tools/llvm-ld/llvm-ld.cpp

   1 //===- llvm-ld.cpp - LLVM 'ld' compatible linker --------------------------===//
   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 utility is intended to be compatible with GCC, and follows standard
  11 // system 'ld' conventions.  As such, the default output file is ./a.out.
  12 // Additionally, this program outputs a shell script that is used to invoke LLI
  13 // to execute the program.  In this manner, the generated executable (a.out for
  14 // example), is directly executable, whereas the bytecode file actually lives in
  15 // the a.out.bc file generated by this program.  Also, Force is on by default.
  16 //
  17 // Note that if someone (or a script) deletes the executable program generated,
  18 // the .bc file will be left around.  Considering that this is a temporary hack,
  19 // I'm not too worried about this.
  20 //
  21 //===----------------------------------------------------------------------===//
  22
  23 #include "llvm/Linker.h"
  24 #include "llvm/System/Program.h"
  25 #include "llvm/Module.h"
  26 #include "llvm/PassManager.h"
  27 #include "llvm/Bytecode/Reader.h"
  28 #include "llvm/Bytecode/Writer.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetMachineRegistry.h"
  32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  33 #include "llvm/Support/FileUtilities.h"
  34 #include "llvm/Support/SystemUtils.h"
  35 #include "llvm/System/Signals.h"
  36 #include <fstream>
  37 #include <iostream>
  38 #include <memory>
  39
  40 using namespace llvm;
  41
  42 // Input/Output Options
  43 static cl::list<std::string> InputFilenames(cl::Positional, cl::OneOrMore,
  44   cl::desc("<input bytecode files>"));
  45
  46 static cl::opt<std::string> OutputFilename("o", cl::init("a.out"),
  47   cl::desc("Override output filename"),
  48   cl::value_desc("filename"));
  49
  50 static cl::opt<bool> Verbose("v",
  51   cl::desc("Print information about actions taken"));
  52
  53 static cl::list<std::string> LibPaths("L", cl::Prefix,
  54   cl::desc("Specify a library search path"),
  55   cl::value_desc("directory"));
  56
  57 static cl::list<std::string> Libraries("l", cl::Prefix,
  58   cl::desc("Specify libraries to link to"),
  59   cl::value_desc("library prefix"));
  60
  61 static cl::opt<bool> LinkAsLibrary("link-as-library",
  62   cl::desc("Link the .bc files together as a library, not an executable"));
  63
  64 static cl::alias Relink("r", cl::aliasopt(LinkAsLibrary),
  65   cl::desc("Alias for -link-as-library"));
  66
  67 static cl::opt<const TargetMachineRegistry::Entry*, false, TargetNameParser>
  68   MachineArch("march", cl::desc("Architecture to generate assembly for:"));
  69
  70 static cl::opt<bool> Native("native",
  71   cl::desc("Generate a native binary instead of a shell script"));
  72
  73 static cl::opt<bool>NativeCBE("native-cbe",
  74   cl::desc("Generate a native binary with the C backend and GCC"));
  75
  76 static cl::opt<bool>DisableCompression("disable-compression",cl::init(false),
  77   cl::desc("Disable writing of compressed bytecode files"));
  78
  79 static cl::list<std::string> PostLinkOpts("post-link-opts",
  80   cl::value_desc("path to post-link optimization programs"),
  81   cl::desc("Run one or more optimization programs after linking"));
  82
  83 // Compatibility options that are ignored but supported by LD
  84 static cl::opt<std::string> CO3("soname", cl::Hidden,
  85   cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  86
  87 static cl::opt<std::string> CO4("version-script", cl::Hidden,
  88   cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  89
  90 static cl::opt<bool> CO5("eh-frame-hdr", cl::Hidden,
  91   cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  92
  93 static  cl::opt<std::string> CO6("h", cl::Hidden,
  94   cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  95
  96 /// This is just for convenience so it doesn't have to be passed around
  97 /// everywhere.
  98 static std::string progname;
  99
 100 /// PrintAndReturn - Prints a message to standard error and returns true.
