[PlaceSafepoints] Fix a bug that came in with rL236672.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / PlaceSafepoints.cpp
1 //===- PlaceSafepoints.cpp - Place GC Safepoints --------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Place garbage collection safepoints at appropriate locations in the IR. This
11 // does not make relocation semantics or variable liveness explicit.  That's
12 // done by RewriteStatepointsForGC.
13 //
14 // Terminology:
15 // - A call is said to be "parseable" if there is a stack map generated for the
16 // return PC of the call.  A runtime can determine where values listed in the
17 // deopt arguments and (after RewriteStatepointsForGC) gc arguments are located
18 // on the stack when the code is suspended inside such a call.  Every parse
19 // point is represented by a call wrapped in an gc.statepoint intrinsic.  
20 // - A "poll" is an explicit check in the generated code to determine if the
21 // runtime needs the generated code to cooperate by calling a helper routine
22 // and thus suspending its execution at a known state. The call to the helper
23 // routine will be parseable.  The (gc & runtime specific) logic of a poll is
24 // assumed to be provided in a function of the name "gc.safepoint_poll".
25 //
26 // We aim to insert polls such that running code can quickly be brought to a
27 // well defined state for inspection by the collector.  In the current
28 // implementation, this is done via the insertion of poll sites at method entry
29 // and the backedge of most loops.  We try to avoid inserting more polls than
30 // are neccessary to ensure a finite period between poll sites.  This is not
31 // because the poll itself is expensive in the generated code; it's not.  Polls
32 // do tend to impact the optimizer itself in negative ways; we'd like to avoid
33 // perturbing the optimization of the method as much as we can.
34 //
35 // We also need to make most call sites parseable.  The callee might execute a
36 // poll (or otherwise be inspected by the GC).  If so, the entire stack
37 // (including the suspended frame of the current method) must be parseable.
38 //
39 // This pass will insert:
40 // - Call parse points ("call safepoints") for any call which may need to
41 // reach a safepoint during the execution of the callee function.
42 // - Backedge safepoint polls and entry safepoint polls to ensure that
43 // executing code reaches a safepoint poll in a finite amount of time.
44 //
45 // We do not currently support return statepoints, but adding them would not
46 // be hard.  They are not required for correctness - entry safepoints are an
47 // alternative - but some GCs may prefer them.  Patches welcome.
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #include "llvm/Pass.h"
52 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
53 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
56 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
57 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
58 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
59 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
60 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
61 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
62 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
63 #include "llvm/IR/CallSite.h"
64 #include "llvm/IR/Dominators.h"
65 #include "llvm/IR/Function.h"
66 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
67 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
68 #include "llvm/IR/Instructions.h"
69 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
70 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
71 #include "llvm/IR/Module.h"
72 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
73 #include "llvm/IR/Value.h"
74 #include "llvm/IR/Verifier.h"
75 #include "llvm/Support/Debug.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
78 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
79 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
80 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
81 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
82
83 #define DEBUG_TYPE "safepoint-placement"
84 STATISTIC(NumEntrySafepoints, "Number of entry safepoints inserted");
85 STATISTIC(NumCallSafepoints, "Number of call safepoints inserted");
86 STATISTIC(NumBackedgeSafepoints, "Number of backedge safepoints inserted");
87
88 STATISTIC(CallInLoop, "Number of loops w/o safepoints due to calls in loop");
89 STATISTIC(FiniteExecution, "Number of loops w/o safepoints finite execution");
90
91 using namespace llvm;
92
93 // Ignore oppurtunities to avoid placing safepoints on backedges, useful for
94 // validation
95 static cl::opt<bool> AllBackedges("spp-all-backedges", cl::Hidden,
96                                   cl::init(false));
97
98 /// If true, do not place backedge safepoints in counted loops.
99 static cl::opt<bool> SkipCounted("spp-counted", cl::Hidden, cl::init(true));
100
101 // If true, split the backedge of a loop when placing the safepoint, otherwise
102 // split the latch block itself.  Both are useful to support for
103 // experimentation, but in practice, it looks like splitting the backedge
104 // optimizes better.
105 static cl::opt<bool> SplitBackedge("spp-split-backedge", cl::Hidden,
106                                    cl::init(false));
107
108 // Print tracing output
109 static cl::opt<bool> TraceLSP("spp-trace", cl::Hidden, cl::init(false));
110
111 namespace {
112
113 /// An analysis pass whose purpose is to identify each of the backedges in
114 /// the function which require a safepoint poll to be inserted.
