[RegAlloc] Add a last chance recoloring mechanism when everything else failed to
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocGreedy.cpp
index 244b8ba59807d3ce4ed719d6d1790b7a16b864cd..b969dd71757fe55a6bbd60d66cd64079e8a417b3 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
+#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "AllocationOrder.h"
 #include "InterferenceCache.h"
 #include "LiveDebugVariables.h"
-#include "LiveRangeEdit.h"
 #include "RegAllocBase.h"
-#include "Spiller.h"
 #include "SpillPlacement.h"
+#include "Spiller.h"
 #include "SplitKit.h"
-#include "VirtRegMap.h"
-#include "RegisterCoalescer.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
 #include "llvm/CodeGen/EdgeBundles.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveRegMatrix.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
-#include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
-#include "llvm/Target/TargetOptions.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
+#include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
+#include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
-#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Support/Timer.h"
-
+#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include <queue>
 
 using namespace llvm;
@@ -51,6 +51,26 @@ STATISTIC(NumGlobalSplits, "Number of split global live ranges");
 STATISTIC(NumLocalSplits,  "Number of split local live ranges");
 STATISTIC(NumEvicted,      "Number of interferences evicted");
 
+static cl::opt<SplitEditor::ComplementSpillMode>
+SplitSpillMode("split-spill-mode", cl::Hidden,
+  cl::desc("Spill mode for splitting live ranges"),
+  cl::values(clEnumValN(SplitEditor::SM_Partition, "default", "Default"),
+             clEnumValN(SplitEditor::SM_Size,  "size",  "Optimize for size"),
+             clEnumValN(SplitEditor::SM_Speed, "speed", "Optimize for speed"),
+             clEnumValEnd),
+  cl::init(SplitEditor::SM_Partition));
+
+static cl::opt<unsigned>
+LastChanceRecoloringMaxDepth("lcr-max-depth", cl::Hidden,
+                             cl::desc("Last chance recoloring max depth"),
+                             cl::init(5));
+
+static cl::opt<unsigned> LastChanceRecoloringMaxInterference(
+    "lcr-max-interf", cl::Hidden,
+    cl::desc("Last chance recoloring maximum number of considered"
+             " interference at a time"),
+    cl::init(8));
+
 static RegisterRegAlloc greedyRegAlloc("greedy", "greedy register allocator",
                                        createGreedyRegisterAllocator);
 
@@ -58,13 +78,22 @@ namespace {
 class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
                  public RegAllocBase,
                  private LiveRangeEdit::Delegate {
+  // Convenient shortcuts.
+  typedef std::priority_queue<std::pair<unsigned, unsigned> > PQueue;
+  typedef SmallPtrSet<LiveInterval *, 4> SmallLISet;
+  typedef SmallSet<unsigned, 16> SmallVirtRegSet;
 
   // context
   MachineFunction *MF;
 
+  // Shortcuts to some useful interface.
+  const TargetInstrInfo *TII;
+  const TargetRegisterInfo *TRI;
+  RegisterClassInfo RCI;
+
   // analyses
   SlotIndexes *Indexes;
-  LiveStacks *LS;
+  MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
   MachineDominatorTree *DomTree;
   MachineLoopInfo *Loops;
   EdgeBundles *Bundles;
@@ -72,8 +101,8 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
   LiveDebugVariables *DebugVars;
 
   // state
-  std::auto_ptr<Spiller> SpillerInstance;
-  std::priority_queue<std::pair<unsigned, unsigned> > Queue;
+  OwningPtr<Spiller> SpillerInstance;
+  PQueue Queue;
   unsigned NextCascade;
 
   // Live ranges pass through a number of stages as we try to allocate them.
@@ -90,15 +119,31 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
   // range splitting algorithm terminates, something that is otherwise hard to
   // ensure.
   enum LiveRangeStage {
-    RS_New,      ///< Never seen before.
-    RS_First,    ///< First time in the queue.
-    RS_Second,   ///< Second time in the queue.
-    RS_Global,   ///< Produced by global splitting.
-    RS_Local,    ///< Produced by local splitting.
-    RS_Spill     ///< Produced by spilling.
+    /// Newly created live range that has never been queued.
+    RS_New,
+
+    /// Only attempt assignment and eviction. Then requeue as RS_Split.
+    RS_Assign,
+
+    /// Attempt live range splitting if assignment is impossible.
+    RS_Split,
+
+    /// Attempt more aggressive live range splitting that is guaranteed to make
+    /// progress.  This is used for split products that may not be making
+    /// progress.
+    RS_Split2,
+
+    /// Live range will be spilled.  No more splitting will be attempted.
+    RS_Spill,
+
+    /// There is nothing more we can do to this live range.  Abort compilation
+    /// if it can't be assigned.
+    RS_Done
   };
 
+#ifndef NDEBUG
   static const char *const StageName[];
+#endif
 
   // RegInfo - Keep additional information about each live range.
   struct RegInfo {
@@ -125,7 +170,7 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
   void setStage(Iterator Begin, Iterator End, LiveRangeStage NewStage) {
     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
     for (;Begin != End; ++Begin) {
-      unsigned Reg = (*Begin)->reg;
+      unsigned Reg = *Begin;
       if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
         ExtraRegInfo[Reg].Stage = NewStage;
     }
@@ -136,7 +181,13 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
     unsigned BrokenHints; ///< Total number of broken hints.
     float MaxWeight;      ///< Maximum spill weight evicted.
 
-    EvictionCost(unsigned B = 0) : BrokenHints(B), MaxWeight(0) {}
+    EvictionCost(): BrokenHints(0), MaxWeight(0) {}
+
+    bool isMax() const { return BrokenHints == ~0u; }
+
+    void setMax() { BrokenHints = ~0u; }
+
+    void setBrokenHints(unsigned NHints) { BrokenHints = NHints; }
 
     bool operator<(const EvictionCost &O) const {
       if (BrokenHints != O.BrokenHints)
@@ -146,8 +197,8 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
   };
 
   // splitting state.
-  std::auto_ptr<SplitAnalysis> SA;
-  std::auto_ptr<SplitEditor> SE;
+  OwningPtr<SplitAnalysis> SA;
+  OwningPtr<SplitEditor> SE;
 
   /// Cached per-block interference maps
   InterferenceCache IntfCache;
@@ -157,24 +208,51 @@ class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
 
   /// Global live range splitting candidate info.
   struct GlobalSplitCandidate {
+    // Register intended for assignment, or 0.
     unsigned PhysReg;
+
+    // SplitKit interval index for this candidate.
+    unsigned IntvIdx;
+
+    // Interference for PhysReg.
     InterferenceCache::Cursor Intf;
+
+    // Bundles where this candidate should be live.
     BitVector LiveBundles;
     SmallVector<unsigned, 8> ActiveBlocks;
 
     void reset(InterferenceCache &Cache, unsigned Reg) {
       PhysReg = Reg;
+      IntvIdx = 0;
       Intf.setPhysReg(Cache, Reg);
       LiveBundles.clear();
       ActiveBlocks.clear();
     }
+
+    // Set B[i] = C for every live bundle where B[i] was NoCand.
+    unsigned getBundles(SmallVectorImpl<unsigned> &B, unsigned C) {
+      unsigned Count = 0;
+      for (int i = LiveBundles.find_first(); i >= 0;
+           i = LiveBundles.find_next(i))
+        if (B[i] == NoCand) {
+          B[i] = C;
+          Count++;
+        }
+      return Count;
+    }
   };
 
-  /// Candidate info for for each PhysReg in AllocationOrder.
+  /// Candidate info for each PhysReg in AllocationOrder.
   /// This vector never shrinks, but grows to the size of the largest register
   /// class.
   SmallVector<GlobalSplitCandidate, 32> GlobalCand;
 
+  enum LLVM_ENUM_INT_TYPE(unsigned) { NoCand = ~0u };
+
+  /// Candidate map. Each edge bundle is assigned to a GlobalCand entry, or to
+  /// NoCand which indicates the stack interval.
+  SmallVector<unsigned, 32> BundleCand;
+
 public:
   RAGreedy();
 
@@ -190,7 +268,7 @@ public:
   virtual void enqueue(LiveInterval *LI);
   virtual LiveInterval *dequeue();
   virtual unsigned selectOrSplit(LiveInterval&,
-                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+                                 SmallVectorImpl<unsigned>&);
 
   /// Perform register allocation.
   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf);
@@ -198,35 +276,51 @@ public:
   static char ID;
 
 private:
-  void LRE_WillEraseInstruction(MachineInstr*);
+  unsigned selectOrSplitImpl(LiveInterval &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
+                             SmallVirtRegSet &, unsigned = 0);
+
   bool LRE_CanEraseVirtReg(unsigned);
   void LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned);
   void LRE_DidCloneVirtReg(unsigned, unsigned);
+  void enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI);
+  LiveInterval *dequeue(PQueue &CurQueue);
 