 101 ///
 102 /// Inputs:
 103 ///  progname - The name of the program (i.e. argv[0]).
 104 ///  Message  - The message to print to standard error.
 105 ///
 106 static int PrintAndReturn(const std::string &Message) {
 107   std::cerr << progname << ": " << Message << "\n";
 108   return 1;
 109 }
 110
 111 /// CopyEnv - This function takes an array of environment variables and makes a
 112 /// copy of it.  This copy can then be manipulated any way the caller likes
 113 /// without affecting the process's real environment.
 114 ///
 115 /// Inputs:
 116 ///  envp - An array of C strings containing an environment.
 117 ///
 118 /// Return value:
 119 ///  NULL - An error occurred.
 120 ///
 121 ///  Otherwise, a pointer to a new array of C strings is returned.  Every string
 122 ///  in the array is a duplicate of the one in the original array (i.e. we do
 123 ///  not copy the char *'s from one array to another).
 124 ///
 125 static char ** CopyEnv(char ** const envp) {
 126   // Count the number of entries in the old list;
 127   unsigned entries;   // The number of entries in the old environment list
 128   for (entries = 0; envp[entries] != NULL; entries++)
 129     /*empty*/;
 130
 131   // Add one more entry for the NULL pointer that ends the list.
 132   ++entries;
 133
 134   // If there are no entries at all, just return NULL.
 135   if (entries == 0)
 136     return NULL;
 137
 138   // Allocate a new environment list.
 139   char **newenv = new char* [entries];
 140   if ((newenv = new char* [entries]) == NULL)
 141     return NULL;
 142
 143   // Make a copy of the list.  Don't forget the NULL that ends the list.
 144   entries = 0;
 145   while (envp[entries] != NULL) {
 146     newenv[entries] = new char[strlen (envp[entries]) + 1];
 147     strcpy (newenv[entries], envp[entries]);
 148     ++entries;
 149   }
 150   newenv[entries] = NULL;
 151
 152   return newenv;
 153 }
 154
 155
 156 /// RemoveEnv - Remove the specified environment variable from the environment
 157 /// array.
 158 ///
 159 /// Inputs:
 160 ///  name - The name of the variable to remove.  It cannot be NULL.
 161 ///  envp - The array of environment variables.  It cannot be NULL.
 162 ///
 163 /// Notes:
 164 ///  This is mainly done because functions to remove items from the environment
 165 ///  are not available across all platforms.  In particular, Solaris does not
 166 ///  seem to have an unsetenv() function or a setenv() function (or they are
 167 ///  undocumented if they do exist).
 168 ///
 169 static void RemoveEnv(const char * name, char ** const envp) {
 170   for (unsigned index=0; envp[index] != NULL; index++) {
 171     // Find the first equals sign in the array and make it an EOS character.
 172     char *p = strchr (envp[index], '=');
 173     if (p == NULL)
 174       continue;
 175     else
 176       *p = '\0';
 177
 178     // Compare the two strings.  If they are equal, zap this string.
 179     // Otherwise, restore it.
 180     if (!strcmp(name, envp[index]))
 181       *envp[index] = '\0';
 182     else
 183       *p = '=';
 184   }
 185
 186   return;
 187 }
 188
 189 /// GenerateBytecode - generates a bytecode file from the module provided
 190 void GenerateBytecode(Module* M, const std::string& FileName) {
 191
 192   // Create the output file.
 193   std::ios::openmode io_mode = std::ios::out | std::ios::trunc |
 194                                std::ios::binary;
 195   std::ofstream Out(FileName.c_str(), io_mode);
 196   if (!Out.good()) {
 197     PrintAndReturn("error opening '" + FileName + "' for writing!");
 198     return;
 199   }
 200
 201   // Ensure that the bytecode file gets removed from the disk if we get a
 202   // terminating signal.
 203   sys::RemoveFileOnSignal(sys::Path(FileName));
 204
 205   // Write it out
 206   WriteBytecodeToFile(M, Out, !DisableCompression);
 207
 208   // Close the bytecode file.
