHeader {
  94     FreeRangeHeader *Prev;
  95     FreeRangeHeader *Next;
  96
  97     /// getMinBlockSize - Get the minimum size for a memory block.  Blocks
  98     /// smaller than this size cannot be created.
  99     static unsigned getMinBlockSize() {
 100       return sizeof(FreeRangeHeader)+sizeof(intptr_t);
 101     }
 102
 103     /// SetEndOfBlockSizeMarker - The word at the end of every free block is
 104     /// known to be the size of the free block.  Set it for this block.
 105     void SetEndOfBlockSizeMarker() {
 106       void *EndOfBlock = (char*)this + BlockSize;
 107       ((intptr_t *)EndOfBlock)[-1] = BlockSize;
 108     }
 109
 110     FreeRangeHeader *RemoveFromFreeList() {
 111       assert(Next->Prev == this && Prev->Next == this && "Freelist broken!");
 112       Next->Prev = Prev;
 113       return Prev->Next = Next;
 114     }
 115
 116     void AddToFreeList(FreeRangeHeader *FreeList) {
 117       Next = FreeList;
 118       Prev = FreeList->Prev;
 119       Prev->Next = this;
 120       Next->Prev = this;
 121     }
 122
 123     /// GrowBlock - The block after this block just got deallocated.  Merge it
 124     /// into the current block.
 125     void GrowBlock(uintptr_t NewSize);
 126
 127     /// AllocateBlock - Mark this entire block allocated, updating freelists
 128     /// etc.  This returns a pointer to the circular free-list.
 129     FreeRangeHeader *AllocateBlock();
 130   };
 131 }
 132
 133
 134 /// AllocateBlock - Mark this entire block allocated, updating freelists
 135 /// etc.  This returns a pointer to the circular free-list.
 136 FreeRangeHeader *FreeRangeHeader::AllocateBlock() {
 137   assert(!ThisAllocated && !getBlockAfter().PrevAllocated &&
 138          "Cannot allocate an allocated block!");
 139   // Mark this block allocated.
 140   ThisAllocated = 1;
 141   getBlockAfter().PrevAllocated = 1;
 142
 143   // Remove it from the free list.
 144   return RemoveFromFreeList();
 145 }
 146
 147 /// FreeBlock - Turn an allocated block into a free block, adjusting
 148 /// bits in the object headers, and adding an end of region memory block.
 149 /// If possible, coallesce this block with neighboring blocks.  Return the
 150 /// FreeRangeHeader to allocate from.
 151 FreeRangeHeader *MemoryRangeHeader::FreeBlock(FreeRangeHeader *FreeList) {
 152   MemoryRangeHeader *FollowingBlock = &getBlockAfter();
 153   assert(ThisAllocated && "This block is already allocated!");
 154   assert(FollowingBlock->PrevAllocated && "Flags out of sync!");
 155
 156   FreeRangeHeader *FreeListToReturn = FreeList;
 157
 158   // If the block after this one is free, merge it into this block.
 159   if (!FollowingBlock->ThisAllocated) {
 160     FreeRangeHeader &FollowingFreeBlock = *(FreeRangeHeader *)FollowingBlock;
 161     // "FreeList" always needs to be a valid free block.  If we're about to
 162     // coallesce with it, update our notion of what the free list is.
 163     if (&FollowingFreeBlock == FreeList) {
 164       FreeList = FollowingFreeBlock.Next;
 165       FreeListToReturn = 0;
 166       assert(&FollowingFreeBlock != FreeList && "No tombstone block?");
 167     }
 168     FollowingFreeBlock.RemoveFromFreeList();
 169
 170     // Include the following block into this one.
 171     BlockSize += FollowingFreeBlock.BlockSize;
 172     FollowingBlock = &FollowingFreeBlock.getBlockAfter();
 173
 174     // Tell the block after the block we are coallescing that this block is
 175     // allocated.
 176     FollowingBlock->PrevAllocated = 1;
 177   }
 178
 179   assert(FollowingBlock->ThisAllocated && "Missed coallescing?");
 180
 181   if (FreeRangeHeader *PrevFreeBlock = getFreeBlockBefore()) {
 182     PrevFreeBlock->GrowBlock(PrevFreeBlock->BlockSize + BlockSize);
 183     return FreeListToReturn ? FreeListToReturn : PrevFreeBlock;
 184   }
 185
 186   // Otherwise, mark this block free.
 187   FreeRangeHeader &FreeBlock = *(FreeRangeHeader*)this;
 188   FollowingBlock->PrevAllocated = 0;
 189   FreeBlock.ThisAllocated = 0;
 190
 191   // Link this into the linked list of free blocks.
 192   FreeBlock.AddToFreeList(FreeList);
 193
 194   // Add a marker at the end of the block, indicating the size of this free
 195   // block.
 196   FreeBlock.SetEndOfBlockSizeMarker();
 197   return FreeListToReturn ? FreeListToReturn : &FreeBlock;
 198 }
 199
 200 /// GrowBlock - The block after this block just got deallocated.  Merge it
 201 /// into the current block.
 202 void FreeRangeHeader::GrowBlock(uintptr_t NewSize) {
 203   assert(NewSize > BlockSize && "Not growing block?");
 204   BlockSize = NewSize;
 205   SetEndOfBlockSizeMarker();
 206   getBlockAfter().PrevAllocated = 0;
 207 }
 208
 209 /// TrimAllocationToSize - If this allocated block is significantly larger
 210 /// than NewSize, split it into two pieces (where the former is NewSize
 211 /// bytes, including the header), and add the new block to the free list.