-  float calcSpillCost();
-  bool addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor, float&);
+  BlockFrequency calcSpillCost();
+  bool addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor, BlockFrequency&);
   void addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor, ArrayRef<unsigned>);
   void growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand);
-  float calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate&);
+  BlockFrequency calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate&);
   bool calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate&);
-  void splitAroundRegion(LiveInterval&, GlobalSplitCandidate&,
-                         SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+  void splitAroundRegion(LiveRangeEdit&, ArrayRef<unsigned>);
   void calcGapWeights(unsigned, SmallVectorImpl<float>&);
+  unsigned canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg);
   bool shouldEvict(LiveInterval &A, bool, LiveInterval &B, bool);
   bool canEvictInterference(LiveInterval&, unsigned, bool, EvictionCost&);
   void evictInterference(LiveInterval&, unsigned,
-                         SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+                         SmallVectorImpl<unsigned>&);
+  bool mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
+                                  SmallLISet &RecoloringCandidates,
+                                  const SmallVirtRegSet &FixedRegisters);
 
   unsigned tryAssign(LiveInterval&, AllocationOrder&,
-                     SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+                     SmallVectorImpl<unsigned>&);
   unsigned tryEvict(LiveInterval&, AllocationOrder&,
-                    SmallVectorImpl<LiveInterval*>&, unsigned = ~0u);
+                    SmallVectorImpl<unsigned>&, unsigned = ~0u);
   unsigned tryRegionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
-                          SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+                          SmallVectorImpl<unsigned>&);
+  unsigned tryBlockSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
+                         SmallVectorImpl<unsigned>&);
+  unsigned tryInstructionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
+                               SmallVectorImpl<unsigned>&);
   unsigned tryLocalSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
-    SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+    SmallVectorImpl<unsigned>&);
   unsigned trySplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
-                    SmallVectorImpl<LiveInterval*>&);
+                    SmallVectorImpl<unsigned>&);
+  unsigned tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &, AllocationOrder &,
+                                   SmallVectorImpl<unsigned> &,
+                                   SmallVirtRegSet &, unsigned);
+  bool tryRecoloringCandidates(PQueue &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
+                               SmallVirtRegSet &, unsigned);
 };
 } // end anonymous namespace
 
@@ -234,18 +328,18 @@ char RAGreedy::ID = 0;
 
 #ifndef NDEBUG
 const char *const RAGreedy::StageName[] = {
-  "RS_New",
-  "RS_First",
-  "RS_Second",
-  "RS_Global",
-  "RS_Local",
-  "RS_Spill"
+    "RS_New",
+    "RS_Assign",
+    "RS_Split",
+    "RS_Split2",
+    "RS_Spill",
+    "RS_Done"
 };
 #endif
 
 // Hysteresis to use when comparing floats.
 // This helps stabilize decisions based on float comparisons.
-const float Hysteresis = 0.98f;
+const float Hysteresis = (2007 / 2048.0f); // 0.97998046875
 
 
 FunctionPass* llvm::createGreedyRegisterAllocator() {
@@ -257,30 +351,29 @@ RAGreedy::RAGreedy(): MachineFunctionPass(ID) {
   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
-  initializeStrongPHIEliminationPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeRegisterCoalescerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
-  initializeCalculateSpillWeightsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeMachineDominatorTreePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  initializeLiveRegMatrixPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeEdgeBundlesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   initializeSpillPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 }
 
 void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.setPreservesCFG();
+  AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
+  AU.addPreserved<MachineBlockFrequencyInfo>();
   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
   AU.addRequired<LiveIntervals>();
+  AU.addPreserved<LiveIntervals>();
   AU.addRequired<SlotIndexes>();
   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
-  if (StrongPHIElim)
-    AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
-  AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
-  AU.addRequired<CalculateSpillWeights>();
   AU.addRequired<LiveStacks>();
   AU.addPreserved<LiveStacks>();
   AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
@@ -289,6 +382,8 @@ void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
   AU.addRequired<VirtRegMap>();
   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
+  AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
+  AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
   AU.addRequired<EdgeBundles>();
   AU.addRequired<SpillPlacement>();
   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
@@ -299,14 +394,9 @@ void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 //                     LiveRangeEdit delegate methods
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-void RAGreedy::LRE_WillEraseInstruction(MachineInstr *MI) {
-  // LRE itself will remove from SlotIndexes and parent basic block.
-  VRM->RemoveMachineInstrFromMaps(MI);
-}
-
 bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(unsigned VirtReg) {
-  if (unsigned PhysReg = VRM->getPhys(VirtReg)) {
-    unassign(LIS->getInterval(VirtReg), PhysReg);
+  if (VRM->hasPhys(VirtReg)) {
+    Matrix->unassign(LIS->getInterval(VirtReg));
     return true;
   }
   // Unassigned virtreg is probably in the priority queue.
@@ -315,20 +405,25 @@ bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(unsigned VirtReg) {
 }
 
 void RAGreedy::LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned VirtReg) {
-  unsigned PhysReg = VRM->getPhys(VirtReg);
-  if (!PhysReg)
+  if (!VRM->hasPhys(VirtReg))
     return;
 
   // Register is assigned, put it back on the queue for reassignment.
   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
-  unassign(LI, PhysReg);
+  Matrix->unassign(LI);
   enqueue(&LI);
 }
 
 void RAGreedy::LRE_DidCloneVirtReg(unsigned New, unsigned Old) {
+  // Cloning a register we haven't even heard about yet?  Just ignore it.
+  if (!ExtraRegInfo.inBounds(Old))
+    return;
+
   // LRE may clone a virtual register because dead code elimination causes it to
-  // be split into connected components. Ensure that the new register gets the
+  // be split into connected components. The new components are much smaller
+  // than the original, so they should get a new chance at being assigned.
   // same stage as the parent.
+  ExtraRegInfo[Old].Stage = RS_Assign;
   ExtraRegInfo.grow(New);
   ExtraRegInfo[New] = ExtraRegInfo[Old];
 }
@@ -337,10 +432,11 @@ void RAGreedy::releaseMemory() {
   SpillerInstance.reset(0);
   ExtraRegInfo.clear();
   GlobalCand.clear();
-  RegAllocBase::releaseMemory();
 }
 
-void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) {
+void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) { enqueue(Queue, LI); }
+
+void RAGreedy::enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI) {
   // Prioritize live ranges by size, assigning larger ranges first.
   // The queue holds (size, reg) pairs.
   const unsigned Size = LI->getSize();
@@ -351,31 +447,52 @@ void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) {
 
   ExtraRegInfo.grow(Reg);
   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
-    ExtraRegInfo[Reg].Stage = RS_First;
+    ExtraRegInfo[Reg].Stage = RS_Assign;
 
-  if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Second)
+  if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Split) {
     // Unsplit ranges that couldn't be allocated immediately are deferred until
-    // everything else has been allocated. Long ranges are allocated last so
-    // they are split against realistic interference.
-    Prio = (1u << 31) - Size;
-  else {
-    // Everything else is allocated in long->short order. Long ranges that don't
-    // fit should be spilled ASAP so they don't create interference.
-    Prio = (1u << 31) + Size;
+    // everything else has been allocated.
+    Prio = Size;
+  } else {
+    if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Assign && !LI->empty() &&
+        LIS->intervalIsInOneMBB(*LI)) {
+      // Allocate original local ranges in linear instruction order. Since they
+      // are singly defined, this produces optimal coloring in the absence of
+      // global interference and other constraints.
+      if (!TRI->reverseLocalAssignment())
+        Prio = LI->beginIndex().getInstrDistance(Indexes->getLastIndex());
+      else {
+        // Allocating bottom up may allow many short LRGs to be assigned first
+        // to one of the cheap registers. This could be much faster for very
+        // large blocks on targets with many physical registers.
+        Prio = Indexes->getZeroIndex().getInstrDistance(LI->beginIndex());
+      }
+    }
+    else {
+      // Allocate global and split ranges in long->short order. Long ranges that
+      // don't fit should be spilled (or split) ASAP so they don't create
+      // interference.  Mark a bit to prioritize global above local ranges.
+      Prio = (1u << 29) + Size;
+    }
+    // Mark a higher bit to prioritize global and local above RS_Split.
+    Prio |= (1u << 31);
 
     // Boost ranges that have a physical register hint.
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(VRM->getRegAllocPref(Reg)))
+    if (VRM->hasKnownPreference(Reg))
       Prio |= (1u << 30);
   }
-
-  Queue.push(std::make_pair(Prio, Reg));
+  // The virtual register number is a tie breaker for same-sized ranges.
+  // Give lower vreg numbers higher priority to assign them first.
+  CurQueue.push(std::make_pair(Prio, ~Reg));
 }
 
-LiveInterval *RAGreedy::dequeue() {
-  if (Queue.empty())
+LiveInterval *RAGreedy::dequeue() { return dequeue(Queue); }
+
+LiveInterval *RAGreedy::dequeue(PQueue &CurQueue) {
+  if (CurQueue.empty())
     return 0;
-  LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(Queue.top().second);
-  Queue.pop();
+  LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(~CurQueue.top().second);
+  CurQueue.pop();
   return LI;
 }
 
