Adds a JIT based exception handling example to the examples directory.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / ShadowStackGC.cpp
index 850c00542ce6ddd01ab66e5620533786d1cbece1..0e6d4796e22ccfab8c454e581a8f5228a1be554f 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===-- ShadowStackCollector.cpp - GC support for uncooperative targets ---===//
+//===-- ShadowStackGC.cpp - GC support for uncooperative targets ----------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
@@ -9,7 +9,7 @@
 //
 // This file implements lowering for the llvm.gc* intrinsics for targets that do
 // not natively support them (which includes the C backend). Note that the code
-// generated is not quite as efficient as collectors which generate stack maps
+// generated is not quite as efficient as algorithms which generate stack maps
 // to identify roots.
 //
 // This pass implements the code transformation described in this paper:
@@ -17,7 +17,7 @@
 //   Fergus Henderson, ISMM, 2002
 //
 // In runtime/GC/SemiSpace.cpp is a prototype runtime which is compatible with
-// this collector.
+// ShadowStackGC.
 //
 // In order to support this particular transformation, all stack roots are
 // coallocated in the stack. This allows a fully target-independent stack map
 using namespace llvm;
 
 namespace {
-  
-  class VISIBILITY_HIDDEN ShadowStackCollector : public Collector {
+
+  class ShadowStackGC : public GCStrategy {
     /// RootChain - This is the global linked-list that contains the chain of GC
     /// roots.
     GlobalVariable *Head;
-    
+
     /// StackEntryTy - Abstract type of a link in the shadow stack.
-    /// 
+    ///
     const StructType *StackEntryTy;
-    
+
     /// Roots - GC roots in the current function. Each is a pair of the
     /// intrinsic call and its corresponding alloca.
     std::vector<std::pair<CallInst*,AllocaInst*> > Roots;
-    
+
   public:
-    ShadowStackCollector();
-    
+    ShadowStackGC();
+
     bool initializeCustomLowering(Module &M);
     bool performCustomLowering(Function &F);
-    
+
   private:
     bool IsNullValue(Value *V);
     Constant *GetFrameMap(Function &F);
     const Type* GetConcreteStackEntryType(Function &F);
     void CollectRoots(Function &F);
-    static GetElementPtrInst *CreateGEP(IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
+    static GetElementPtrInst *CreateGEP(LLVMContext &Context, 
+                                        IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
                                         int Idx1, const char *Name);
-    static GetElementPtrInst *CreateGEP(IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
+    static GetElementPtrInst *CreateGEP(LLVMContext &Context,
+                                        IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
                                         int Idx1, int Idx2, const char *Name);
   };
 
 }
-  
-static CollectorRegistry::Add<ShadowStackCollector>
-Y("shadow-stack",
-  "Very portable collector for uncooperative code generators");
-  
+
+static GCRegistry::Add<ShadowStackGC>
+X("shadow-stack", "Very portable GC for uncooperative code generators");
+
 namespace {
   /// EscapeEnumerator - This is a little algorithm to find all escape points
   /// from a function so that "finally"-style code can be inserted. In addition
   /// to finding the existing return and unwind instructions, it also (if
   /// necessary) transforms any call instructions into invokes and sends them to
   /// a landing pad.
-  /// 
+  ///
   /// It's wrapped up in a state machine using the same transform C# uses for
   /// 'yield return' enumerators, This transform allows it to be non-allocating.
-  class VISIBILITY_HIDDEN EscapeEnumerator {
+  class EscapeEnumerator {
     Function &F;
     const char *CleanupBBName;
-    
+
     // State.
     int State;
     Function::iterator StateBB, StateE;
     IRBuilder<> Builder;
-    
+
   public:
     EscapeEnumerator(Function &F, const char *N = "cleanup")
-      : F(F), CleanupBBName(N), State(0) {}
-    
+      : F(F), CleanupBBName(N), State(0), Builder(F.getContext()) {}
+
     IRBuilder<> *Next() {
       switch (State) {
       default:
         return 0;
-        
+
       case 0:
         StateBB = F.begin();
         StateE = F.end();
         State = 1;
-        
+
       case 1:
         // Find all 'return' and 'unwind' instructions.
         while (StateBB != StateE) {
           BasicBlock *CurBB = StateBB++;
-          
+
           // Branches and invokes do not escape, only unwind and return do.
           TerminatorInst *TI = CurBB->getTerminator();
           if (!isa<UnwindInst>(TI) && !isa<ReturnInst>(TI))
             continue;
-          
+
           Builder.SetInsertPoint(TI->getParent(), TI);
           return &Builder;
         }
-        
+
         State = 2;
-        
+
         // Find all 'call' instructions.
         SmallVector<Instruction*,16> Calls;
         for (Function::iterator BB = F.begin(),
@@ -131,67 +132,64 @@ namespace {
               if (!CI->getCalledFunction() ||
                   !CI->getCalledFunction()->getIntrinsicID())
                 Calls.push_back(CI);
-        
+
         if (Calls.empty())
           return 0;
-        
+
         // Create a cleanup block.
-        BasicBlock *CleanupBB = BasicBlock::Create(CleanupBBName, &F);
-        UnwindInst *UI = new UnwindInst(CleanupBB);
-        
+        BasicBlock *CleanupBB = BasicBlock::Create(F.getContext(),
+                                                   CleanupBBName, &F);
+        UnwindInst *UI = new UnwindInst(F.getContext(), CleanupBB);
+
         // Transform the 'call' instructions into 'invoke's branching to the
         // cleanup block. Go in reverse order to make prettier BB names.
         SmallVector<Value*,16> Args;
         for (unsigned I = Calls.size(); I != 0; ) {
           CallInst *CI = cast<CallInst>(Calls[--I]);
-          
+
           // Split the basic block containing the function call.
           BasicBlock *CallBB = CI->getParent();
           BasicBlock *NewBB =
             CallBB->splitBasicBlock(CI, CallBB->getName() + ".cont");
-          
+
           // Remove the unconditional branch inserted at the end of CallBB.
           CallBB->getInstList().pop_back();
           NewBB->getInstList().remove(CI);
-          
+
           // Create a new invoke instruction.
           Args.clear();
           Args.append(CI->op_begin() + 1, CI->op_end());
-          
+
           InvokeInst *II = InvokeInst::Create(CI->getOperand(0),
                                               NewBB, CleanupBB,
                                               Args.begin(), Args.end(),
                                               CI->getName(), CallBB);
           II->setCallingConv(CI->getCallingConv());
-          II->setParamAttrs(CI->getParamAttrs());
+          II->setAttributes(CI->getAttributes());
           CI->replaceAllUsesWith(II);
           delete CI;
         }
-        
+
         Builder.SetInsertPoint(UI->getParent(), UI);
         return &Builder;
       }
     }
   };
-
 }
 