115 struct PlaceBackedgeSafepointsImpl : public FunctionPass {
116   static char ID;
117
118   /// The output of the pass - gives a list of each backedge (described by
119   /// pointing at the branch) which need a poll inserted.
120   std::vector<TerminatorInst *> PollLocations;
121
122   /// True unless we're running spp-no-calls in which case we need to disable
123   /// the call dependend placement opts.
124   bool CallSafepointsEnabled;
125
126   ScalarEvolution *SE = nullptr;
127   DominatorTree *DT = nullptr;
128   LoopInfo *LI = nullptr;
129   
130   PlaceBackedgeSafepointsImpl(bool CallSafepoints = false)
131       : FunctionPass(ID), CallSafepointsEnabled(CallSafepoints) {
132     initializePlaceBackedgeSafepointsImplPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
133   }
134
135   bool runOnLoop(Loop *);
136   void runOnLoopAndSubLoops(Loop *L) {
137     // Visit all the subloops
138     for (auto I = L->begin(), E = L->end(); I != E; I++)
139       runOnLoopAndSubLoops(*I);
140     runOnLoop(L);
141   }
142
143   bool runOnFunction(Function &F) override {
144     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
145     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
146     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
147     for (auto I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; I++) {
148       runOnLoopAndSubLoops(*I);
149     }
150     return false;
151   }
152   
153   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
154     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
155     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
156     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
157     // We no longer modify the IR at all in this pass.  Thus all
158     // analysis are preserved.
159     AU.setPreservesAll();
160   }
161 };
162 }
163
164 static cl::opt<bool> NoEntry("spp-no-entry", cl::Hidden, cl::init(false));
165 static cl::opt<bool> NoCall("spp-no-call", cl::Hidden, cl::init(false));
166 static cl::opt<bool> NoBackedge("spp-no-backedge", cl::Hidden, cl::init(false));
167
168 namespace {
169 struct PlaceSafepoints : public FunctionPass {
170   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
171
172   PlaceSafepoints() : FunctionPass(ID) {
173     initializePlaceSafepointsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
174   }
175   bool runOnFunction(Function &F) override;
176
177   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
178     // We modify the graph wholesale (inlining, block insertion, etc).  We
179     // preserve nothing at the moment.  We could potentially preserve dom tree
180     // if that was worth doing
181   }
182 };
183 }
184
185 // Insert a safepoint poll immediately before the given instruction.  Does
186 // not handle the parsability of state at the runtime call, that's the
187 // callers job.
188 static void 
189 InsertSafepointPoll(Instruction *after,
190                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/);
191
192 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS);
193
194 static bool needsStatepoint(const CallSite &CS) {
195   if (isGCLeafFunction(CS))
196     return false;
197   if (CS.isCall()) {
198     CallInst *call = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
199     if (call->isInlineAsm())
200       return false;
201   }
202   if (isStatepoint(CS) || isGCRelocate(CS) || isGCResult(CS)) {
203     return false;
204   }
205   return true;
206 }
207
208 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, Pass *P);
209
210 /// Returns true if this loop is known to contain a call safepoint which
211 /// must unconditionally execute on any iteration of the loop which returns
212 /// to the loop header via an edge from Pred.  Returns a conservative correct
213 /// answer; i.e. false is always valid.
214 static bool containsUnconditionalCallSafepoint(Loop *L, BasicBlock *Header,
215                                                BasicBlock *Pred,
216                                                DominatorTree &DT) {
217   // In general, we're looking for any cut of the graph which ensures
218   // there's a call safepoint along every edge between Header and Pred.
219   // For the moment, we look only for the 'cuts' that consist of a single call
220   // instruction in a block which is dominated by the Header and dominates the
221   // loop latch (Pred) block.  Somewhat surprisingly, walking the entire chain
222   // of such dominating blocks gets substaintially more occurences than just
223   // checking the Pred and Header blocks themselves.  This may be due to the
224   // density of loop exit conditions caused by range and null checks.
225   // TODO: structure this as an analysis pass, cache the result for subloops,
226   // avoid dom tree recalculations
227   assert(DT.dominates(Header, Pred) && "loop latch not dominated by header?");
228
229   BasicBlock *Current = Pred;
230   while (true) {
231     for (Instruction &I : *Current) {
232       if (auto CS = CallSite(&I))
233         // Note: Technically, needing a safepoint isn't quite the right
234         // condition here.  We should instead be checking if the target method
235         // has an
236         // unconditional poll. In practice, this is only a theoretical concern
237         // since we don't have any methods with conditional-only safepoint
238         // polls.