@@ -387,13 +504,13 @@ LiveInterval *RAGreedy::dequeue() {
 /// tryAssign - Try to assign VirtReg to an available register.
 unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
                              AllocationOrder &Order,
-                             SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
+                             SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
   Order.rewind();
   unsigned PhysReg;
   while ((PhysReg = Order.next()))
-    if (!checkPhysRegInterference(VirtReg, PhysReg))
+    if (!Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg))
       break;
-  if (!PhysReg || Order.isHint(PhysReg))
+  if (!PhysReg || Order.isHint())
     return PhysReg;
 
   // PhysReg is available, but there may be a better choice.
@@ -403,7 +520,8 @@ unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
   if (unsigned Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg))
     if (Order.isHint(Hint)) {
       DEBUG(dbgs() << "missed hint " << PrintReg(Hint, TRI) << '\n');
-      EvictionCost MaxCost(1);
+      EvictionCost MaxCost;
+      MaxCost.setBrokenHints(1);
       if (canEvictInterference(VirtReg, Hint, true, MaxCost)) {
         evictInterference(VirtReg, Hint, NewVRegs);
         return Hint;
@@ -428,6 +546,31 @@ unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
 //                         Interference eviction
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+unsigned RAGreedy::canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PrevReg) {
+  AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
+  unsigned PhysReg;
+  while ((PhysReg = Order.next())) {
+    if (PhysReg == PrevReg)
+      continue;
+
+    MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI);
+    for (; Units.isValid(); ++Units) {
+      // Instantiate a "subquery", not to be confused with the Queries array.
+      LiveIntervalUnion::Query subQ(&VirtReg, &Matrix->getLiveUnions()[*Units]);
+      if (subQ.checkInterference())
+        break;
+    }
+    // If no units have interference, break out with the current PhysReg.
+    if (!Units.isValid())
+      break;
+  }
+  if (PhysReg)
+    DEBUG(dbgs() << "can reassign: " << VirtReg << " from "
+          << PrintReg(PrevReg, TRI) << " to " << PrintReg(PhysReg, TRI)
+          << '\n');
+  return PhysReg;
+}
+
 /// shouldEvict - determine if A should evict the assigned live range B. The
 /// eviction policy defined by this function together with the allocation order
 /// defined by enqueue() decides which registers ultimately end up being split
@@ -443,14 +586,18 @@ unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
 /// @param BreaksHint True when B is already assigned to its preferred register.
 bool RAGreedy::shouldEvict(LiveInterval &A, bool IsHint,
                            LiveInterval &B, bool BreaksHint) {
-  bool CanSplit = getStage(B) <= RS_Second;
+  bool CanSplit = getStage(B) < RS_Spill;
 
   // Be fairly aggressive about following hints as long as the evictee can be
   // split.
   if (CanSplit && IsHint && !BreaksHint)
     return true;
 
-  return A.weight > B.weight;
+  if (A.weight > B.weight) {
+    DEBUG(dbgs() << "should evict: " << B << " w= " << B.weight << '\n');
+    return true;
+  }
+  return false;
 }
 
 /// canEvictInterference - Return true if all interferences between VirtReg and
@@ -458,12 +605,18 @@ bool RAGreedy::shouldEvict(LiveInterval &A, bool IsHint,
 ///
 /// @param VirtReg Live range that is about to be assigned.
 /// @param PhysReg Desired register for assignment.
-/// @prarm IsHint  True when PhysReg is VirtReg's preferred register.
+/// @param IsHint  True when PhysReg is VirtReg's preferred register.
 /// @param MaxCost Only look for cheaper candidates and update with new cost
 ///                when returning true.
 /// @returns True when interference can be evicted cheaper than MaxCost.
 bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
                                     bool IsHint, EvictionCost &MaxCost) {
+  // It is only possible to evict virtual register interference.
+  if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) > LiveRegMatrix::IK_VirtReg)
+    return false;
+
+  bool IsLocal = LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg);
+
   // Find VirtReg's cascade number. This will be unassigned if VirtReg was never
   // involved in an eviction before. If a cascade number was assigned, deny
   // evicting anything with the same or a newer cascade number. This prevents
@@ -476,8 +629,8 @@ bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
     Cascade = NextCascade;
 
   EvictionCost Cost;
-  for (const unsigned *AliasI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AliasI; ++AliasI) {
-    LiveIntervalUnion::Query &Q = query(VirtReg, *AliasI);
+  for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+    LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
     // If there is 10 or more interferences, chances are one is heavier.
     if (Q.collectInterferingVRegs(10) >= 10)
       return false;
@@ -485,15 +638,21 @@ bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
     // Check if any interfering live range is heavier than MaxWeight.
     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
-      if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Intf->reg))
-        return false;
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Intf->reg) &&
+             "Only expecting virtual register interference from query");
       // Never evict spill products. They cannot split or spill.
-      if (getStage(*Intf) == RS_Spill)
+      if (getStage(*Intf) == RS_Done)
         return false;
       // Once a live range becomes small enough, it is urgent that we find a
       // register for it. This is indicated by an infinite spill weight. These
       // urgent live ranges get to evict almost anything.
-      bool Urgent = !VirtReg.isSpillable() && Intf->isSpillable();
+      //
+      // Also allow urgent evictions of unspillable ranges from a strictly
+      // larger allocation order.
+      bool Urgent = !VirtReg.isSpillable() &&
+        (Intf->isSpillable() ||
+         RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(VirtReg.reg)) <
+         RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(Intf->reg)));
       // Only evict older cascades or live ranges without a cascade.
       unsigned IntfCascade = ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade;
       if (Cascade <= IntfCascade) {
@@ -511,9 +670,18 @@ bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
       // Abort if this would be too expensive.
       if (!(Cost < MaxCost))
         return false;
-      // Finally, apply the eviction policy for non-urgent evictions.
-      if (!Urgent && !shouldEvict(VirtReg, IsHint, *Intf, BreaksHint))
+      if (Urgent)
+        continue;
+      // Apply the eviction policy for non-urgent evictions.
+      if (!shouldEvict(VirtReg, IsHint, *Intf, BreaksHint))
+        return false;
+      // If !MaxCost.isMax(), then we're just looking for a cheap register.
+      // Evicting another local live range in this case could lead to suboptimal
+      // coloring.
+      if (!MaxCost.isMax() && IsLocal && LIS->intervalIsInOneMBB(*Intf) &&
+          !canReassign(*Intf, PhysReg)) {
         return false;
+      }
     }
   }
   MaxCost = Cost;
@@ -524,7 +692,7 @@ bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 /// from being assigned to Physreg. This assumes that canEvictInterference
 /// returned true.
 void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
-                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
+                                 SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
   // Make sure that VirtReg has a cascade number, and assign that cascade
   // number to every evicted register. These live ranges than then only be
   // evicted by a newer cascade, preventing infinite loops.
@@ -534,19 +702,29 @@ void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 
   DEBUG(dbgs() << "evicting " << PrintReg(PhysReg, TRI)
                << " interference: Cascade " << Cascade << '\n');
-  for (const unsigned *AliasI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AliasI; ++AliasI) {
-    LiveIntervalUnion::Query &Q = query(VirtReg, *AliasI);
+
+  // Collect all interfering virtregs first.
+  SmallVector<LiveInterval*, 8> Intfs;
+  for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+    LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
     assert(Q.seenAllInterferences() && "Didn't check all interfererences.");
-    for (unsigned i = 0, e = Q.interferingVRegs().size(); i != e; ++i) {
-      LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i];
-      unassign(*Intf, VRM->getPhys(Intf->reg));
-      assert((ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade < Cascade ||
-              VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
-             "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
-      ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade = Cascade;
-      ++NumEvicted;
-      NewVRegs.push_back(Intf);
-    }
+    ArrayRef<LiveInterval*> IVR = Q.interferingVRegs();
+    Intfs.append(IVR.begin(), IVR.end());
+  }
+
+  // Evict them second. This will invalidate the queries.
+  for (unsigned i = 0, e = Intfs.size(); i != e; ++i) {
+    LiveInterval *Intf = Intfs[i];
+    // The same VirtReg may be present in multiple RegUnits. Skip duplicates.
+    if (!VRM->hasPhys(Intf->reg))
+      continue;
+    Matrix->unassign(*Intf);
+    assert((ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade < Cascade ||
+            VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
+           "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
+    ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade = Cascade;
+    ++NumEvicted;
+    NewVRegs.push_back(Intf->reg);
   }
 }
 
@@ -556,23 +734,41 @@ void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 /// @return         Physreg to assign VirtReg, or 0.
 unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
                             AllocationOrder &Order,
-                            SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs,
+                            SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
                             unsigned CostPerUseLimit) {
   NamedRegionTimer T("Evict", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
 
   // Keep track of the cheapest interference seen so far.
-  EvictionCost BestCost(~0u);
+  EvictionCost BestCost;
+  BestCost.setMax();
   unsigned BestPhys = 0;
+  unsigned OrderLimit = Order.getOrder().size();
 