 209   Out.close();
 210 }
 211
 212 /// GenerateAssembly - generates a native assembly language source file from the
 213 /// specified bytecode file.
 214 ///
 215 /// Inputs:
 216 ///  InputFilename  - The name of the output bytecode file.
 217 ///  OutputFilename - The name of the file to generate.
 218 ///  llc            - The pathname to use for LLC.
 219 ///  envp           - The environment to use when running LLC.
 220 ///
 221 /// Return non-zero value on error.
 222 ///
 223 static int GenerateAssembly(const std::string &OutputFilename,
 224                             const std::string &InputFilename,
 225                             const sys::Path &llc) {
 226   // Run LLC to convert the bytecode file into assembly code.
 227   std::vector<const char*> args;
 228   args.push_back(llc.c_str());
 229   args.push_back("-f");
 230   args.push_back("-o");
 231   args.push_back(OutputFilename.c_str());
 232   args.push_back(InputFilename.c_str());
 233   args.push_back(0);
 234
 235   return sys::Program::ExecuteAndWait(llc,&args[0]);
 236 }
 237
 238 /// GenerateAssembly - generates a native assembly language source file from the
 239 /// specified bytecode file.
 240 static int GenerateCFile(const std::string &OutputFile,
 241                          const std::string &InputFile,
 242                          const sys::Path &llc) {
 243   // Run LLC to convert the bytecode file into C.
 244   std::vector<const char*> args;
 245   args.push_back(llc.c_str());
 246   args.push_back("-march=c");
 247   args.push_back("-f");
 248   args.push_back("-o");
 249   args.push_back(OutputFile.c_str());
 250   args.push_back(InputFile.c_str());
 251   args.push_back(0);
 252   return sys::Program::ExecuteAndWait(llc, &args[0]);
 253 }
 254
 255 /// GenerateNative - generates a native assembly language source file from the
 256 /// specified assembly source file.
 257 ///
 258 /// Inputs:
 259 ///  InputFilename  - The name of the output bytecode file.
 260 ///  OutputFilename - The name of the file to generate.
 261 ///  Libraries      - The list of libraries with which to link.
 262 ///  LibPaths       - The list of directories in which to find libraries.
 263 ///  gcc            - The pathname to use for GGC.
 264 ///  envp           - A copy of the process's current environment.
 265 ///
 266 /// Outputs:
 267 ///  None.
 268 ///
 269 /// Returns non-zero value on error.
 270 ///
 271 static int GenerateNative(const std::string &OutputFilename,
 272                           const std::string &InputFilename,
 273                           const std::vector<std::string> &Libraries,
 274                           const sys::Path &gcc, char ** const envp) {
 275   // Remove these environment variables from the environment of the
 276   // programs that we will execute.  It appears that GCC sets these
 277   // environment variables so that the programs it uses can configure
 278   // themselves identically.
 279   //
 280   // However, when we invoke GCC below, we want it to use its normal
 281   // configuration.  Hence, we must sanitize its environment.
 282   char ** clean_env = CopyEnv(envp);
 283   if (clean_env == NULL)
 284     return 1;
 285   RemoveEnv("LIBRARY_PATH", clean_env);
 286   RemoveEnv("COLLECT_GCC_OPTIONS", clean_env);
 287   RemoveEnv("GCC_EXEC_PREFIX", clean_env);
 288   RemoveEnv("COMPILER_PATH", clean_env);
 289   RemoveEnv("COLLECT_GCC", clean_env);
 290
 291
 292   // Run GCC to assemble and link the program into native code.
 293   //
 294   // Note:
 295   //  We can't just assemble and link the file with the system assembler
 296   //  and linker because we don't know where to put the _start symbol.
 297   //  GCC mysteriously knows how to do it.
 298   std::vector<const char*> args;
 299   args.push_back(gcc.c_str());
 300   args.push_back("-fno-strict-aliasing");
 301   args.push_back("-O3");
 302   args.push_back("-o");
 303   args.push_back(OutputFilename.c_str());
 304   args.push_back(InputFilename.c_str());
 305
 306   // Add in the libraries to link.