239         if (needsStatepoint(CS))
240           return true;
241     }
242
243     if (Current == Header)
244       break;
245     Current = DT.getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
246   }
247
248   return false;
249 }
250
251 /// Returns true if this loop is known to terminate in a finite number of
252 /// iterations.  Note that this function may return false for a loop which
253 /// does actual terminate in a finite constant number of iterations due to
254 /// conservatism in the analysis.
255 static bool mustBeFiniteCountedLoop(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
256                                     BasicBlock *Pred) {
257   // Only used when SkipCounted is off
258   const unsigned upperTripBound = 8192;
259
260   // A conservative bound on the loop as a whole.
261   const SCEV *MaxTrips = SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
262   if (MaxTrips != SE->getCouldNotCompute()) {
263     if (SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
264       return true;
265     if (SkipCounted &&
266         SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().isIntN(32))
267       return true;
268   }
269
270   // If this is a conditional branch to the header with the alternate path
271   // being outside the loop, we can ask questions about the execution frequency
272   // of the exit block.
273   if (L->isLoopExiting(Pred)) {
274     // This returns an exact expression only.  TODO: We really only need an
275     // upper bound here, but SE doesn't expose that.
276     const SCEV *MaxExec = SE->getExitCount(L, Pred);
277     if (MaxExec != SE->getCouldNotCompute()) {
278       if (SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
279         return true;
280       if (SkipCounted &&
281           SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().isIntN(32))
282         return true;
283     }
284   }
285
286   return /* not finite */ false;
287 }
288
289 static void scanOneBB(Instruction *start, Instruction *end,
290                       std::vector<CallInst *> &calls,
291                       std::set<BasicBlock *> &seen,
292                       std::vector<BasicBlock *> &worklist) {
293   for (BasicBlock::iterator itr(start);
294        itr != start->getParent()->end() && itr != BasicBlock::iterator(end);
295        itr++) {
296     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*itr)) {
297       calls.push_back(CI);
298     }
299     // FIXME: This code does not handle invokes
300     assert(!dyn_cast<InvokeInst>(&*itr) &&
301            "support for invokes in poll code needed");
302     // Only add the successor blocks if we reach the terminator instruction
303     // without encountering end first
304     if (itr->isTerminator()) {
305       BasicBlock *BB = itr->getParent();
306       for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
307         if (seen.count(Succ) == 0) {
308           worklist.push_back(Succ);
309           seen.insert(Succ);
310         }
311       }
312     }
313   }
314 }
315 static void scanInlinedCode(Instruction *start, Instruction *end,
316                             std::vector<CallInst *> &calls,
317                             std::set<BasicBlock *> &seen) {
318   calls.clear();
319   std::vector<BasicBlock *> worklist;
320   seen.insert(start->getParent());
321   scanOneBB(start, end, calls, seen, worklist);
322   while (!worklist.empty()) {
323     BasicBlock *BB = worklist.back();
324     worklist.pop_back();
325     scanOneBB(&*BB->begin(), end, calls, seen, worklist);
326   }
327 }
328
329 bool PlaceBackedgeSafepointsImpl::runOnLoop(Loop *L) {
330   // Loop through all loop latches (branches controlling backedges).  We need
331   // to place a safepoint on every backedge (potentially). 
332   // Note: In common usage, there will be only one edge due to LoopSimplify
333   // having run sometime earlier in the pipeline, but this code must be correct
334   // w.r.t. loops with multiple backedges.
335   BasicBlock *header = L->getHeader();
336   SmallVector<BasicBlock*, 16> LoopLatches;
337   L->getLoopLatches(LoopLatches);
338   for (BasicBlock *pred : LoopLatches) {
339     assert(L->contains(pred));
340
341     // Make a policy decision about whether this loop needs a safepoint or
342     // not.  Note that this is about unburdening the optimizer in loops, not
343     // avoiding the runtime cost of the actual safepoint.
344     if (!AllBackedges) {
345       if (mustBeFiniteCountedLoop(L, SE, pred)) {
346         if (TraceLSP)
347           errs() << "skipping safepoint placement in finite loop\n";
348         FiniteExecution++;
349         continue;
350       }
351       if (CallSafepointsEnabled &&
352           containsUnconditionalCallSafepoint(L, header, pred, *DT)) {
353         // Note: This is only semantically legal since we won't do any further
354         // IPO or inlining before the actual call insertion..  If we hadn't, we
355         // might latter loose this call safepoint.