 212 FreeRangeHeader *MemoryRangeHeader::
 213 TrimAllocationToSize(FreeRangeHeader *FreeList, uint64_t NewSize) {
 214   assert(ThisAllocated && getBlockAfter().PrevAllocated &&
 215          "Cannot deallocate part of an allocated block!");
 216
 217   // Round up size for alignment of header.
 218   unsigned HeaderAlign = __alignof(FreeRangeHeader);
 219   NewSize = (NewSize+ (HeaderAlign-1)) & ~(HeaderAlign-1);
 220
 221   // Size is now the size of the block we will remove from the start of the
 222   // current block.
 223   assert(NewSize <= BlockSize &&
 224          "Allocating more space from this block than exists!");
 225
 226   // If splitting this block will cause the remainder to be too small, do not
 227   // split the block.
 228   if (BlockSize <= NewSize+FreeRangeHeader::getMinBlockSize())
 229     return FreeList;
 230
 231   // Otherwise, we splice the required number of bytes out of this block, form
 232   // a new block immediately after it, then mark this block allocated.
 233   MemoryRangeHeader &FormerNextBlock = getBlockAfter();
 234
 235   // Change the size of this block.
 236   BlockSize = NewSize;
 237
 238   // Get the new block we just sliced out and turn it into a free block.
 239   FreeRangeHeader &NewNextBlock = (FreeRangeHeader &)getBlockAfter();
 240   NewNextBlock.BlockSize = (char*)&FormerNextBlock - (char*)&NewNextBlock;
 241   NewNextBlock.ThisAllocated = 0;
 242   NewNextBlock.PrevAllocated = 1;
 243   NewNextBlock.SetEndOfBlockSizeMarker();
 244   FormerNextBlock.PrevAllocated = 0;
 245   NewNextBlock.AddToFreeList(FreeList);
 246   return &NewNextBlock;
 247 }
 248
 249
 250 namespace {
 251   /// JITMemoryManager - Manage memory for the JIT code generation in a logical,
 252   /// sane way.  This splits a large block of MAP_NORESERVE'd memory into two
 253   /// sections, one for function stubs, one for the functions themselves.  We
 254   /// have to do this because we may need to emit a function stub while in the
 255   /// middle of emitting a function, and we don't know how large the function we
 256   /// are emitting is.  This never bothers to release the memory, because when
 257   /// we are ready to destroy the JIT, the program exits.
 258   class JITMemoryManager {
 259     std::vector<sys::MemoryBlock> Blocks; // Memory blocks allocated by the JIT
 260     FreeRangeHeader *FreeMemoryList;      // Circular list of free blocks.
 261
 262     // When emitting code into a memory block, this is the block.
 263     MemoryRangeHeader *CurBlock;
 264
 265     unsigned char *CurStubPtr, *StubBase;
 266     unsigned char *GOTBase;      // Target Specific reserved memory
 267
 268     // Centralize memory block allocation.
 269     sys::MemoryBlock getNewMemoryBlock(unsigned size);
 270
 271     std::map<const Function*, MemoryRangeHeader*> FunctionBlocks;
 272   public:
 273     JITMemoryManager(bool useGOT);
 274     ~JITMemoryManager();
 275
 276     inline unsigned char *allocateStub(unsigned StubSize, unsigned Alignment);
 277
 278     /// startFunctionBody - When a function starts, allocate a block of free
 279     /// executable memory, returning a pointer to it and its actual size.
 280     unsigned char *startFunctionBody(uintptr_t &ActualSize) {
 281       CurBlock = FreeMemoryList;
 282
 283       // Allocate the entire memory block.
 284       FreeMemoryList = FreeMemoryList->AllocateBlock();
 285       ActualSize = CurBlock->BlockSize-sizeof(MemoryRangeHeader);
 286       return (unsigned char *)(CurBlock+1);
 287     }
 288
 289     /// endFunctionBody - The function F is now allocated, and takes the memory
 290     /// in the range [FunctionStart,FunctionEnd).
 291     void endFunctionBody(const Function *F, unsigned char *FunctionStart,
 292                          unsigned char *FunctionEnd) {
 293       assert(FunctionEnd > FunctionStart);
 294       assert(FunctionStart == (unsigned char *)(CurBlock+1) &&
 295              "Mismatched function start/end!");
 296
 297       uintptr_t BlockSize = FunctionEnd - (unsigned char *)CurBlock;
 298       FunctionBlocks[F] = CurBlock;
 299
 300       // Release the memory at the end of this block that isn't needed.
 301       FreeMemoryList =CurBlock->TrimAllocationToSize(FreeMemoryList, BlockSize);
 302     }
 303
 304     unsigned char *getGOTBase() const {
 305       return GOTBase;
 306     }
 307     bool isManagingGOT() const {
 308       return GOTBase != NULL;
 309     }
 310
 311     /// deallocateMemForFunction - Deallocate all memory for the specified
 312     /// function body.
 313     void deallocateMemForFunction(const Function *F) {
 314       std::map<const Function*, MemoryRangeHeader*>::iterator
 315         I = FunctionBlocks.find(F);
 316       if (I == FunctionBlocks.end()) return;
 317
 318       // Find the block that is allocated for this function.
 319       MemoryRangeHeader *MemRange = I->second;
 320       assert(MemRange->ThisAllocated && "Block isn't allocated!");
 321
 322       // Fill the buffer with garbage!
 323       DEBUG(memset(MemRange+1, 0xCD, MemRange->BlockSize-sizeof(*MemRange)));
 324
 325       // Free the memory.