 307   for (unsigned index = 0; index < Libraries.size(); index++)
 308     if (Libraries[index] != "crtend") {
 309       args.push_back("-l");
 310       args.push_back(Libraries[index].c_str());
 311     }
 312   args.push_back(0);
 313
 314   // Run the compiler to assembly and link together the program.
 315   int R = sys::Program::ExecuteAndWait(gcc, &args[0], (const char**)clean_env);
 316   delete [] clean_env;
 317   return R;
 318 }
 319
 320 /// EmitShellScript - Output the wrapper file that invokes the JIT on the LLVM
 321 /// bytecode file for the program.
 322 static void EmitShellScript(char **argv) {
 323 #if defined(_WIN32) || defined(__CYGWIN__)
 324   // Windows doesn't support #!/bin/sh style shell scripts in .exe files.  To
 325   // support windows systems, we copy the llvm-stub.exe executable from the
 326   // build tree to the destination file.
 327   sys::Path llvmstub = FindExecutable("llvm-stub.exe", argv[0]);
 328   if (llvmstub.isEmpty()) {
 329     std::cerr << "Could not find llvm-stub.exe executable!\n";
 330     exit(1);
 331   }
 332   sys::CopyFile(sys::Path(OutputFilename), llvmstub);
 333   return;
 334 #endif
 335
 336   // Output the script to start the program...
 337   std::ofstream Out2(OutputFilename.c_str());
 338   if (!Out2.good())
 339     exit(PrintAndReturn("error opening '" + OutputFilename + "' for writing!"));
 340
 341   Out2 << "#!/bin/sh\n";
 342   // Allow user to setenv LLVMINTERP if lli is not in their PATH.
 343   Out2 << "lli=${LLVMINTERP-lli}\n";
 344   Out2 << "exec $lli \\\n";
 345   // gcc accepts -l<lib> and implicitly searches /lib and /usr/lib.
 346   LibPaths.push_back("/lib");
 347   LibPaths.push_back("/usr/lib");
 348   LibPaths.push_back("/usr/X11R6/lib");
 349   // We don't need to link in libc! In fact, /usr/lib/libc.so may not be a
 350   // shared object at all! See RH 8: plain text.
 351   std::vector<std::string>::iterator libc =
 352     std::find(Libraries.begin(), Libraries.end(), "c");
 353   if (libc != Libraries.end()) Libraries.erase(libc);
 354   // List all the shared object (native) libraries this executable will need
 355   // on the command line, so that we don't have to do this manually!
 356   for (std::vector<std::string>::iterator i = Libraries.begin(),
 357          e = Libraries.end(); i != e; ++i) {
 358     sys::Path FullLibraryPath = sys::Path::FindLibrary(*i);
 359     if (!FullLibraryPath.isEmpty() && FullLibraryPath.isDynamicLibrary())
 360       Out2 << "    -load=" << FullLibraryPath.toString() << " \\\n";
 361   }
 362   Out2 << "    $0.bc ${1+\"$@\"}\n";
 363   Out2.close();
 364 }
 365
 366 // BuildLinkItems -- This function generates a LinkItemList for the LinkItems
 367 // linker function by combining the Files and Libraries in the order they were
 368 // declared on the command line.
 369 static void BuildLinkItems(
 370   Linker::ItemList& Items,
 371   const cl::list<std::string>& Files,
 372   const cl::list<std::string>& Libraries) {
 373
 374   // Build the list of linkage items for LinkItems.