356         if (TraceLSP)
357           errs() << "skipping safepoint placement due to unconditional call\n";
358         CallInLoop++;
359         continue;
360       }
361     }
362
363     // TODO: We can create an inner loop which runs a finite number of
364     // iterations with an outer loop which contains a safepoint.  This would
365     // not help runtime performance that much, but it might help our ability to
366     // optimize the inner loop.
367
368     // Safepoint insertion would involve creating a new basic block (as the
369     // target of the current backedge) which does the safepoint (of all live
370     // variables) and branches to the true header
371     TerminatorInst *term = pred->getTerminator();
372
373     if (TraceLSP) {
374       errs() << "[LSP] terminator instruction: ";
375       term->dump();
376     }
377
378     PollLocations.push_back(term);
379   }
380
381   return false;
382 }
383
384 static Instruction *findLocationForEntrySafepoint(Function &F,
385                                                   DominatorTree &DT) {
386
387   // Conceptually, this poll needs to be on method entry, but in
388   // practice, we place it as late in the entry block as possible.  We
389   // can place it as late as we want as long as it dominates all calls
390   // that can grow the stack.  This, combined with backedge polls,
391   // give us all the progress guarantees we need.
392
393   // Due to the way the frontend generates IR, we may have a couple of initial
394   // basic blocks before the first bytecode.  These will be single-entry
395   // single-exit blocks which conceptually are just part of the first 'real
396   // basic block'.  Since we don't have deopt state until the first bytecode,
397   // walk forward until we've found the first unconditional branch or merge.
398
399   // hasNextInstruction and nextInstruction are used to iterate
400   // through a "straight line" execution sequence.
401
402   auto hasNextInstruction = [](Instruction *I) {
403     if (!I->isTerminator()) {
404       return true;
405     }
406     BasicBlock *nextBB = I->getParent()->getUniqueSuccessor();
407     return nextBB && (nextBB->getUniquePredecessor() != nullptr);
408   };
409
410   auto nextInstruction = [&hasNextInstruction](Instruction *I) {
411     assert(hasNextInstruction(I) &&
412            "first check if there is a next instruction!");
413     if (I->isTerminator()) {
414       return I->getParent()->getUniqueSuccessor()->begin();
415     } else {
416       return std::next(BasicBlock::iterator(I));
417     }
418   };
419
420   Instruction *cursor = nullptr;
421   for (cursor = F.getEntryBlock().begin(); hasNextInstruction(cursor);
422        cursor = nextInstruction(cursor)) {
423
424     // We need to stop going forward as soon as we see a call that can
425     // grow the stack (i.e. the call target has a non-zero frame
426     // size).
427     if (CallSite(cursor)) {
428       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(cursor)) {
429         // llvm.assume(...) are not really calls.
430         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume) {
431           continue;
432         }
433         // llvm.frameescape() intrinsic is not a real call. The intrinsic can 
434         // exist only in the entry block.
435         // Inserting a statepoint before llvm.frameescape() may split the 
436         // entry block, and push the intrinsic out of the entry block.
437         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::frameescape) {
438           continue;
439         }
440       }
441       break;
442     }
443   }
444
445   assert((hasNextInstruction(cursor) || cursor->isTerminator()) &&
446          "either we stopped because of a call, or because of terminator");
447
448   if (cursor->isTerminator()) {
449     return cursor;
450   }
451
452   BasicBlock *BB = cursor->getParent();
453   SplitBlock(BB, cursor, &DT);
454
455   // SplitBlock updates the DT
456   DEBUG(DT.verifyDomTree());
457
458   return BB->getTerminator();
459 }
460
461 /// Identify the list of call sites which need to be have parseable state
462 static void findCallSafepoints(Function &F,
463                                std::vector<CallSite> &Found /*rval*/) {
464   assert(Found.empty() && "must be empty!");
465   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
466     Instruction *inst = &I;
467     if (isa<CallInst>(inst) || isa<InvokeInst>(inst)) {
468       CallSite CS(inst);
469
470       // No safepoint needed or wanted
471       if (!needsStatepoint(CS)) {
472         continue;
473       }
474
475       Found.push_back(CS);
476     }
477   }
478 }
479
480 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
481 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
482 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
483 template <typename T> static void unique_unsorted(std::vector<T> &vec) {
484   std::set<T> seen;
485   std::vector<T> tmp;
486   vec.reserve(vec.size());
487   std::swap(tmp, vec);
488   for (auto V : tmp) {
489     if (seen.insert(V).second) {
490       vec.push_back(V);
491     }
492   }
493 }
494
495 static std::string GCSafepointPollName("gc.safepoint_poll");
496
497 static bool isGCSafepointPoll(Function &F) {
498   return F.getName().equals(GCSafepointPollName);
499 }
500
501 /// Returns true if this function should be rewritten to include safepoint
502 /// polls and parseable call sites.  The main point of this function is to be
503 /// an extension point for custom logic. 