 326       FreeMemoryList = MemRange->FreeBlock(FreeMemoryList);
 327
 328       // Finally, remove this entry from FunctionBlocks.
 329       FunctionBlocks.erase(I);
 330     }
 331   };
 332 }
 333
 334 JITMemoryManager::JITMemoryManager(bool useGOT) {
 335   // Allocate a 16M block of memory for functions.
 336   sys::MemoryBlock MemBlock = getNewMemoryBlock(16 << 20);
 337
 338   unsigned char *MemBase = reinterpret_cast<unsigned char*>(MemBlock.base());
 339
 340   // Allocate stubs backwards from the base, allocate functions forward
 341   // from the base.
 342   StubBase   = MemBase;
 343   CurStubPtr = MemBase + 512*1024; // Use 512k for stubs, working backwards.
 344
 345   // We set up the memory chunk with 4 mem regions, like this:
 346   //  [ START
 347   //    [ Free      #0 ] -> Large space to allocate functions from.
 348   //    [ Allocated #1 ] -> Tiny space to separate regions.
 349   //    [ Free      #2 ] -> Tiny space so there is always at least 1 free block.
 350   //    [ Allocated #3 ] -> Tiny space to prevent looking past end of block.
 351   //  END ]
 352   //
 353   // The last three blocks are never deallocated or touched.
 354
 355   // Add MemoryRangeHeader to the end of the memory region, indicating that
 356   // the space after the block of memory is allocated.  This is block #3.
 357   MemoryRangeHeader *Mem3 = (MemoryRangeHeader*)(MemBase+MemBlock.size())-1;
 358   Mem3->ThisAllocated = 1;
 359   Mem3->PrevAllocated = 0;
 360   Mem3->BlockSize     = 0;
 361
 362   /// Add a tiny free region so that the free list always has one entry.
 363   FreeRangeHeader *Mem2 =
 364     (FreeRangeHeader *)(((char*)Mem3)-FreeRangeHeader::getMinBlockSize());
 365   Mem2->ThisAllocated = 0;
 366   Mem2->PrevAllocated = 1;
 367   Mem2->BlockSize     = FreeRangeHeader::getMinBlockSize();
 368   Mem2->SetEndOfBlockSizeMarker();
 369   Mem2->Prev = Mem2;   // Mem2 *is* the free list for now.
 370   Mem2->Next = Mem2;
 371
 372   /// Add a tiny allocated region so that Mem2 is never coallesced away.
 373   MemoryRangeHeader *Mem1 = (MemoryRangeHeader*)Mem2-1;
 374   Mem1->ThisAllocated = 1;
 375   Mem1->PrevAllocated = 0;
 376   Mem1->BlockSize     = (char*)Mem2 - (char*)Mem1;
 377
 378   // Add a FreeRangeHeader to the start of the function body region, indicating
 379   // that the space is free.  Mark the previous block allocated so we never look
 380   // at it.
 381   FreeRangeHeader *Mem0 = (FreeRangeHeader*)CurStubPtr;
 382   Mem0->ThisAllocated = 0;
 383   Mem0->PrevAllocated = 1;
 384   Mem0->BlockSize = (char*)Mem1-(char*)Mem0;
 385   Mem0->SetEndOfBlockSizeMarker();
 386   Mem0->AddToFreeList(Mem2);
 387
 388   // Start out with the freelist pointing to Mem0.
 389   FreeMemoryList = Mem0;
 390
 391   // Allocate the GOT.
 392   GOTBase = NULL;
 393   if (useGOT) GOTBase = new unsigned char[sizeof(void*) * 8192];
 394 }
 395
 396 JITMemoryManager::~JITMemoryManager() {
 397   for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i)
 398     sys::Memory::ReleaseRWX(Blocks[i]);
 399
 400   delete[] GOTBase;
 401   Blocks.clear();
 402 }
 403
 404 unsigned char *JITMemoryManager::allocateStub(unsigned StubSize,
 405                                               unsigned Alignment) {
 406   CurStubPtr -= StubSize;
 407   CurStubPtr = (unsigned char*)(((intptr_t)CurStubPtr) &
 408                                 ~(intptr_t)(Alignment-1));
 409   if (CurStubPtr < StubBase) {
 410     // FIXME: allocate a new block
 411     cerr << "JIT ran out of memory for function stubs!\n";
 412     abort();
 413   }
 414   return CurStubPtr;
 415 }
 416
 417 sys::MemoryBlock JITMemoryManager::getNewMemoryBlock(unsigned size) {
 418   // Allocate a new block close to the last one.
 419   const sys::MemoryBlock *BOld = Blocks.empty() ? 0 : &Blocks.front();
 420   std::string ErrMsg;
 421   sys::MemoryBlock B = sys::Memory::AllocateRWX(size, BOld, &ErrMsg);
 422   if (B.base() == 0) {
 423     cerr << "Allocation failed when allocating new memory in the JIT\n";
 424     cerr << ErrMsg << "\n";
 425     abort();
 426   }
 427   Blocks.push_back(B);
 428   return B;
 429 }
 430
 431 //===----------------------------------------------------------------------===//
 432 // JIT lazy compilation code.
 433 //
 434 namespace {
 435   class JITResolverState {
 436   private:
 437     /// FunctionToStubMap - Keep track of the stub created for a particular
 438     /// function so that we can reuse them if necessary.
 439     std::map<Function*, void*> FunctionToStubMap;
 440
 441     /// StubToFunctionMap - Keep track of the function that each stub
 442     /// corresponds to.