 375
 376   cl::list<std::string>::const_iterator fileIt = Files.begin();
 377   cl::list<std::string>::const_iterator libIt  = Libraries.begin();
 378
 379   int libPos = -1, filePos = -1;
 380   while ( libIt != Libraries.end() || fileIt != Files.end() ) {
 381     if (libIt != Libraries.end())
 382       libPos = Libraries.getPosition(libIt - Libraries.begin());
 383     else
 384       libPos = -1;
 385     if (fileIt != Files.end())
 386       filePos = Files.getPosition(fileIt - Files.begin());
 387     else
 388       filePos = -1;
 389
 390     if (filePos != -1 && (libPos == -1 || filePos < libPos)) {
 391       // Add a source file
 392       Items.push_back(std::make_pair(*fileIt++, false));
 393     } else if (libPos != -1 && (filePos == -1 || libPos < filePos)) {
 394       // Add a library
 395       Items.push_back(std::make_pair(*libIt++, true));
 396     }
 397   }
 398 }
 399
 400 // Rightly this should go in a header file but it just seems such a waste.
 401 namespace llvm {
 402 extern void Optimize(Module*);
 403 }
 404
 405 int main(int argc, char **argv, char **envp) {
 406   try {
 407     // Initial global variable above for convenience printing of program name.
 408     progname = sys::Path(argv[0]).getBasename();
 409     Linker TheLinker(progname, OutputFilename, Verbose);
 410
 411     // Parse the command line options
 412     cl::ParseCommandLineOptions(argc, argv, " llvm linker\n");
 413     sys::PrintStackTraceOnErrorSignal();
 414
 415     // Set up the library paths for the Linker
 416     TheLinker.addPaths(LibPaths);
 417     TheLinker.addSystemPaths();
 418
 419     // Remove any consecutive duplicates of the same library...
 420     Libraries.erase(std::unique(Libraries.begin(), Libraries.end()),
 421                     Libraries.end());
 422
 423     if (LinkAsLibrary) {
 424       std::vector<sys::Path> Files;
 425       for (unsigned i = 0; i < InputFilenames.size(); ++i )
 426         Files.push_back(sys::Path(InputFilenames[i]));
 427       if (TheLinker.LinkInFiles(Files))
 428         return 1; // Error already printed
 429
 430       // The libraries aren't linked in but are noted as "dependent" in the
 431       // module.
 432       for (cl::list<std::string>::const_iterator I = Libraries.begin(),
 433            E = Libraries.end(); I != E ; ++I) {
 434         TheLinker.getModule()->addLibrary(*I);
 435       }
 436     } else {
 437       // Build a list of the items from our command line
 438       Linker::ItemList Items;
 439       Linker::ItemList NativeItems;
 440       BuildLinkItems(Items, InputFilenames, Libraries);
 441
 442       // Link all the items together
 443       if (TheLinker.LinkInItems(Items,NativeItems) )
 444         return 1;
 445     }
 446
 447     std::auto_ptr<Module> Composite(TheLinker.releaseModule());
 448
 449     // Optimize the module
 450     Optimize(Composite.get());
 451
 452     // Generate the bytecode for the optimized module.
 453     std::string RealBytecodeOutput = OutputFilename;
 454     if (!LinkAsLibrary) RealBytecodeOutput += ".bc";
 455     GenerateBytecode(Composite.get(), RealBytecodeOutput);
 456
 457     // If we are not linking a library, generate either a native executable
 458     // or a JIT shell script, depending upon what the user wants.
 459     if (!LinkAsLibrary) {
 460       // If the user wants to run a post-link optimization, run it now.
 461       if (!PostLinkOpts.empty()) {
 462         std::vector<std::string> opts = PostLinkOpts;
 463         for (std::vector<std::string>::iterator I = opts.begin(),
 464              E = opts.end(); I != E; ++I) {
 465           sys::Path prog(*I);
 466           if (!prog.canExecute()) {
 467             prog = sys::Program::FindProgramByName(*I);
 468             if (prog.isEmpty())
 469               return PrintAndReturn(std::string("Optimization program '") + *I +
 470                 "' is not found or not executable.");
 471           }
 472           // Get the program arguments
 473           sys::Path tmp_output("opt_result");
 474           if (!tmp_output.createTemporaryFileOnDisk()) {
 475             return PrintAndReturn(
 476               "Can't create temporary file for post-link optimization");
 477           }
 478           const char* args[4];
 479           args[0] = I->c_str();
 480           args[1] = RealBytecodeOutput.c_str();
 481           args[2] = tmp_output.c_str();
 482           args[3] = 0;
 483           if (0 == sys::Program::ExecuteAndWait(prog, args)) {
 484             if (tmp_output.isBytecodeFile()) {
 485               sys::Path target(RealBytecodeOutput);
 486               target.eraseFromDisk();
 487               tmp_output.renamePathOnDisk(target);
 488             } else
 489               return PrintAndReturn(
 490                 "Post-link optimization output is not bytecode");
 491           }
 492         }
 493       }
 494
 495       // If the user wants to generate a native executable, compile it from the
 496       // bytecode file.