504 static bool shouldRewriteFunction(Function &F) {
505   // TODO: This should check the GCStrategy
506   if (F.hasGC()) {
507     const std::string StatepointExampleName("statepoint-example");
508     return StatepointExampleName == F.getGC();
509   } else
510     return false;
511 }
512
513 // TODO: These should become properties of the GCStrategy, possibly with
514 // command line overrides.
515 static bool enableEntrySafepoints(Function &F) { return !NoEntry; }
516 static bool enableBackedgeSafepoints(Function &F) { return !NoBackedge; }
517 static bool enableCallSafepoints(Function &F) { return !NoCall; }
518
519 // Normalize basic block to make it ready to be target of invoke statepoint.
520 // Ensure that 'BB' does not have phi nodes. It may require spliting it.
521 static BasicBlock *normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB,
522                                                BasicBlock *InvokeParent) {
523   BasicBlock *ret = BB;
524
525   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
526     ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "");
527   }
528
529   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
530   // from it
531   FoldSingleEntryPHINodes(ret);
532   assert(!isa<PHINode>(ret->begin()));
533
534   return ret;
535 }
536
537 bool PlaceSafepoints::runOnFunction(Function &F) {
538   if (F.isDeclaration() || F.empty()) {
539     // This is a declaration, nothing to do.  Must exit early to avoid crash in
540     // dom tree calculation
541     return false;
542   }
543
544   if (isGCSafepointPoll(F)) {
545     // Given we're inlining this inside of safepoint poll insertion, this
546     // doesn't make any sense.  Note that we do make any contained calls
547     // parseable after we inline a poll.  
548     return false;
549   }
550
551   if (!shouldRewriteFunction(F))
552     return false;
553
554   bool modified = false;
555
556   // In various bits below, we rely on the fact that uses are reachable from
557   // defs.  When there are basic blocks unreachable from the entry, dominance
558   // and reachablity queries return non-sensical results.  Thus, we preprocess
559   // the function to ensure these properties hold.
560   modified |= removeUnreachableBlocks(F);
561
562   // STEP 1 - Insert the safepoint polling locations.  We do not need to
563   // actually insert parse points yet.  That will be done for all polls and
564   // calls in a single pass.
565
566   DominatorTree DT;
567   DT.recalculate(F);
568
569   SmallVector<Instruction *, 16> PollsNeeded;
570   std::vector<CallSite> ParsePointNeeded;
571
572   if (enableBackedgeSafepoints(F)) {
573     // Construct a pass manager to run the LoopPass backedge logic.  We
574     // need the pass manager to handle scheduling all the loop passes
575     // appropriately.  Doing this by hand is painful and just not worth messing
576     // with for the moment.
577     legacy::FunctionPassManager FPM(F.getParent());
578     bool CanAssumeCallSafepoints = enableCallSafepoints(F);
579     PlaceBackedgeSafepointsImpl *PBS =
580       new PlaceBackedgeSafepointsImpl(CanAssumeCallSafepoints);
581     FPM.add(PBS);
582     FPM.run(F);
583
584     // We preserve dominance information when inserting the poll, otherwise
585     // we'd have to recalculate this on every insert
586     DT.recalculate(F);
587
588     auto &PollLocations = PBS->PollLocations;
589
590     auto OrderByBBName = [](Instruction *a, Instruction *b) {
591       return a->getParent()->getName() < b->getParent()->getName();
592     };
593     // We need the order of list to be stable so that naming ends up stable
594     // when we split edges.  This makes test cases much easier to write.
595     std::sort(PollLocations.begin(), PollLocations.end(), OrderByBBName);
596
597     // We can sometimes end up with duplicate poll locations.  This happens if
598     // a single loop is visited more than once.   The fact this happens seems
599     // wrong, but it does happen for the split-backedge.ll test case.
600     PollLocations.erase(std::unique(PollLocations.begin(),
601                                     PollLocations.end()),
602                         PollLocations.end());
603
604     // Insert a poll at each point the analysis pass identified
605     // The poll location must be the terminator of a loop latch block.