   // When we are just looking for a reduced cost per use, don't break any
   // hints, and only evict smaller spill weights.
   if (CostPerUseLimit < ~0u) {
     BestCost.BrokenHints = 0;
     BestCost.MaxWeight = VirtReg.weight;
+
+    // Check of any registers in RC are below CostPerUseLimit.
+    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
+    unsigned MinCost = RegClassInfo.getMinCost(RC);
+    if (MinCost >= CostPerUseLimit) {
+      DEBUG(dbgs() << RC->getName() << " minimum cost = " << MinCost
+                   << ", no cheaper registers to be found.\n");
+      return 0;
+    }
+
+    // It is normal for register classes to have a long tail of registers with
+    // the same cost. We don't need to look at them if they're too expensive.
+    if (TRI->getCostPerUse(Order.getOrder().back()) >= CostPerUseLimit) {
+      OrderLimit = RegClassInfo.getLastCostChange(RC);
+      DEBUG(dbgs() << "Only trying the first " << OrderLimit << " regs.\n");
+    }
   }
 
   Order.rewind();
-  while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
+  while (unsigned PhysReg = Order.next(OrderLimit)) {
     if (TRI->getCostPerUse(PhysReg) >= CostPerUseLimit)
       continue;
     // The first use of a callee-saved register in a function has cost 1.
@@ -592,7 +788,7 @@ unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
     BestPhys = PhysReg;
 
     // Stop if the hint can be used.
-    if (Order.isHint(PhysReg))
+    if (Order.isHint())
       break;
   }
 
@@ -614,12 +810,12 @@ unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
 /// that all preferences in SplitConstraints are met.
 /// Return false if there are no bundles with positive bias.
 bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
-                                   float &Cost) {
+                                   BlockFrequency &Cost) {
   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
 
   // Reset interference dependent info.
   SplitConstraints.resize(UseBlocks.size());
-  float StaticCost = 0;
+  BlockFrequency StaticCost = 0;
   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
@@ -628,6 +824,7 @@ bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
     Intf.moveToBlock(BC.Number);
     BC.Entry = BI.LiveIn ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
     BC.Exit = BI.LiveOut ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
+    BC.ChangesValue = BI.FirstDef.isValid();
 
     if (!Intf.hasInterference())
       continue;
@@ -639,9 +836,9 @@ bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
     if (BI.LiveIn) {
       if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(BC.Number))
         BC.Entry = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
-      else if (Intf.first() < BI.FirstUse)
+      else if (Intf.first() < BI.FirstInstr)
         BC.Entry = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
-      else if (Intf.first() < BI.LastUse)
+      else if (Intf.first() < BI.LastInstr)
         ++Ins;
     }
 
@@ -649,15 +846,15 @@ bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
     if (BI.LiveOut) {
       if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(BC.Number))
         BC.Exit = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
-      else if (Intf.last() > BI.LastUse)
+      else if (Intf.last() > BI.LastInstr)
         BC.Exit = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
-      else if (Intf.last() > BI.FirstUse)
+      else if (Intf.last() > BI.FirstInstr)
         ++Ins;
     }
 
     // Accumulate the total frequency of inserted spill code.
-    if (Ins)
-      StaticCost += Ins * SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
+    while (Ins--)
+      StaticCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
   }
   Cost = StaticCost;
 
@@ -757,7 +954,9 @@ void RAGreedy::growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
     if (Cand.PhysReg)
       addThroughConstraints(Cand.Intf, NewBlocks);
     else
-      SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks);
+      // Provide a strong negative bias on through blocks to prevent unwanted
+      // liveness on loop backedges.
+      SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks, /* Strong= */ true);
     AddedTo = ActiveBlocks.size();
 
     // Perhaps iterating can enable more bundles?
@@ -788,7 +987,7 @@ bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
   SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
 
   // The static split cost will be zero since Cand.Intf reports no interference.
-  float Cost;
+  BlockFrequency Cost;
   if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
     return false;
@@ -813,9 +1012,8 @@ bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
 
 /// calcSpillCost - Compute how expensive it would be to split the live range in
 /// SA around all use blocks instead of forming bundle regions.
-float RAGreedy::calcSpillCost() {
-  float Cost = 0;
-  const LiveInterval &LI = SA->getParent();
+BlockFrequency RAGreedy::calcSpillCost() {
+  BlockFrequency Cost = 0;
   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
@@ -824,16 +1022,8 @@ float RAGreedy::calcSpillCost() {
     Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
 
     // Unless the value is redefined in the block.
-    if (BI.LiveIn && BI.LiveOut) {
-      SlotIndex Start, Stop;
-      tie(Start, Stop) = Indexes->getMBBRange(Number);
-      LiveInterval::const_iterator I = LI.find(Start);
-      assert(I != LI.end() && "Expected live-in value");
-      // Is there a different live-out value? If so, we need an extra spill
-      // instruction.
-      if (I->end < Stop)
-        Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
-    }
+    if (BI.LiveIn && BI.LiveOut && BI.FirstDef)
+      Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
   }
   return Cost;
 }
@@ -842,8 +1032,8 @@ float RAGreedy::calcSpillCost() {
 /// pattern in LiveBundles. This cost should be added to the local cost of the
 /// interference pattern in SplitConstraints.
 ///
-float RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
-  float GlobalCost = 0;
+BlockFrequency RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
+  BlockFrequency GlobalCost = 0;
   const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
@@ -857,8 +1047,8 @@ float RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
       Ins += RegIn != (BC.Entry == SpillPlacement::PrefReg);
     if (BI.LiveOut)
       Ins += RegOut != (BC.Exit == SpillPlacement::PrefReg);
-    if (Ins)
-      GlobalCost += Ins * SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
+    while (Ins--)
+      GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
   }
 
   for (unsigned i = 0, e = Cand.ActiveBlocks.size(); i != e; ++i) {
@@ -870,8 +1060,10 @@ float RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
     if (RegIn && RegOut) {
       // We need double spill code if this block has interference.
       Cand.Intf.moveToBlock(Number);
-      if (Cand.Intf.hasInterference())
-        GlobalCost += 2*SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
+      if (Cand.Intf.hasInterference()) {
+        GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
+        GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
+      }
       continue;
     }
     // live-in / stack-out or stack-in live-out.
@@ -880,81 +1072,115 @@ float RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
   return GlobalCost;
 }
 
-/// splitAroundRegion - Split VirtReg around the region determined by
-/// LiveBundles. Make an effort to avoid interference from PhysReg.
+/// splitAroundRegion - Split the current live range around the regions
+/// determined by BundleCand and GlobalCand.
 ///
-/// The 'register' interval is going to contain as many uses as possible while
-/// avoiding interference. The 'stack' interval is the complement constructed by
-/// SplitEditor. It will contain the rest.
+/// Before calling this function, GlobalCand and BundleCand must be initialized
+/// so each bundle is assigned to a valid candidate, or NoCand for the
+/// stack-bound bundles.  The shared SA/SE SplitAnalysis and SplitEditor
+/// objects must be initialized for the current live range, and intervals
+/// created for the used candidates.
 ///
-void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveInterval &VirtReg,
-                                 GlobalSplitCandidate &Cand,
-                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
-  const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
-
-  DEBUG({
-    dbgs() << "Splitting around region for " << PrintReg(Cand.PhysReg, TRI)
-           << " with bundles";
-    for (int i = LiveBundles.find_first(); i>=0; i = LiveBundles.find_next(i))
-      dbgs() << " EB#" << i;
-    dbgs() << ".\n";
-  });
-
-  InterferenceCache::Cursor &Intf = Cand.Intf;
-  LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
-  SE->reset(LREdit);
-
-  // Create the main cross-block interval.
-  const unsigned MainIntv = SE->openIntv();
+/// @param LREdit    The LiveRangeEdit object handling the current split.
+/// @param UsedCands List of used GlobalCand entries. Every BundleCand value
+///                  must appear in this list.
+void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveRangeEdit &LREdit,
+                                 ArrayRef<unsigned> UsedCands) {
+  // These are the intervals created for new global ranges. We may create more
+  // intervals for local ranges.
+  const unsigned NumGlobalIntvs = LREdit.size();
+  DEBUG(dbgs() << "splitAroundRegion with " << NumGlobalIntvs << " globals.\n");
+  assert(NumGlobalIntvs && "No global intervals configured");
+
+  // Isolate even single instructions when dealing with a proper sub-class.
+  // That guarantees register class inflation for the stack interval because it
+  // is all copies.
+  unsigned Reg = SA->getParent().reg;
+  bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
 
   // First handle all the blocks with uses.
   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
-    bool RegIn  = BI.LiveIn &&
-                  LiveBundles[Bundles->getBundle(BI.MBB->getNumber(), 0)];
-    bool RegOut = BI.LiveOut &&
-                  LiveBundles[Bundles->getBundle(BI.MBB->getNumber(), 1)];
+    unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
+    unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
+    SlotIndex IntfIn, IntfOut;
+    if (BI.LiveIn) {
+      unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
+      if (CandIn != NoCand) {
+        GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
+        IntvIn = Cand.IntvIdx;
+        Cand.Intf.moveToBlock(Number);
+        IntfIn = Cand.Intf.first();
+      }
+    }
+    if (BI.LiveOut) {
+      unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
+      if (CandOut != NoCand) {
+        GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
+        IntvOut = Cand.IntvIdx;
+        Cand.Intf.moveToBlock(Number);
+        IntfOut = Cand.Intf.last();
+      }
+    }
 