 497       //
 498       // Otherwise, create a script that will run the bytecode through the JIT.
 499       if (Native) {
 500         // Name of the Assembly Language output file
 501         sys::Path AssemblyFile ( OutputFilename);
 502         AssemblyFile.appendSuffix("s");
 503
 504         // Mark the output files for removal if we get an interrupt.
 505         sys::RemoveFileOnSignal(AssemblyFile);
 506         sys::RemoveFileOnSignal(sys::Path(OutputFilename));
 507
 508         // Determine the locations of the llc and gcc programs.
 509         sys::Path llc = FindExecutable("llc", argv[0]);
 510         if (llc.isEmpty())
 511           return PrintAndReturn("Failed to find llc");
 512
 513         sys::Path gcc = FindExecutable("gcc", argv[0]);
 514         if (gcc.isEmpty())
 515           return PrintAndReturn("Failed to find gcc");
 516
 517         // Generate an assembly language file for the bytecode.
 518         if (Verbose) std::cout << "Generating Assembly Code\n";
 519         GenerateAssembly(AssemblyFile.toString(), RealBytecodeOutput, llc);
 520         if (Verbose) std::cout << "Generating Native Code\n";
 521         GenerateNative(OutputFilename, AssemblyFile.toString(), Libraries,
 522                        gcc, envp);
 523
 524         // Remove the assembly language file.
 525         AssemblyFile.eraseFromDisk();
 526       } else if (NativeCBE) {
 527         sys::Path CFile (OutputFilename);
 528         CFile.appendSuffix("cbe.c");
 529
 530         // Mark the output files for removal if we get an interrupt.
 531         sys::RemoveFileOnSignal(CFile);
 532         sys::RemoveFileOnSignal(sys::Path(OutputFilename));
 533
 534         // Determine the locations of the llc and gcc programs.
 535         sys::Path llc = FindExecutable("llc", argv[0]);
 536         if (llc.isEmpty())
 537           return PrintAndReturn("Failed to find llc");
 538
 539         sys::Path gcc = FindExecutable("gcc", argv[0]);
 540         if (gcc.isEmpty())
 541           return PrintAndReturn("Failed to find gcc");
 542
 543         // Generate an assembly language file for the bytecode.
 544         if (Verbose) std::cout << "Generating Assembly Code\n";
 545         GenerateCFile(CFile.toString(), RealBytecodeOutput, llc);
 546         if (Verbose) std::cout << "Generating Native Code\n";
 547         GenerateNative(OutputFilename, CFile.toString(), Libraries, gcc, envp);
 548
 549         // Remove the assembly language file.
 550         CFile.eraseFromDisk();
 551
 552       } else {
 553         EmitShellScript(argv);
 554       }
 555
 556       // Make the script executable...
 557       sys::Path(OutputFilename).makeExecutableOnDisk();
 558
 559       // Make the bytecode file readable and directly executable in LLEE as well
 560       sys::Path(RealBytecodeOutput).makeExecutableOnDisk();
 561       sys::Path(RealBytecodeOutput).makeReadableOnDisk();
 562     }
 563
 564     return 0;
 565   } catch (const std::string& msg) {
 566     std::cerr << argv[0] << ": " << msg << "\n";
 567   } catch (...) {
 568     std::cerr << argv[0] << ": Unexpected unknown exception occurred.\n";
 569   }
 570   return 1;
 571 }