 443     std::map<void*, Function*> StubToFunctionMap;
 444
 445   public:
 446     std::map<Function*, void*>& getFunctionToStubMap(const MutexGuard& locked) {
 447       assert(locked.holds(TheJIT->lock));
 448       return FunctionToStubMap;
 449     }
 450
 451     std::map<void*, Function*>& getStubToFunctionMap(const MutexGuard& locked) {
 452       assert(locked.holds(TheJIT->lock));
 453       return StubToFunctionMap;
 454     }
 455   };
 456
 457   /// JITResolver - Keep track of, and resolve, call sites for functions that
 458   /// have not yet been compiled.
 459   class JITResolver {
 460     /// LazyResolverFn - The target lazy resolver function that we actually
 461     /// rewrite instructions to use.
 462     TargetJITInfo::LazyResolverFn LazyResolverFn;
 463
 464     JITResolverState state;
 465
 466     /// ExternalFnToStubMap - This is the equivalent of FunctionToStubMap for
 467     /// external functions.
 468     std::map<void*, void*> ExternalFnToStubMap;
 469
 470     //map addresses to indexes in the GOT
 471     std::map<void*, unsigned> revGOTMap;
 472     unsigned nextGOTIndex;
 473
 474     static JITResolver *TheJITResolver;
 475   public:
 476     JITResolver(JIT &jit) : nextGOTIndex(0) {
 477       TheJIT = &jit;
 478
 479       LazyResolverFn = jit.getJITInfo().getLazyResolverFunction(JITCompilerFn);
 480       assert(TheJITResolver == 0 && "Multiple JIT resolvers?");
 481       TheJITResolver = this;
 482     }
 483
 484     ~JITResolver() {
 485       TheJITResolver = 0;
 486     }
 487
 488     /// getFunctionStub - This returns a pointer to a function stub, creating
 489     /// one on demand as needed.
 490     void *getFunctionStub(Function *F);
 491
 492     /// getExternalFunctionStub - Return a stub for the function at the
 493     /// specified address, created lazily on demand.
 494     void *getExternalFunctionStub(void *FnAddr);
 495
 496     /// AddCallbackAtLocation - If the target is capable of rewriting an
 497     /// instruction without the use of a stub, record the location of the use so
 498     /// we know which function is being used at the location.
 499     void *AddCallbackAtLocation(Function *F, void *Location) {
 500       MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 501       /// Get the target-specific JIT resolver function.
 502       state.getStubToFunctionMap(locked)[Location] = F;
 503       return (void*)(intptr_t)LazyResolverFn;
 504     }
 505
 506     /// getGOTIndexForAddress - Return a new or existing index in the GOT for
 507     /// and address.  This function only manages slots, it does not manage the
 508     /// contents of the slots or the memory associated with the GOT.
 509     unsigned getGOTIndexForAddr(void* addr);
 510
 511     /// JITCompilerFn - This function is called to resolve a stub to a compiled
 512     /// address.  If the LLVM Function corresponding to the stub has not yet
 513     /// been compiled, this function compiles it first.
 514     static void *JITCompilerFn(void *Stub);
 515   };
 516 }
 517
 518 JITResolver *JITResolver::TheJITResolver = 0;
 519
 520 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 521     defined(__APPLE__)
 522 extern "C" void sys_icache_invalidate(const void *Addr, size_t len);
 523 #endif
 524
 525 /// synchronizeICache - On some targets, the JIT emitted code must be
 526 /// explicitly refetched to ensure correct execution.
 527 static void synchronizeICache(const void *Addr, size_t len) {
 528 #if (defined(__POWERPC__) || defined (__ppc__) || defined(_POWER)) && \
 529     defined(__APPLE__)
 530   sys_icache_invalidate(Addr, len);
 531 #endif
 532 }
 533
 534 /// getFunctionStub - This returns a pointer to a function stub, creating
 535 /// one on demand as needed.
 536 void *JITResolver::getFunctionStub(Function *F) {
 537   MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 538
 539   // If we already have a stub for this function, recycle it.
 540   void *&Stub = state.getFunctionToStubMap(locked)[F];
 541   if (Stub) return Stub;
 542
 543   // Call the lazy resolver function unless we already KNOW it is an external
 544   // function, in which case we just skip the lazy resolution step.
 545   void *Actual = (void*)(intptr_t)LazyResolverFn;
 546   if (F->isDeclaration() && !F->hasNotBeenReadFromBytecode())
 547     Actual = TheJIT->getPointerToFunction(F);
 548
 549   // Otherwise, codegen a new stub.  For now, the stub will call the lazy
 550   // resolver function.
 551   Stub = TheJIT->getJITInfo().emitFunctionStub(Actual,
 552                                                *TheJIT->getCodeEmitter());
 553
 554   if (Actual != (void*)(intptr_t)LazyResolverFn) {
 555     // If we are getting the stub for an external function, we really want the
 556     // address of the stub in the GlobalAddressMap for the JIT, not the address
 557     // of the external function.
 558     TheJIT->updateGlobalMapping(F, Stub);
 559   }
 560
 561   // Invalidate the icache if necessary.
 562   synchronizeICache(Stub, TheJIT->getCodeEmitter()->getCurrentPCValue() -
 563                           (intptr_t)Stub);
 564
 565   DOUT << "JIT: Stub emitted at [" << Stub << "] for function '"
 566        << F->getName() << "'\n";
 567
 568   // Finally, keep track of the stub-to-Function mapping so that the
 569   // JITCompilerFn knows which function to compile!
 570   state.getStubToFunctionMap(locked)[Stub] = F;
 571   return Stub;
 572 }
 573
 574 /// getExternalFunctionStub - Return a stub for the function at the
 575 /// specified address, created lazily on demand.