606     for (TerminatorInst *Term : PollLocations) {
607       // We are inserting a poll, the function is modified
608       modified = true;
609       
610       if (SplitBackedge) {
611         // Split the backedge of the loop and insert the poll within that new
612         // basic block.  This creates a loop with two latches per original
613         // latch (which is non-ideal), but this appears to be easier to
614         // optimize in practice than inserting the poll immediately before the
615         // latch test.
616
617         // Since this is a latch, at least one of the successors must dominate
618         // it. Its possible that we have a) duplicate edges to the same header
619         // and b) edges to distinct loop headers.  We need to insert pools on
620         // each.
621         SetVector<BasicBlock *> Headers;
622         for (unsigned i = 0; i < Term->getNumSuccessors(); i++) {
623           BasicBlock *Succ = Term->getSuccessor(i);
624           if (DT.dominates(Succ, Term->getParent())) {
625             Headers.insert(Succ);
626           }
627         }
628         assert(!Headers.empty() && "poll location is not a loop latch?");
629
630         // The split loop structure here is so that we only need to recalculate
631         // the dominator tree once.  Alternatively, we could just keep it up to
632         // date and use a more natural merged loop.
633         SetVector<BasicBlock *> SplitBackedges;
634         for (BasicBlock *Header : Headers) {
635           BasicBlock *NewBB = SplitEdge(Term->getParent(), Header, &DT);
636           PollsNeeded.push_back(NewBB->getTerminator());
637           NumBackedgeSafepoints++;
638         }
639       } else {
640         // Split the latch block itself, right before the terminator.
641         PollsNeeded.push_back(Term);
642         NumBackedgeSafepoints++;
643       }
644     }
645   }
646
647   if (enableEntrySafepoints(F)) {
648     Instruction *Location = findLocationForEntrySafepoint(F, DT);
649     if (!Location) {
650       // policy choice not to insert?
651     } else {
652       PollsNeeded.push_back(Location);
653       modified = true;
654       NumEntrySafepoints++;
655     }
656   }
657
658   // Now that we've identified all the needed safepoint poll locations, insert
659   // safepoint polls themselves.
660   for (Instruction *PollLocation : PollsNeeded) {
661     std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
662     InsertSafepointPoll(PollLocation, RuntimeCalls);
663     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
664                             RuntimeCalls.end());
665   }
666   PollsNeeded.clear(); // make sure we don't accidentally use
667   // The dominator tree has been invalidated by the inlining performed in the
668   // above loop.  TODO: Teach the inliner how to update the dom tree?
669   DT.recalculate(F);
670   
671   if (enableCallSafepoints(F)) {
672     std::vector<CallSite> Calls;
673     findCallSafepoints(F, Calls);
674     NumCallSafepoints += Calls.size();
675     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), Calls.begin(), Calls.end());
676   }
677
678   // Unique the vectors since we can end up with duplicates if we scan the call
679   // site for call safepoints after we add it for entry or backedge.  The
680   // only reason we need tracking at all is that some functions might have
681   // polls but not call safepoints and thus we might miss marking the runtime
682   // calls for the polls. (This is useful in test cases!)
683   unique_unsorted(ParsePointNeeded);
684
685   // Any parse point (no matter what source) will be handled here
686
687   // We're about to start modifying the function
688   if (!ParsePointNeeded.empty())
689     modified = true;
690
691   // Now run through and insert the safepoints, but do _NOT_ update or remove
692   // any existing uses.  We have references to live variables that need to
693   // survive to the last iteration of this loop.
694   std::vector<Value *> Results;
695   Results.reserve(ParsePointNeeded.size());
696   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
697     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
698
699     // For invoke statepoints we need to remove all phi nodes at the normal
700     // destination block.
701     // Reason for this is that we can place gc_result only after last phi node
702     // in basic block. We will get malformed code after RAUW for the
703     // gc_result if one of this phi nodes uses result from the invoke.
704     if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(CS.getInstruction())) {
705       normalizeForInvokeSafepoint(Invoke->getNormalDest(),
706                                   Invoke->getParent());
707     }
708
709     Value *GCResult = ReplaceWithStatepoint(CS, nullptr);
710     Results.push_back(GCResult);
711   }
712   assert(Results.size() == ParsePointNeeded.size());
713
714   // Adjust all users of the old call sites to use the new ones instead
715   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
716     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
717     Value *GCResult = Results[i];
718     if (GCResult) {
719       // Can not RAUW for the gc result in case of phi nodes preset.