     // Create separate intervals for isolated blocks with multiple uses.
-    if (!RegIn && !RegOut) {
+    if (!IntvIn && !IntvOut) {
       DEBUG(dbgs() << "BB#" << BI.MBB->getNumber() << " isolated.\n");
-      if (!BI.isOneInstr()) {
+      if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
         SE->splitSingleBlock(BI);
-        SE->selectIntv(MainIntv);
-      }
       continue;
     }
 
-    Intf.moveToBlock(BI.MBB->getNumber());
-
-    if (RegIn && RegOut)
-      SE->splitLiveThroughBlock(BI.MBB->getNumber(),
-                                MainIntv, Intf.first(),
-                                MainIntv, Intf.last());
-    else if (RegIn)
-      SE->splitRegInBlock(BI, MainIntv, Intf.first());
+    if (IntvIn && IntvOut)
+      SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
+    else if (IntvIn)
+      SE->splitRegInBlock(BI, IntvIn, IntfIn);
     else
-      SE->splitRegOutBlock(BI, MainIntv, Intf.last());
+      SE->splitRegOutBlock(BI, IntvOut, IntfOut);
   }
 
-  // Handle live-through blocks.
-  for (unsigned i = 0, e = Cand.ActiveBlocks.size(); i != e; ++i) {
-    unsigned Number = Cand.ActiveBlocks[i];
-    bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 0)];
-    bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 1)];
-    if (!RegIn && !RegOut)
-      continue;
-    Intf.moveToBlock(Number);
-    SE->splitLiveThroughBlock(Number, RegIn  ? MainIntv : 0, Intf.first(),
-                                      RegOut ? MainIntv : 0, Intf.last());
+  // Handle live-through blocks. The relevant live-through blocks are stored in
+  // the ActiveBlocks list with each candidate. We need to filter out
+  // duplicates.
+  BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
+  for (unsigned c = 0; c != UsedCands.size(); ++c) {
+    ArrayRef<unsigned> Blocks = GlobalCand[UsedCands[c]].ActiveBlocks;
+    for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
+      unsigned Number = Blocks[i];
+      if (!Todo.test(Number))
+        continue;
+      Todo.reset(Number);
+
+      unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
+      SlotIndex IntfIn, IntfOut;
+
+      unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
+      if (CandIn != NoCand) {
+        GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
+        IntvIn = Cand.IntvIdx;
+        Cand.Intf.moveToBlock(Number);
+        IntfIn = Cand.Intf.first();
+      }
+
+      unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
+      if (CandOut != NoCand) {
+        GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
+        IntvOut = Cand.IntvIdx;
+        Cand.Intf.moveToBlock(Number);
+        IntfOut = Cand.Intf.last();
+      }
+      if (!IntvIn && !IntvOut)
+        continue;
+      SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
+    }
   }
 
   ++NumGlobalSplits;
 
   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
   SE->finish(&IntvMap);
-  DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs());
+  DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
 
   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
   unsigned OrigBlocks = SA->getNumLiveBlocks();
@@ -965,7 +1191,7 @@ void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveInterval &VirtReg,
   // - Block-local splits are candidates for local splitting.
   // - DCE leftovers should go back on the queue.
   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
-    LiveInterval &Reg = *LREdit.get(i);
+    LiveInterval &Reg = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
 
     // Ignore old intervals from DCE.
     if (getStage(Reg) != RS_New)
@@ -974,18 +1200,18 @@ void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveInterval &VirtReg,
     // Remainder interval. Don't try splitting again, spill if it doesn't
     // allocate.
     if (IntvMap[i] == 0) {
-      setStage(Reg, RS_Global);
+      setStage(Reg, RS_Spill);
       continue;
     }
 
-    // Main interval. Allow repeated splitting as long as the number of live
+    // Global intervals. Allow repeated splitting as long as the number of live
     // blocks is strictly decreasing.
-    if (IntvMap[i] == MainIntv) {
+    if (IntvMap[i] < NumGlobalIntvs) {
       if (SA->countLiveBlocks(&Reg) >= OrigBlocks) {
         DEBUG(dbgs() << "Main interval covers the same " << OrigBlocks
                      << " blocks as original.\n");
         // Don't allow repeated splitting as a safe guard against looping.
-        setStage(Reg, RS_Global);
+        setStage(Reg, RS_Split2);
       }
       continue;
     }
@@ -999,12 +1225,25 @@ void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveInterval &VirtReg,
 }
 
 unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
-                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
-  float BestCost = Hysteresis * calcSpillCost();
-  DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = " << BestCost << '\n');
-  const unsigned NoCand = ~0u;
-  unsigned BestCand = NoCand;
+                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
   unsigned NumCands = 0;
+  unsigned BestCand = NoCand;
+  BlockFrequency BestCost;
+  SmallVector<unsigned, 8> UsedCands;
+
+  // Check if we can split this live range around a compact region.
+  bool HasCompact = calcCompactRegion(GlobalCand.front());
+  if (HasCompact) {
+    // Yes, keep GlobalCand[0] as the compact region candidate.
+    NumCands = 1;
+    BestCost = BlockFrequency::getMaxFrequency();
+  } else {
+    // No benefit from the compact region, our fallback will be per-block
+    // splitting. Make sure we find a solution that is cheaper than spilling.
+    BestCost = calcSpillCost();
+    DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = ";
+                 MBFI->printBlockFreq(dbgs(), BestCost) << '\n');
+  }
 
   Order.rewind();
   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
@@ -1014,7 +1253,7 @@ unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
       unsigned WorstCount = ~0u;
       unsigned Worst = 0;
       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i) {
-        if (i == BestCand)
+        if (i == BestCand || !GlobalCand[i].PhysReg)
           continue;
         unsigned Count = GlobalCand[i].LiveBundles.count();
         if (Count < WorstCount)
@@ -1022,6 +1261,8 @@ unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
       }
       --NumCands;
       GlobalCand[Worst] = GlobalCand[NumCands];
+      if (BestCand == NumCands)
+        BestCand = Worst;
     }
 
     if (GlobalCand.size() <= NumCands)
@@ -1030,12 +1271,13 @@ unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
     Cand.reset(IntfCache, PhysReg);
 
     SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
-    float Cost;
+    BlockFrequency Cost;
     if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
       DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tno positive bundles\n");
       continue;
     }
-    DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = " << Cost);
+    DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = ";
+                 MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost));
     if (Cost >= BestCost) {
       DEBUG({
         if (BestCand == NoCand)
@@ -1058,7 +1300,8 @@ unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
 
     Cost += calcGlobalSplitCost(Cand);
     DEBUG({
-      dbgs() << ", total = " << Cost << " with bundles";
+      dbgs() << ", total = "; MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost)
+                                << " with bundles";
       for (int i = Cand.LiveBundles.find_first(); i>=0;
            i = Cand.LiveBundles.find_next(i))
         dbgs() << " EB#" << i;
@@ -1066,15 +1309,178 @@ unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
     });
     if (Cost < BestCost) {
       BestCand = NumCands;
-      BestCost = Hysteresis * Cost; // Prevent rounding effects.
+      BestCost = Cost;
     }
     ++NumCands;
   }
 
-  if (BestCand == NoCand)
+  // No solutions found, fall back to single block splitting.
+  if (!HasCompact && BestCand == NoCand)
+    return 0;
+
+  // Prepare split editor.
+  LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
+  SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
+
+  // Assign all edge bundles to the preferred candidate, or NoCand.
+  BundleCand.assign(Bundles->getNumBundles(), NoCand);
+
+  // Assign bundles for the best candidate region.
+  if (BestCand != NoCand) {
+    GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[BestCand];
+    if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, BestCand)) {
+      UsedCands.push_back(BestCand);
+      Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
+      DEBUG(dbgs() << "Split for " << PrintReg(Cand.PhysReg, TRI) << " in "
+                   << B << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
+      (void)B;
+    }
+  }
+
+  // Assign bundles for the compact region.
+  if (HasCompact) {
+    GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand.front();
+    assert(!Cand.PhysReg && "Compact region has no physreg");
+    if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, 0)) {
+      UsedCands.push_back(0);
+      Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
+      DEBUG(dbgs() << "Split for compact region in " << B << " bundles, intv "
+                   << Cand.IntvIdx << ".\n");
+      (void)B;
+    }
+  }
+
+  splitAroundRegion(LREdit, UsedCands);
+  return 0;
+}
+
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                            Per-Block Splitting
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+/// tryBlockSplit - Split a global live range around every block with uses. This
+/// creates a lot of local live ranges, that will be split by tryLocalSplit if
+/// they don't allocate.
+unsigned RAGreedy::tryBlockSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
+                                 SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
+  assert(&SA->getParent() == &VirtReg && "Live range wasn't analyzed");
+  unsigned Reg = VirtReg.reg;
+  bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
+  LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
+  SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
+  ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
+  for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
+    const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
+    if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
+      SE->splitSingleBlock(BI);
+  }
+  // No blocks were split.
+  if (LREdit.empty())
+    return 0;
+
+  // We did split for some blocks.
+  SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
+  SE->finish(&IntvMap);
+
+  // Tell LiveDebugVariables about the new ranges.
+  DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
+
+  ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
+
+  // Sort out the new intervals created by splitting. The remainder interval
+  // goes straight to spilling, the new local ranges get to stay RS_New.
+  for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
+    LiveInterval &LI = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
+    if (getStage(LI) == RS_New && IntvMap[i] == 0)
+      setStage(LI, RS_Spill);
+  }
+
+  if (VerifyEnabled)
+    MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
+  return 0;
+}
+
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                         Per-Instruction Splitting
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+
+/// Get the number of allocatable registers that match the constraints of \p Reg
+/// on \p MI and that are also in \p SuperRC.
+static unsigned getNumAllocatableRegsForConstraints(
+    const MachineInstr *MI, unsigned Reg, const TargetRegisterClass *SuperRC,
+    const TargetInstrInfo *TII, const TargetRegisterInfo *TRI,
+    const RegisterClassInfo &RCI) {
+  assert(SuperRC && "Invalid register class");
+
+  const TargetRegisterClass *ConstrainedRC =
+      MI->getRegClassConstraintEffectForVReg(Reg, SuperRC, TII, TRI,
+                                             /* ExploreBundle */ true);
+  if (!ConstrainedRC)
+    return 0;
+  return RCI.getNumAllocatableRegs(ConstrainedRC);
+}
+
+/// tryInstructionSplit - Split a live range around individual instructions.
+/// This is normally not worthwhile since the spiller is doing essentially the
+/// same thing. However, when the live range is in a constrained register
+/// class, it may help to insert copies such that parts of the live range can
+/// be moved to a larger register class.
+///
+/// This is similar to spilling to a larger register class.
+unsigned
+RAGreedy::tryInstructionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
+                              SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
+  const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
+  // There is no point to this if there are no larger sub-classes.
+  if (!RegClassInfo.isProperSubClass(CurRC))
     return 0;
 