 576 void *JITResolver::getExternalFunctionStub(void *FnAddr) {
 577   // If we already have a stub for this function, recycle it.
 578   void *&Stub = ExternalFnToStubMap[FnAddr];
 579   if (Stub) return Stub;
 580
 581   Stub = TheJIT->getJITInfo().emitFunctionStub(FnAddr,
 582                                                *TheJIT->getCodeEmitter());
 583
 584   // Invalidate the icache if necessary.
 585   synchronizeICache(Stub, TheJIT->getCodeEmitter()->getCurrentPCValue() -
 586                     (intptr_t)Stub);
 587
 588   DOUT << "JIT: Stub emitted at [" << Stub
 589        << "] for external function at '" << FnAddr << "'\n";
 590   return Stub;
 591 }
 592
 593 unsigned JITResolver::getGOTIndexForAddr(void* addr) {
 594   unsigned idx = revGOTMap[addr];
 595   if (!idx) {
 596     idx = ++nextGOTIndex;
 597     revGOTMap[addr] = idx;
 598     DOUT << "Adding GOT entry " << idx
 599          << " for addr " << addr << "\n";
 600     //    ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = addr;
 601   }
 602   return idx;
 603 }
 604
 605 /// JITCompilerFn - This function is called when a lazy compilation stub has
 606 /// been entered.  It looks up which function this stub corresponds to, compiles
 607 /// it if necessary, then returns the resultant function pointer.
 608 void *JITResolver::JITCompilerFn(void *Stub) {
 609   JITResolver &JR = *TheJITResolver;
 610
 611   MutexGuard locked(TheJIT->lock);
 612
 613   // The address given to us for the stub may not be exactly right, it might be
 614   // a little bit after the stub.  As such, use upper_bound to find it.
 615   std::map<void*, Function*>::iterator I =
 616     JR.state.getStubToFunctionMap(locked).upper_bound(Stub);
 617   assert(I != JR.state.getStubToFunctionMap(locked).begin() &&
 618          "This is not a known stub!");
 619   Function *F = (--I)->second;
 620
 621   // If disabled, emit a useful error message and abort.
 622   if (TheJIT->isLazyCompilationDisabled()) {
 623     cerr << "LLVM JIT requested to do lazy compilation of function '"
 624          << F->getName() << "' when lazy compiles are disabled!\n";
 625     abort();
 626   }
 627
 628   // We might like to remove the stub from the StubToFunction map.
 629   // We can't do that! Multiple threads could be stuck, waiting to acquire the
 630   // lock above. As soon as the 1st function finishes compiling the function,
 631   // the next one will be released, and needs to be able to find the function it
 632   // needs to call.
 633   //JR.state.getStubToFunctionMap(locked).erase(I);
 634
 635   DOUT << "JIT: Lazily resolving function '" << F->getName()
 636        << "' In stub ptr = " << Stub << " actual ptr = "
 637        << I->first << "\n";
 638
 639   void *Result = TheJIT->getPointerToFunction(F);
 640
 641   // We don't need to reuse this stub in the future, as F is now compiled.
 642   JR.state.getFunctionToStubMap(locked).erase(F);
 643
 644   // FIXME: We could rewrite all references to this stub if we knew them.
 645
 646   // What we will do is set the compiled function address to map to the
 647   // same GOT entry as the stub so that later clients may update the GOT
 648   // if they see it still using the stub address.
 649   // Note: this is done so the Resolver doesn't have to manage GOT memory
 650   // Do this without allocating map space if the target isn't using a GOT
 651   if(JR.revGOTMap.find(Stub) != JR.revGOTMap.end())
 652     JR.revGOTMap[Result] = JR.revGOTMap[Stub];
 653
 654   return Result;
 655 }
 656
 657
 658 //===----------------------------------------------------------------------===//
 659 // JITEmitter code.
 660 //
 661 namespace {
 662   /// JITEmitter - The JIT implementation of the MachineCodeEmitter, which is
 663   /// used to output functions to memory for execution.
 664   class JITEmitter : public MachineCodeEmitter {
 665     JITMemoryManager MemMgr;
 666
 667     // When outputting a function stub in the context of some other function, we
 668     // save BufferBegin/BufferEnd/CurBufferPtr here.
 669     unsigned char *SavedBufferBegin, *SavedBufferEnd, *SavedCurBufferPtr;
 670
 671     /// Relocations - These are the relocations that the function needs, as
 672     /// emitted.
 673     std::vector<MachineRelocation> Relocations;
 674
 675     /// MBBLocations - This vector is a mapping from MBB ID's to their address.
 676     /// It is filled in by the StartMachineBasicBlock callback and queried by
 677     /// the getMachineBasicBlockAddress callback.
 678     std::vector<intptr_t> MBBLocations;
 679
 680     /// ConstantPool - The constant pool for the current function.
 681     ///
 682     MachineConstantPool *ConstantPool;
 683
 684     /// ConstantPoolBase - A pointer to the first entry in the constant pool.
 685     ///
 686     void *ConstantPoolBase;
 687
 688     /// JumpTable - The jump tables for the current function.
 689     ///
 690     MachineJumpTableInfo *JumpTable;
 691
 692     /// JumpTableBase - A pointer to the first entry in the jump table.
 693     ///
 694     void *JumpTableBase;
 695
 696     /// Resolver - This contains info about the currently resolved functions.