720       assert(!isa<PHINode>(cast<Instruction>(GCResult)->getParent()->begin()));
721
722       // Replace all uses with the new call
723       CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(GCResult);
724     }
725
726     // Now that we've handled all uses, remove the original call itself
727     // Note: The insert point can't be the deleted instruction!
728     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
729   }
730   return modified;
731 }
732
733 char PlaceBackedgeSafepointsImpl::ID = 0;
734 char PlaceSafepoints::ID = 0;
735
736 FunctionPass *llvm::createPlaceSafepointsPass() {
737   return new PlaceSafepoints();
738 }
739
740 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
741                       "place-backedge-safepoints-impl",
742                       "Place Backedge Safepoints", false, false)
743 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
744 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
745 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
746 INITIALIZE_PASS_END(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
747                     "place-backedge-safepoints-impl",
748                     "Place Backedge Safepoints", false, false)
749
750 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
751                       false, false)
752 INITIALIZE_PASS_END(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
753                     false, false)
754
755 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS) {
756   Instruction *inst = CS.getInstruction();
757   if (isa<IntrinsicInst>(inst)) {
758     // Most LLVM intrinsics are things which can never take a safepoint.
759     // As a result, we don't need to have the stack parsable at the
760     // callsite.  This is a highly useful optimization since intrinsic
761     // calls are fairly prevelent, particularly in debug builds.
762     return true;
763   }
764
765   // If this function is marked explicitly as a leaf call, we don't need to
766   // place a safepoint of it.  In fact, for correctness we *can't* in many
767   // cases.  Note: Indirect calls return Null for the called function,
768   // these obviously aren't runtime functions with attributes
769   // TODO: Support attributes on the call site as well.
770   const Function *F = CS.getCalledFunction();
771   bool isLeaf =
772       F &&
773       F->getFnAttribute("gc-leaf-function").getValueAsString().equals("true");
774   if (isLeaf) {
775     return true;
776   }
777   return false;
778 }
779
780 static void
781 InsertSafepointPoll(Instruction *term,
782                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/) {
783   Module *M = term->getParent()->getParent()->getParent();
784   assert(M);
785
786   // Inline the safepoint poll implementation - this will get all the branch,
787   // control flow, etc..  Most importantly, it will introduce the actual slow
788   // path call - where we need to insert a safepoint (parsepoint).
789   FunctionType *ftype =
790       FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), false);
791   assert(ftype && "null?");
792   // Note: This cast can fail if there's a function of the same name with a
793   // different type inserted previously
794   Function *F =
795       dyn_cast<Function>(M->getOrInsertFunction("gc.safepoint_poll", ftype));
796   assert(F && "void @gc.safepoint_poll() must be defined");
797   assert(!F->empty() && "gc.safepoint_poll must be a non-empty function");
798   CallInst *poll = CallInst::Create(F, "", term);
799
800   // Record some information about the call site we're replacing
801   BasicBlock *OrigBB = term->getParent();
802   BasicBlock::iterator before(poll), after(poll);
803   bool isBegin(false);
804   if (before == term->getParent()->begin()) {
805     isBegin = true;
806   } else {
807     before--;
808   }
809   after++;
810   assert(after != poll->getParent()->end() && "must have successor");
811
812   // do the actual inlining
813   InlineFunctionInfo IFI;
814   bool inlineStatus = InlineFunction(poll, IFI);
815   assert(inlineStatus && "inline must succeed");
816   (void)inlineStatus; // suppress warning in release-asserts
817
818   // Check post conditions
819   assert(IFI.StaticAllocas.empty() && "can't have allocs");
820
821   std::vector<CallInst *> calls; // new calls
822   std::set<BasicBlock *> BBs;    // new BBs + insertee
823   // Include only the newly inserted instructions, Note: begin may not be valid
824   // if we inserted to the beginning of the basic block
825   BasicBlock::iterator start;
826   if (isBegin) {
827     start = OrigBB->begin();
828   } else {
829     start = before;
830     start++;
831   }
832
833   // If your poll function includes an unreachable at the end, that's not
834   // valid.  Bugpoint likes to create this, so check for it.
835   assert(isPotentiallyReachable(&*start, &*after, nullptr, nullptr) &&
836          "malformed poll function");
837
838   scanInlinedCode(&*(start), &*(after), calls, BBs);
839   assert(!calls.empty() && "slow path not found for safepoint poll");
840
841   // Record the fact we need a parsable state at the runtime call contained in
842   // the poll function.  This is required so that the runtime knows how to
843   // parse the last frame when we actually take  the safepoint (i.e. execute
844   // the slow path)
845   assert(ParsePointsNeeded.empty());
846   for (size_t i = 0; i < calls.size(); i++) {
847
848     // No safepoint needed or wanted
849     if (!needsStatepoint(calls[i])) {
850       continue;
851     }
852
853     // These are likely runtime calls.  Should we assert that via calling
854     // convention or something?