-  splitAroundRegion(VirtReg, GlobalCand[BestCand], NewVRegs);
+  // Always enable split spill mode, since we're effectively spilling to a
+  // register.
+  LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
+  SE->reset(LREdit, SplitEditor::SM_Size);
+
+  ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
+  if (Uses.size() <= 1)
+    return 0;
+
+  DEBUG(dbgs() << "Split around " << Uses.size() << " individual instrs.\n");
+
+  const TargetRegisterClass *SuperRC = TRI->getLargestLegalSuperClass(CurRC);
+  unsigned SuperRCNumAllocatableRegs = RCI.getNumAllocatableRegs(SuperRC);
+  // Split around every non-copy instruction if this split will relax
+  // the constraints on the virtual register.
+  // Otherwise, splitting just inserts uncoalescable copies that do not help
+  // the allocation.
+  for (unsigned i = 0; i != Uses.size(); ++i) {
+    if (const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Uses[i]))
+      if (MI->isFullCopy() ||
+          SuperRCNumAllocatableRegs ==
+              getNumAllocatableRegsForConstraints(MI, VirtReg.reg, SuperRC, TII,
+                                                  TRI, RCI)) {
+        DEBUG(dbgs() << "    skip:\t" << Uses[i] << '\t' << *MI);
+        continue;
+      }
+    SE->openIntv();
+    SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[i]);
+    SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[i]);
+    SE->useIntv(SegStart, SegStop);
+  }
+
+  if (LREdit.empty()) {
+    DEBUG(dbgs() << "All uses were copies.\n");
+    return 0;
+  }
+
+  SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
+  SE->finish(&IntvMap);
+  DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
+  ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
+
+  // Assign all new registers to RS_Spill. This was the last chance.
+  setStage(LREdit.begin(), LREdit.end(), RS_Spill);
   return 0;
 }
 
@@ -1093,29 +1499,32 @@ void RAGreedy::calcGapWeights(unsigned PhysReg,
                               SmallVectorImpl<float> &GapWeight) {
   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
-  const SmallVectorImpl<SlotIndex> &Uses = SA->UseSlots;
+  ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
 
   // Start and end points for the interference check.
-  SlotIndex StartIdx = BI.LiveIn ? BI.FirstUse.getBaseIndex() : BI.FirstUse;
-  SlotIndex StopIdx = BI.LiveOut ? BI.LastUse.getBoundaryIndex() : BI.LastUse;
+  SlotIndex StartIdx =
+    BI.LiveIn ? BI.FirstInstr.getBaseIndex() : BI.FirstInstr;
+  SlotIndex StopIdx =
+    BI.LiveOut ? BI.LastInstr.getBoundaryIndex() : BI.LastInstr;
 
   GapWeight.assign(NumGaps, 0.0f);
 
   // Add interference from each overlapping register.
-  for (const unsigned *AI = TRI->getOverlaps(PhysReg); *AI; ++AI) {
-    if (!query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *AI)
-           .checkInterference())
+  for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+    if (!Matrix->query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *Units)
+          .checkInterference())
       continue;
 
-    // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstUse to LastUse,
-    // so we don't need InterferenceQuery.
+    // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstInstr to
+    // LastInstr, so we don't need InterferenceQuery.
     //
     // Interference that overlaps an instruction is counted in both gaps
     // surrounding the instruction. The exception is interference before
     // StartIdx and after StopIdx.
     //
-    LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI = PhysReg2LiveUnion[*AI].find(StartIdx);
+    LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI =
+      Matrix->getLiveUnions()[*Units] .find(StartIdx);
     for (unsigned Gap = 0; IntI.valid() && IntI.start() < StopIdx; ++IntI) {
       // Skip the gaps before IntI.
       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < IntI.start())
@@ -1135,13 +1544,37 @@ void RAGreedy::calcGapWeights(unsigned PhysReg,
         break;
     }
   }
+
+  // Add fixed interference.
+  for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+    const LiveRange &LR = LIS->getRegUnit(*Units);
+    LiveRange::const_iterator I = LR.find(StartIdx);
+    LiveRange::const_iterator E = LR.end();
+
+    // Same loop as above. Mark any overlapped gaps as HUGE_VALF.
+    for (unsigned Gap = 0; I != E && I->start < StopIdx; ++I) {
+      while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < I->start)
+        if (++Gap == NumGaps)
+          break;
+      if (Gap == NumGaps)
+        break;
+
+      for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
+        GapWeight[Gap] = llvm::huge_valf;
+        if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= I->end)
+          break;
+      }
+      if (Gap == NumGaps)
+        break;
+    }
+  }
 }
 
 /// tryLocalSplit - Try to split VirtReg into smaller intervals inside its only
 /// basic block.
 ///
 unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
-                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
+                                 SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
 
@@ -1149,10 +1582,10 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
   // while only covering a single block - A phi-def can use undef values from
   // predecessors, and the block could be a single-block loop.
   // We don't bother doing anything clever about such a case, we simply assume
-  // that the interval is continuous from FirstUse to LastUse. We should make
-  // sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
+  // that the interval is continuous from FirstInstr to LastInstr. We should
+  // make sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
 
-  const SmallVectorImpl<SlotIndex> &Uses = SA->UseSlots;
+  ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
   if (Uses.size() <= 2)
     return 0;
   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
@@ -1160,10 +1593,40 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
   DEBUG({
     dbgs() << "tryLocalSplit: ";
     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i)
-      dbgs() << ' ' << SA->UseSlots[i];
+      dbgs() << ' ' << Uses[i];
     dbgs() << '\n';
   });
 
+  // If VirtReg is live across any register mask operands, compute a list of
+  // gaps with register masks.
+  SmallVector<unsigned, 8> RegMaskGaps;
+  if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg)) {
+    // Get regmask slots for the whole block.
+    ArrayRef<SlotIndex> RMS = LIS->getRegMaskSlotsInBlock(BI.MBB->getNumber());
+    DEBUG(dbgs() << RMS.size() << " regmasks in block:");
+    // Constrain to VirtReg's live range.
+    unsigned ri = std::lower_bound(RMS.begin(), RMS.end(),
+                                   Uses.front().getRegSlot()) - RMS.begin();
+    unsigned re = RMS.size();
+    for (unsigned i = 0; i != NumGaps && ri != re; ++i) {
+      // Look for Uses[i] <= RMS <= Uses[i+1].
+      assert(!SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i]));
+      if (SlotIndex::isEarlierInstr(Uses[i+1], RMS[ri]))
+        continue;
+      // Skip a regmask on the same instruction as the last use. It doesn't
+      // overlap the live range.
+      if (SlotIndex::isSameInstr(Uses[i+1], RMS[ri]) && i+1 == NumGaps)
+        break;
+      DEBUG(dbgs() << ' ' << RMS[ri] << ':' << Uses[i] << '-' << Uses[i+1]);
+      RegMaskGaps.push_back(i);
+      // Advance ri to the next gap. A regmask on one of the uses counts in
+      // both gaps.
+      while (ri != re && SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i+1]))
+        ++ri;
+    }
+    DEBUG(dbgs() << '\n');
+  }
+
   // Since we allow local split results to be split again, there is a risk of
   // creating infinite loops. It is tempting to require that the new live
   // ranges have less instructions than the original. That would guarantee
@@ -1172,24 +1635,26 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
   //
   // Instead we use these rules:
   //
-  // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Local. (Except for the
+  // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Split2. (Except for the
   //    noop split, of course).
-  // 2. Require progress be made for ranges with getStage() >= RS_Local. All
+  // 2. Require progress be made for ranges with getStage() == RS_Split2. All
   //    the new ranges must have fewer instructions than before the split.
-  // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Local,
+  // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Split2,
   //    smaller ranges are marked RS_New.
   //
   // These rules allow a 3 -> 2+3 split once, which we need. They also prevent
   // excessive splitting and infinite loops.
   //
-  bool ProgressRequired = getStage(VirtReg) >= RS_Local;
+  bool ProgressRequired = getStage(VirtReg) >= RS_Split2;
 