 697     JITResolver Resolver;
 698   public:
 699     JITEmitter(JIT &jit)
 700        : MemMgr(jit.getJITInfo().needsGOT()), Resolver(jit) {
 701       if (MemMgr.isManagingGOT()) DOUT << "JIT is managing a GOT\n";
 702     }
 703
 704     JITResolver &getJITResolver() { return Resolver; }
 705
 706     virtual void startFunction(MachineFunction &F);
 707     virtual bool finishFunction(MachineFunction &F);
 708
 709     void emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP);
 710     void initJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI);
 711     void emitJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI);
 712
 713     virtual void startFunctionStub(unsigned StubSize, unsigned Alignment = 1);
 714     virtual void* finishFunctionStub(const Function *F);
 715
 716     virtual void addRelocation(const MachineRelocation &MR) {
 717       Relocations.push_back(MR);
 718     }
 719
 720     virtual void StartMachineBasicBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
 721       if (MBBLocations.size() <= (unsigned)MBB->getNumber())
 722         MBBLocations.resize((MBB->getNumber()+1)*2);
 723       MBBLocations[MBB->getNumber()] = getCurrentPCValue();
 724     }
 725
 726     virtual intptr_t getConstantPoolEntryAddress(unsigned Entry) const;
 727     virtual intptr_t getJumpTableEntryAddress(unsigned Entry) const;
 728
 729     virtual intptr_t getMachineBasicBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB) const {
 730       assert(MBBLocations.size() > (unsigned)MBB->getNumber() &&
 731              MBBLocations[MBB->getNumber()] && "MBB not emitted!");
 732       return MBBLocations[MBB->getNumber()];
 733     }
 734
 735     /// deallocateMemForFunction - Deallocate all memory for the specified
 736     /// function body.
 737     void deallocateMemForFunction(Function *F) {
 738       MemMgr.deallocateMemForFunction(F);
 739     }
 740   private:
 741     void *getPointerToGlobal(GlobalValue *GV, void *Reference, bool NoNeedStub);
 742   };
 743 }
 744
 745 void *JITEmitter::getPointerToGlobal(GlobalValue *V, void *Reference,
 746                                      bool DoesntNeedStub) {
 747   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
 748     /// FIXME: If we straightened things out, this could actually emit the
 749     /// global immediately instead of queuing it for codegen later!
 750     return TheJIT->getOrEmitGlobalVariable(GV);
 751   }
 752
 753   // If we have already compiled the function, return a pointer to its body.
 754   Function *F = cast<Function>(V);
 755   void *ResultPtr = TheJIT->getPointerToGlobalIfAvailable(F);
 756   if (ResultPtr) return ResultPtr;
 757
 758   if (F->isDeclaration() && !F->hasNotBeenReadFromBytecode()) {
 759     // If this is an external function pointer, we can force the JIT to
 760     // 'compile' it, which really just adds it to the map.
 761     if (DoesntNeedStub)
 762       return TheJIT->getPointerToFunction(F);
 763
 764     return Resolver.getFunctionStub(F);
 765   }
 766
 767   // Okay, the function has not been compiled yet, if the target callback
 768   // mechanism is capable of rewriting the instruction directly, prefer to do
 769   // that instead of emitting a stub.
 770   if (DoesntNeedStub)
 771     return Resolver.AddCallbackAtLocation(F, Reference);
 772
 773   // Otherwise, we have to emit a lazy resolving stub.
 774   return Resolver.getFunctionStub(F);
 775 }
 776
 777 void JITEmitter::startFunction(MachineFunction &F) {
 778   uintptr_t ActualSize;
 779   BufferBegin = CurBufferPtr = MemMgr.startFunctionBody(ActualSize);
 780   BufferEnd = BufferBegin+ActualSize;
 781
 782   // Ensure the constant pool/jump table info is at least 4-byte aligned.
 783   emitAlignment(16);
 784
 785   emitConstantPool(F.getConstantPool());
 786   initJumpTableInfo(F.getJumpTableInfo());
 787
 788   // About to start emitting the machine code for the function.
 789   emitAlignment(std::max(F.getFunction()->getAlignment(), 8U));
 790   TheJIT->updateGlobalMapping(F.getFunction(), CurBufferPtr);
 791
 792   MBBLocations.clear();
 793 }
 794
 795 bool JITEmitter::finishFunction(MachineFunction &F) {
 796   if (CurBufferPtr == BufferEnd) {
 797     // FIXME: Allocate more space, then try again.
 798     cerr << "JIT: Ran out of space for generated machine code!\n";
 799     abort();
 800   }
 801
 802   emitJumpTableInfo(F.getJumpTableInfo());
 803
 804   // FnStart is the start of the text, not the start of the constant pool and
 805   // other per-function data.
 806   unsigned char *FnStart =
 807     (unsigned char *)TheJIT->getPointerToGlobalIfAvailable(F.getFunction());
 808   unsigned char *FnEnd   = CurBufferPtr;
 809
 810   MemMgr.endFunctionBody(F.getFunction(), BufferBegin, FnEnd);
 811   NumBytes += FnEnd-FnStart;
 812
 813   if (!Relocations.empty()) {
 814     NumRelos += Relocations.size();
 815
 816     // Resolve the relocations to concrete pointers.
 817     for (unsigned i = 0, e = Relocations.size(); i != e; ++i) {
 818       MachineRelocation &MR = Relocations[i];
 819       void *ResultPtr;
 820       if (MR.isString()) {
 821         ResultPtr = TheJIT->getPointerToNamedFunction(MR.getString());
 822
 823         // If the target REALLY wants a stub for this function, emit it now.