855     ParsePointsNeeded.push_back(CallSite(calls[i]));
856   }
857   assert(ParsePointsNeeded.size() <= calls.size());
858 }
859
860 /// Replaces the given call site (Call or Invoke) with a gc.statepoint
861 /// intrinsic with an empty deoptimization arguments list.  This does
862 /// NOT do explicit relocation for GC support.
863 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, /* to replace */
864                                     Pass *P) {
865   assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent() &&
866          "must be set");
867
868   // TODO: technically, a pass is not allowed to get functions from within a
869   // function pass since it might trigger a new function addition.  Refactor
870   // this logic out to the initialization of the pass.  Doesn't appear to
871   // matter in practice.
872
873   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
874   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
875   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
876   // be replacing a terminator.
877   IRBuilder<> Builder(CS.getInstruction());
878
879   // Note: The gc args are not filled in at this time, that's handled by
880   // RewriteStatepointsForGC (which is currently under review).
881
882   // Create the statepoint given all the arguments
883   Instruction *Token = nullptr;
884
885   uint64_t ID;
886   uint32_t NumPatchBytes;
887
888   AttributeSet OriginalAttrs = CS.getAttributes();
889   Attribute AttrID =
890       OriginalAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-id");
891   Attribute AttrNumPatchBytes = OriginalAttrs.getAttribute(
892       AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-num-patch-bytes");
893
894   AttrBuilder AttrsToRemove;
895   bool HasID = AttrID.isStringAttribute() &&
896                !AttrID.getValueAsString().getAsInteger(10, ID);
897
898   if (HasID)
899     AttrsToRemove.addAttribute("statepoint-id");
900   else
901     ID = 0xABCDEF00;
902
903   bool HasNumPatchBytes =
904       AttrNumPatchBytes.isStringAttribute() &&
905       !AttrNumPatchBytes.getValueAsString().getAsInteger(10, NumPatchBytes);
906
907   if (HasNumPatchBytes)
908     AttrsToRemove.addAttribute("statepoint-num-patch-bytes");
909   else
910     NumPatchBytes = 0;
911
912   OriginalAttrs = OriginalAttrs.removeAttributes(
913       CS.getInstruction()->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
914       AttrsToRemove);
915
916   Value *StatepointTarget = NumPatchBytes == 0
917                                 ? CS.getCalledValue()
918                                 : ConstantPointerNull::get(cast<PointerType>(
919                                       CS.getCalledValue()->getType()));
920
921   if (CS.isCall()) {
922     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
923     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
924         ID, NumPatchBytes, StatepointTarget,
925         makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()), None, None,
926         "safepoint_token");
927     Call->setTailCall(ToReplace->isTailCall());
928     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
929
930     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
931     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
932     // gc_result intrinsic.
933     Call->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
934
935     Token = Call;
936
937     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
938     // the old call (which we're about to delete).
939     assert(ToReplace->getNextNode() && "not a terminator, must have next");
940     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
941     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
942   } else if (CS.isInvoke()) {
943     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
944
945     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
946     // moment at which point this will become the new terminator for the
947     // original block.
948     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getParent());
949     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
950         ID, NumPatchBytes, StatepointTarget, ToReplace->getNormalDest(),
951         ToReplace->getUnwindDest(), makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()),
952         None, None, "safepoint_token");
953
954     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
955     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
956     // gc_result intrinsic.
957     Invoke->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
958
959     Token = Invoke;
960
961     // We'll insert the gc.result into the normal block
962     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
963     // Can not insert gc.result in case of phi nodes preset.
964     // Should have removed this cases prior to runnning this function
965     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
966     Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
967     Builder.SetInsertPoint(IP);
968   } else {
969     llvm_unreachable("unexpect type of CallSite");
970   }
971   assert(Token);
972
973   // Handle the return value of the original call - update all uses to use a
974   // gc_result hanging off the statepoint node we just inserted
975
976   // Only add the gc_result iff there is actually a used result
977   if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
978     std::string TakenName =
979         CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
980     CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), TakenName);
981     GCResult->setAttributes(OriginalAttrs.getRetAttributes());
982     return GCResult;
983   } else {
984     // No return value for the call.
985     return nullptr;
986   }
987 }