   // Best split candidate.
   unsigned BestBefore = NumGaps;
   unsigned BestAfter = 0;
   float BestDiff = 0;
 
-  const float blockFreq = SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber());
+  const float blockFreq =
+    SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber()).getFrequency() *
+    (1.0f / MBFI->getEntryFreq());
   SmallVector<float, 8> GapWeight;
 
   Order.rewind();
@@ -1198,6 +1663,11 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
     // order to make use of PhysReg between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
     calcGapWeights(PhysReg, GapWeight);
 
+    // Remove any gaps with regmask clobbers.
+    if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg, PhysReg))
+      for (unsigned i = 0, e = RegMaskGaps.size(); i != e; ++i)
+        GapWeight[RegMaskGaps[i]] = llvm::huge_valf;
+
     // Try to find the best sequence of gaps to close.
     // The new spill weight must be larger than any gap interference.
 
@@ -1231,7 +1701,7 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
       // Legally, without causing looping?
       bool Legal = !ProgressRequired || NewGaps < NumGaps;
 
-      if (Legal && MaxGap < HUGE_VALF) {
+      if (Legal && MaxGap < llvm::huge_valf) {
         // Estimate the new spill weight. Each instruction reads or writes the
         // register. Conservatively assume there are no read-modify-write
         // instructions.
@@ -1289,7 +1759,7 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
                << '-' << Uses[BestAfter] << ", " << BestDiff
                << ", " << (BestAfter - BestBefore + 1) << " instrs\n");
 
-  LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
+  LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
   SE->reset(LREdit);
 
   SE->openIntv();
@@ -1298,10 +1768,10 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
   SE->useIntv(SegStart, SegStop);
   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
   SE->finish(&IntvMap);
-  DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs());
+  DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
 
   // If the new range has the same number of instructions as before, mark it as
-  // RS_Local so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
+  // RS_Split2 so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
   // leave the new intervals as RS_New so they can compete.
   bool LiveBefore = BestBefore != 0 || BI.LiveIn;
   bool LiveAfter = BestAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
@@ -1311,8 +1781,8 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
     assert(!ProgressRequired && "Didn't make progress when it was required.");
     for (unsigned i = 0, e = IntvMap.size(); i != e; ++i)
       if (IntvMap[i] == 1) {
-        setStage(*LREdit.get(i), RS_Local);
-        DEBUG(dbgs() << PrintReg(LREdit.get(i)->reg));
+        setStage(LIS->getInterval(LREdit.get(i)), RS_Split2);
+        DEBUG(dbgs() << PrintReg(LREdit.get(i)));
       }
     DEBUG(dbgs() << '\n');
   }
@@ -1329,21 +1799,23 @@ unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
 /// assignable.
 /// @return Physreg when VirtReg may be assigned and/or new NewVRegs.
 unsigned RAGreedy::trySplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
-                            SmallVectorImpl<LiveInterval*>&NewVRegs) {
+                            SmallVectorImpl<unsigned>&NewVRegs) {
+  // Ranges must be Split2 or less.
+  if (getStage(VirtReg) >= RS_Spill)
+    return 0;
+
   // Local intervals are handled separately.
   if (LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg)) {
     NamedRegionTimer T("Local Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
     SA->analyze(&VirtReg);
-    return tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
+    unsigned PhysReg = tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
+    if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
+      return PhysReg;
+    return tryInstructionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
   }
 
   NamedRegionTimer T("Global Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
 
-  // Don't iterate global splitting.
-  // Move straight to spilling if this range was produced by a global split.
-  if (getStage(VirtReg) >= RS_Global)
-    return 0;
-
   SA->analyze(&VirtReg);
 
   // FIXME: SplitAnalysis may repair broken live ranges coming from the
@@ -1352,38 +1824,253 @@ unsigned RAGreedy::trySplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
   // an assertion when the coalescer is fixed.
   if (SA->didRepairRange()) {
     // VirtReg has changed, so all cached queries are invalid.
-    invalidateVirtRegs();
+    Matrix->invalidateVirtRegs();
     if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
       return PhysReg;
   }
 
-  // First try to split around a region spanning multiple blocks.
-  unsigned PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
-  if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
-    return PhysReg;
+  // First try to split around a region spanning multiple blocks. RS_Split2
+  // ranges already made dubious progress with region splitting, so they go
+  // straight to single block splitting.
+  if (getStage(VirtReg) < RS_Split2) {
+    unsigned PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
+    if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
+      return PhysReg;
+  }
+
+  // Then isolate blocks.
+  return tryBlockSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
+}
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//                          Last Chance Recoloring
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
-  // Then isolate blocks with multiple uses.
-  SplitAnalysis::BlockPtrSet Blocks;
-  if (SA->getMultiUseBlocks(Blocks)) {
-    LiveRangeEdit LREdit(VirtReg, NewVRegs, this);
-    SE->reset(LREdit);
-    SE->splitSingleBlocks(Blocks);
-    setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Global);
-    if (VerifyEnabled)
-      MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
+/// mayRecolorAllInterferences - Check if the virtual registers that
+/// interfere with \p VirtReg on \p PhysReg (or one of its aliases) may be
+/// recolored to free \p PhysReg.
+/// When true is returned, \p RecoloringCandidates has been augmented with all
+/// the live intervals that need to be recolored in order to free \p PhysReg
+/// for \p VirtReg.
+/// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
+/// recolored.
+bool
+RAGreedy::mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
+                                     SmallLISet &RecoloringCandidates,
+                                     const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
+  const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
+
+  for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+    LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
+    // If there is LastChanceRecoloringMaxInterference or more interferences,
+    // chances are one would not be recolorable.
+    if (Q.collectInterferingVRegs(LastChanceRecoloringMaxInterference) >=
+        LastChanceRecoloringMaxInterference) {
+      DEBUG(dbgs() << "Early abort: too many interferences.\n");
+      return false;
+    }
+    for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
+      LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
+      // If Intf is done and sit on the same register class as VirtReg,
+      // it would not be recolorable as it is in the same state as VirtReg.
+      if ((getStage(*Intf) == RS_Done &&
+           MRI->getRegClass(Intf->reg) == CurRC) ||
+          FixedRegisters.count(Intf->reg)) {
+        DEBUG(dbgs() << "Early abort: the inteference is not recolorable.\n");
+        return false;
+      }
+      RecoloringCandidates.insert(Intf);
+    }
   }
+  return true;
+}
 