 824         if (!MR.doesntNeedFunctionStub())
 825           ResultPtr = Resolver.getExternalFunctionStub(ResultPtr);
 826       } else if (MR.isGlobalValue()) {
 827         ResultPtr = getPointerToGlobal(MR.getGlobalValue(),
 828                                        BufferBegin+MR.getMachineCodeOffset(),
 829                                        MR.doesntNeedFunctionStub());
 830       } else if (MR.isBasicBlock()) {
 831         ResultPtr = (void*)getMachineBasicBlockAddress(MR.getBasicBlock());
 832       } else if (MR.isConstantPoolIndex()) {
 833         ResultPtr=(void*)getConstantPoolEntryAddress(MR.getConstantPoolIndex());
 834       } else {
 835         assert(MR.isJumpTableIndex());
 836         ResultPtr=(void*)getJumpTableEntryAddress(MR.getJumpTableIndex());
 837       }
 838
 839       MR.setResultPointer(ResultPtr);
 840
 841       // if we are managing the GOT and the relocation wants an index,
 842       // give it one
 843       if (MemMgr.isManagingGOT() && MR.isGOTRelative()) {
 844         unsigned idx = Resolver.getGOTIndexForAddr(ResultPtr);
 845         MR.setGOTIndex(idx);
 846         if (((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] != ResultPtr) {
 847           DOUT << "GOT was out of date for " << ResultPtr
 848                << " pointing at " << ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx]
 849                << "\n";
 850           ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = ResultPtr;
 851         }
 852       }
 853     }
 854
 855     TheJIT->getJITInfo().relocate(BufferBegin, &Relocations[0],
 856                                   Relocations.size(), MemMgr.getGOTBase());
 857   }
 858
 859   // Update the GOT entry for F to point to the new code.
 860   if (MemMgr.isManagingGOT()) {
 861     unsigned idx = Resolver.getGOTIndexForAddr((void*)BufferBegin);
 862     if (((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] != (void*)BufferBegin) {
 863       DOUT << "GOT was out of date for " << (void*)BufferBegin
 864            << " pointing at " << ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] << "\n";
 865       ((void**)MemMgr.getGOTBase())[idx] = (void*)BufferBegin;
 866     }
 867   }
 868
 869   // Invalidate the icache if necessary.
 870   synchronizeICache(FnStart, FnEnd-FnStart);
 871
 872   DOUT << "JIT: Finished CodeGen of [" << (void*)FnStart
 873        << "] Function: " << F.getFunction()->getName()
 874        << ": " << (FnEnd-FnStart) << " bytes of text, "
 875        << Relocations.size() << " relocations\n";
 876   Relocations.clear();
 877
 878 #ifndef NDEBUG
 879   DOUT << "Disassembled code:\n"
 880        << sys::disassembleBuffer(FnStart, FnEnd-FnStart, (uintptr_t)FnStart);
 881 #endif
 882
 883   return false;
 884 }
 885
 886 void JITEmitter::emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP) {
 887   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &Constants = MCP->getConstants();
 888   if (Constants.empty()) return;
 889
 890   MachineConstantPoolEntry CPE = Constants.back();
 891   unsigned Size = CPE.Offset;
 892   const Type *Ty = CPE.isMachineConstantPoolEntry()
 893     ? CPE.Val.MachineCPVal->getType() : CPE.Val.ConstVal->getType();
 894   Size += TheJIT->getTargetData()->getTypeSize(Ty);
 895
 896   ConstantPoolBase = allocateSpace(Size, 1 << MCP->getConstantPoolAlignment());
 897   ConstantPool = MCP;
 898
 899   if (ConstantPoolBase == 0) return;  // Buffer overflow.
 900
 901   // Initialize the memory for all of the constant pool entries.
 902   for (unsigned i = 0, e = Constants.size(); i != e; ++i) {
 903     void *CAddr = (char*)ConstantPoolBase+Constants[i].Offset;
 904     if (Constants[i].isMachineConstantPoolEntry()) {
 905       // FIXME: add support to lower machine constant pool values into bytes!
 906       cerr << "Initialize memory with machine specific constant pool entry"
 907            << " has not been implemented!\n";
 908       abort();
 909     }
 910     TheJIT->InitializeMemory(Constants[i].Val.ConstVal, CAddr);
 911   }
 912 }
 913
 914 void JITEmitter::initJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI) {
 915   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
 916   if (JT.empty()) return;
 917
 918   unsigned NumEntries = 0;
 919   for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i)
 920     NumEntries += JT[i].MBBs.size();
 921
 922   unsigned EntrySize = MJTI->getEntrySize();
 923
 924   // Just allocate space for all the jump tables now.  We will fix up the actual
 925   // MBB entries in the tables after we emit the code for each block, since then
 926   // we will know the final locations of the MBBs in memory.
 927   JumpTable = MJTI;
 928   JumpTableBase = allocateSpace(NumEntries * EntrySize, MJTI->getAlignment());
 929 }
 930
 931 void JITEmitter::emitJumpTableInfo(MachineJumpTableInfo *MJTI) {
 932   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
 933   if (JT.empty() || JumpTableBase == 0) return;
 934
 935   if (TargetMachine::getRelocationModel() == Reloc::PIC_) {
 936     assert(MJTI->getEntrySize() == 4 && "Cross JIT'ing?");
 937     // For each jump table, place the offset from the beginning of the table
 938     // to the target address.