-  // Don't assign any physregs.
-  return 0;
+/// tryLastChanceRecoloring - Try to assign a color to \p VirtReg by recoloring
+/// its interferences.
+/// Last chance recoloring chooses a color for \p VirtReg and recolors every
+/// virtual register that was using it. The recoloring process may recursively
+/// use the last chance recoloring. Therefore, when a virtual register has been
+/// assigned a color by this mechanism, it is marked as Fixed, i.e., it cannot
+/// be last-chance-recolored again during this recoloring "session".
+/// E.g.,
+/// Let
+/// vA can use {R1, R2    }
+/// vB can use {    R2, R3}
+/// vC can use {R1        }
+/// Where vA, vB, and vC cannot be split anymore (they are reloads for
+/// instance) and they all interfere.
+///
+/// vA is assigned R1
+/// vB is assigned R2
+/// vC tries to evict vA but vA is already done.
+/// Regular register allocation fails.
+///
+/// Last chance recoloring kicks in:
+/// vC does as if vA was evicted => vC uses R1.
+/// vC is marked as fixed.
+/// vA needs to find a color.
+/// None are available.
+/// vA cannot evict vC: vC is a fixed virtual register now.
+/// vA does as if vB was evicted => vA uses R2.
+/// vB needs to find a color.
+/// R3 is available.
+/// Recoloring => vC = R1, vA = R2, vB = R3
+///
+/// \p Order defines the prefered allocation order for \p VirtReg.
+/// \p NewRegs will contain any new virtual register that have been created
+/// (split, spill) during the process and that must be assigned.
+/// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
+/// recolored.
+/// \p Depth gives the current depth of the last chance recoloring.
+/// \return a physical register that can be used for VirtReg or ~0u if none
+/// exists.
+unsigned RAGreedy::tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &VirtReg,
+                                           AllocationOrder &Order,
+                                           SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
+                                           SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
+                                           unsigned Depth) {
+  DEBUG(dbgs() << "Try last chance recoloring for " << VirtReg << '\n');
+  // Ranges must be Done.
+  assert(getStage(VirtReg) >= RS_Done &&
+         "Last chance recoloring should really be last chance");
+  // Set the max depth to LastChanceRecoloringMaxDepth.
+  // We may want to reconsider that if we end up with a too large search space
+  // for target with hundreds of registers.
+  // Indeed, in that case we may want to cut the search space earlier.
+  if (Depth >= LastChanceRecoloringMaxDepth) {
+    DEBUG(dbgs() << "Abort because max depth has been reached.\n");
+    return ~0u;
+  }
+
+  // Set of Live intervals that will need to be recolored.
+  SmallLISet RecoloringCandidates;
+  // Record the original mapping virtual register to physical register in case
+  // the recoloring fails.
+  DenseMap<unsigned, unsigned> VirtRegToPhysReg;
+  // Mark VirtReg as fixed, i.e., it will not be recolored pass this point in
+  // this recoloring "session".
+  FixedRegisters.insert(VirtReg.reg);
+
+  Order.rewind();
+  while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
+    DEBUG(dbgs() << "Try to assign: " << VirtReg << " to "
+                 << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
+    RecoloringCandidates.clear();
+    VirtRegToPhysReg.clear();
+
+    // It is only possible to recolor virtual register interference.
+    if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) >
+        LiveRegMatrix::IK_VirtReg) {
+      DEBUG(dbgs() << "Some inteferences are not with virtual registers.\n");
+
+      continue;
+    }
+
+    // Early give up on this PhysReg if it is obvious we cannot recolor all
+    // the interferences.
+    if (!mayRecolorAllInterferences(PhysReg, VirtReg, RecoloringCandidates,
+                                    FixedRegisters)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Some inteferences cannot be recolored.\n");
+      continue;
+    }
+
+    // RecoloringCandidates contains all the virtual registers that interfer
+    // with VirtReg on PhysReg (or one of its aliases).
+    // Enqueue them for recoloring and perform the actual recoloring.
+    PQueue RecoloringQueue;
+    for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
+                              EndIt = RecoloringCandidates.end();
+         It != EndIt; ++It) {
+      unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
+      enqueue(RecoloringQueue, *It);
+      assert(VRM->hasPhys(ItVirtReg) &&
+             "Interferences are supposed to be with allocated vairables");
+
+      // Record the current allocation.
+      VirtRegToPhysReg[ItVirtReg] = VRM->getPhys(ItVirtReg);
+      // unset the related struct.
+      Matrix->unassign(**It);
+    }
+
+    // Do as if VirtReg was assigned to PhysReg so that the underlying
+    // recoloring has the right information about the interferes and
+    // available colors.
+    Matrix->assign(VirtReg, PhysReg);
+
+    // Save the current recoloring state.
+    // If we cannot recolor all the interferences, we will have to start again
+    // at this point for the next physical register.
+    SmallVirtRegSet SaveFixedRegisters(FixedRegisters);
+    if (tryRecoloringCandidates(RecoloringQueue, NewVRegs, FixedRegisters,
+                                Depth)) {
+      // Do not mess up with the global assignment process.
+      // I.e., VirtReg must be unassigned.
+      Matrix->unassign(VirtReg);
+      return PhysReg;
+    }
+
+    DEBUG(dbgs() << "Fail to assign: " << VirtReg << " to "
+                 << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
+
+    // The recoloring attempt failed, undo the changes.
+    FixedRegisters = SaveFixedRegisters;
+    Matrix->unassign(VirtReg);
+
+    for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
+                              EndIt = RecoloringCandidates.end();
+         It != EndIt; ++It) {
+      unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
+      if (VRM->hasPhys(ItVirtReg))
+        Matrix->unassign(**It);
+      Matrix->assign(**It, VirtRegToPhysReg[ItVirtReg]);
+    }
+  }
+
+  // Last chance recoloring did not worked either, give up.
+  return ~0u;
 }
 
+/// tryRecoloringCandidates - Try to assign a new color to every register
+/// in \RecoloringQueue.
+/// \p NewRegs will contain any new virtual register created during the
+/// recoloring process.
+/// \p FixedRegisters[in/out] contains all the registers that have been
+/// recolored.
+/// \return true if all virtual registers in RecoloringQueue were successfully
+/// recolored, false otherwise.
+bool RAGreedy::tryRecoloringCandidates(PQueue &RecoloringQueue,
+                                       SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
+                                       SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
+                                       unsigned Depth) {
+  while (!RecoloringQueue.empty()) {
+    LiveInterval *LI = dequeue(RecoloringQueue);
+    DEBUG(dbgs() << "Try to recolor: " << *LI << '\n');
+    unsigned PhysReg;
+    PhysReg = selectOrSplitImpl(*LI, NewVRegs, FixedRegisters, Depth + 1);
+    if (PhysReg == ~0u || !PhysReg)
+      return false;
+    DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI
+                 << " succeeded with: " << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
+    Matrix->assign(*LI, PhysReg);
+    FixedRegisters.insert(LI->reg);
+  }
+  return true;
+}
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //                            Main Entry Point
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
-                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &NewVRegs) {
+                                 SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
+  SmallVirtRegSet FixedRegisters;
+  return selectOrSplitImpl(VirtReg, NewVRegs, FixedRegisters);
+}
+
+unsigned RAGreedy::selectOrSplitImpl(LiveInterval &VirtReg,
+                                     SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
+                                     SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
+                                     unsigned Depth) {
   // First try assigning a free register.
   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
   if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
@@ -1394,9 +2081,9 @@ unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
                << " Cascade " << ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade << '\n');
 
   // Try to evict a less worthy live range, but only for ranges from the primary
-  // queue. The RS_Second ranges already failed to do this, and they should not
+  // queue. The RS_Split ranges already failed to do this, and they should not
   // get a second chance until they have been split.
-  if (Stage != RS_Second)
+  if (Stage != RS_Split)
     if (unsigned PhysReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs))
       return PhysReg;
 
@@ -1405,17 +2092,18 @@ unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
   // The first time we see a live range, don't try to split or spill.
   // Wait until the second time, when all smaller ranges have been allocated.
   // This gives a better picture of the interference to split around.
-  if (Stage == RS_First) {
-    setStage(VirtReg, RS_Second);
+  if (Stage < RS_Split) {
+    setStage(VirtReg, RS_Split);
     DEBUG(dbgs() << "wait for second round\n");
-    NewVRegs.push_back(&VirtReg);
+    NewVRegs.push_back(VirtReg.reg);
     return 0;
   }
 
   // If we couldn't allocate a register from spilling, there is probably some
   // invalid inline assembly. The base class wil report it.
-  if (Stage >= RS_Spill || !VirtReg.isSpillable())
-    return ~0u;
+  if (Stage >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable())
+    return tryLastChanceRecoloring(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters,
+                                   Depth);
 
   // Try splitting VirtReg or interferences.
   unsigned PhysReg = trySplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
@@ -1424,9 +2112,9 @@ unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 
   // Finally spill VirtReg itself.
   NamedRegionTimer T("Spiller", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
-  LiveRangeEdit LRE(VirtReg, NewVRegs, this);
+  LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
   spiller().spill(LRE);
-  setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Spill);
+  setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Done);
 
   if (VerifyEnabled)
     MF->verify(this, "After spilling");
@@ -1438,15 +2126,20 @@ unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 
 bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
   DEBUG(dbgs() << "********** GREEDY REGISTER ALLOCATION **********\n"
-               << "********** Function: "
-               << ((Value*)mf.getFunction())->getName() << '\n');
+               << "********** Function: " << mf.getName() << '\n');
 
   MF = &mf;
+  TRI = MF->getTarget().getRegisterInfo();
+  TII = MF->getTarget().getInstrInfo();
+  RCI.runOnMachineFunction(mf);
   if (VerifyEnabled)
     MF->verify(this, "Before greedy register allocator");
 
-  RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(), getAnalysis<LiveIntervals>());
+  RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(),
+                     getAnalysis<LiveIntervals>(),
+                     getAnalysis<LiveRegMatrix>());
   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
+  MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
   DomTree = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
@@ -1454,28 +2147,19 @@ bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
   SpillPlacer = &getAnalysis<SpillPlacement>();
   DebugVars = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
 
+  calculateSpillWeightsAndHints(*LIS, mf, *Loops, *MBFI);
+
+  DEBUG(LIS->dump());
+
   SA.reset(new SplitAnalysis(*VRM, *LIS, *Loops));
-  SE.reset(new SplitEditor(*SA, *LIS, *VRM, *DomTree));
+  SE.reset(new SplitEditor(*SA, *LIS, *VRM, *DomTree, *MBFI));
   ExtraRegInfo.clear();
   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
   NextCascade = 1;
-  IntfCache.init(MF, &PhysReg2LiveUnion[0], Indexes, TRI);
+  IntfCache.init(MF, Matrix->getLiveUnions(), Indexes, LIS, TRI);
+  GlobalCand.resize(32);  // This will grow as needed.
 
   allocatePhysRegs();
-  addMBBLiveIns(MF);
-  LIS->addKillFlags();
-
-  // Run rewriter
-  {
-    NamedRegionTimer T("Rewriter", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
-    VRM->rewrite(Indexes);
-  }
-
-  // Write out new DBG_VALUE instructions.
-  DebugVars->emitDebugValues(VRM);
-
-  // The pass output is in VirtRegMap. Release all the transient data.
   releaseMemory();
-
   return true;
 }