 939     int *SlotPtr = (int*)JumpTableBase;
 940
 941     for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i) {
 942       const std::vector<MachineBasicBlock*> &MBBs = JT[i].MBBs;
 943       // Store the offset of the basic block for this jump table slot in the
 944       // memory we allocated for the jump table in 'initJumpTableInfo'
 945       intptr_t Base = (intptr_t)SlotPtr;
 946       for (unsigned mi = 0, me = MBBs.size(); mi != me; ++mi)
 947         *SlotPtr++ = (intptr_t)getMachineBasicBlockAddress(MBBs[mi]) - Base;
 948     }
 949   } else {
 950     assert(MJTI->getEntrySize() == sizeof(void*) && "Cross JIT'ing?");
 951
 952     // For each jump table, map each target in the jump table to the address of
 953     // an emitted MachineBasicBlock.
 954     intptr_t *SlotPtr = (intptr_t*)JumpTableBase;
 955
 956     for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i) {
 957       const std::vector<MachineBasicBlock*> &MBBs = JT[i].MBBs;
 958       // Store the address of the basic block for this jump table slot in the
 959       // memory we allocated for the jump table in 'initJumpTableInfo'
 960       for (unsigned mi = 0, me = MBBs.size(); mi != me; ++mi)
 961         *SlotPtr++ = getMachineBasicBlockAddress(MBBs[mi]);
 962     }
 963   }
 964 }
 965
 966 void JITEmitter::startFunctionStub(unsigned StubSize, unsigned Alignment) {
 967   SavedBufferBegin = BufferBegin;
 968   SavedBufferEnd = BufferEnd;
 969   SavedCurBufferPtr = CurBufferPtr;
 970
 971   BufferBegin = CurBufferPtr = MemMgr.allocateStub(StubSize, Alignment);
 972   BufferEnd = BufferBegin+StubSize+1;
 973 }
 974
 975 void *JITEmitter::finishFunctionStub(const Function *F) {
 976   NumBytes += getCurrentPCOffset();
 977   std::swap(SavedBufferBegin, BufferBegin);
 978   BufferEnd = SavedBufferEnd;
 979   CurBufferPtr = SavedCurBufferPtr;
 980   return SavedBufferBegin;
 981 }
 982
 983 // getConstantPoolEntryAddress - Return the address of the 'ConstantNum' entry
 984 // in the constant pool that was last emitted with the 'emitConstantPool'
 985 // method.
 986 //
 987 intptr_t JITEmitter::getConstantPoolEntryAddress(unsigned ConstantNum) const {
 988   assert(ConstantNum < ConstantPool->getConstants().size() &&
 989          "Invalid ConstantPoolIndex!");
 990   return (intptr_t)ConstantPoolBase +
 991          ConstantPool->getConstants()[ConstantNum].Offset;
 992 }
 993
 994 // getJumpTableEntryAddress - Return the address of the JumpTable with index
 995 // 'Index' in the jumpp table that was last initialized with 'initJumpTableInfo'
 996 //
 997 intptr_t JITEmitter::getJumpTableEntryAddress(unsigned Index) const {
 998   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = JumpTable->getJumpTables();
 999   assert(Index < JT.size() && "Invalid jump table index!");
1000
1001   unsigned Offset = 0;
1002   unsigned EntrySize = JumpTable->getEntrySize();
1003
1004   for (unsigned i = 0; i < Index; ++i)
1005     Offset += JT[i].MBBs.size();
1006
1007    Offset *= EntrySize;
1008
1009   return (intptr_t)((char *)JumpTableBase + Offset);
1010 }
1011
1012 //===----------------------------------------------------------------------===//
1013 //  Public interface to this file
1014 //===----------------------------------------------------------------------===//
1015
1016 MachineCodeEmitter *JIT::createEmitter(JIT &jit) {
1017   return new JITEmitter(jit);
1018 }
1019
1020 // getPointerToNamedFunction - This function is used as a global wrapper to
1021 // JIT::getPointerToNamedFunction for the purpose of resolving symbols when
1022 // bugpoint is debugging the JIT. In that scenario, we are loading an .so and
1023 // need to resolve function(s) that are being mis-codegenerated, so we need to
1024 // resolve their addresses at runtime, and this is the way to do it.
1025 extern "C" {
1026   void *getPointerToNamedFunction(const char *Name) {
1027     if (Function *F = TheJIT->FindFunctionNamed(Name))
1028       return TheJIT->getPointerToFunction(F);
1029     return TheJIT->getPointerToNamedFunction(Name);
1030   }
1031 }
1032
1033 // getPointerToFunctionOrStub - If the specified function has been
1034 // code-gen'd, return a pointer to the function.  If not, compile it, or use
1035 // a stub to implement lazy compilation if available.
1036 //
1037 void *JIT::getPointerToFunctionOrStub(Function *F) {
1038   // If we have already code generated the function, just return the address.
1039   if (void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F))
1040     return Addr;
1041
1042   // Get a stub if the target supports it.
1043   assert(dynamic_cast<JITEmitter*>(MCE) && "Unexpected MCE?");
1044   JITEmitter *JE = static_cast<JITEmitter*>(getCodeEmitter());
1045   return JE->getJITResolver().getFunctionStub(F);
1046 }
1047
1048 /// freeMachineCodeForFunction - release machine code memory for given Function.
1049 ///
1050 void JIT::freeMachineCodeForFunction(Function *F) {
1051   // Delete translation for this from the ExecutionEngine, so it will get
1052   // retranslated next time it is used.
1053   updateGlobalMapping(F, 0);
1054
1055   // Free the actual memory for the function body and related stuff.
1056   assert(dynamic_cast<JITEmitter*>(MCE) && "Unexpected MCE?");
1057   static_cast<JITEmitter*>(MCE)->deallocateMemForFunction(F);
1058 }
1059