 // -----------------------------------------------------------------------------
 
-Collector *llvm::createShadowStackCollector() {
-  return new ShadowStackCollector();
-}
+void llvm::linkShadowStackGC() { }
 
-ShadowStackCollector::ShadowStackCollector() : Head(0), StackEntryTy(0) {
+ShadowStackGC::ShadowStackGC() : Head(0), StackEntryTy(0) {
   InitRoots = true;
   CustomRoots = true;
 }
 
-Constant *ShadowStackCollector::GetFrameMap(Function &F) {
+Constant *ShadowStackGC::GetFrameMap(Function &F) {
   // doInitialization creates the abstract type of this value.
-  
-  Type *VoidPtr = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
-  
+  const Type *VoidPtr = Type::getInt8PtrTy(F.getContext());
+
   // Truncate the ShadowStackDescriptor if some metadata is null.
   unsigned NumMeta = 0;
   SmallVector<Constant*,16> Metadata;
@@ -201,127 +199,131 @@ Constant *ShadowStackCollector::GetFrameMap(Function &F) {
       NumMeta = I + 1;
     Metadata.push_back(ConstantExpr::getBitCast(C, VoidPtr));
   }
-  
+
   Constant *BaseElts[] = {
-    ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Roots.size(), false),
-    ConstantInt::get(Type::Int32Ty, NumMeta, false),
+    ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), Roots.size(), false),
+    ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), NumMeta, false),
   };
-  
+
   Constant *DescriptorElts[] = {
-    ConstantStruct::get(BaseElts, 2),
+    ConstantStruct::get(F.getContext(), BaseElts, 2, false),
     ConstantArray::get(ArrayType::get(VoidPtr, NumMeta),
                        Metadata.begin(), NumMeta)
   };
-  
-  Constant *FrameMap = ConstantStruct::get(DescriptorElts, 2);
-  
+
+  Constant *FrameMap = ConstantStruct::get(F.getContext(), DescriptorElts, 2,
+                                           false);
+
   std::string TypeName("gc_map.");
   TypeName += utostr(NumMeta);
   F.getParent()->addTypeName(TypeName, FrameMap->getType());
-  
+
   // FIXME: Is this actually dangerous as WritingAnLLVMPass.html claims? Seems
   //        that, short of multithreaded LLVM, it should be safe; all that is
   //        necessary is that a simple Module::iterator loop not be invalidated.
   //        Appending to the GlobalVariable list is safe in that sense.
-  // 
+  //
   //        All of the output passes emit globals last. The ExecutionEngine
   //        explicitly supports adding globals to the module after
   //        initialization.
-  // 
+  //
   //        Still, if it isn't deemed acceptable, then this transformation needs
   //        to be a ModulePass (which means it cannot be in the 'llc' pipeline
   //        (which uses a FunctionPassManager (which segfaults (not asserts) if
   //        provided a ModulePass))).
-  Constant *GV = new GlobalVariable(FrameMap->getType(), true,
+  Constant *GV = new GlobalVariable(*F.getParent(), FrameMap->getType(), true,
                                     GlobalVariable::InternalLinkage,
-                                    FrameMap, "__gc_" + F.getName(),
-                                    F.getParent());
-  
-  Constant *GEPIndices[2] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0),
-                              ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0) };
+                                    FrameMap, "__gc_" + F.getName());
+
+  Constant *GEPIndices[2] = {
+                          ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), 0),
+                          ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), 0)
+                          };
   return ConstantExpr::getGetElementPtr(GV, GEPIndices, 2);
 }
 
-const Type* ShadowStackCollector::GetConcreteStackEntryType(Function &F) {
+const Type* ShadowStackGC::GetConcreteStackEntryType(Function &F) {
   // doInitialization creates the generic version of this type.
   std::vector<const Type*> EltTys;
   EltTys.push_back(StackEntryTy);
   for (size_t I = 0; I != Roots.size(); I++)
     EltTys.push_back(Roots[I].second->getAllocatedType());
-  Type *Ty = StructType::get(EltTys);
-  
+  Type *Ty = StructType::get(F.getContext(), EltTys);
+
   std::string TypeName("gc_stackentry.");
   TypeName += F.getName();
   F.getParent()->addTypeName(TypeName, Ty);
-  
+
   return Ty;
 }
 
 /// doInitialization - If this module uses the GC intrinsics, find them now. If
 /// not, exit fast.
-bool ShadowStackCollector::initializeCustomLowering(Module &M) {
+bool ShadowStackGC::initializeCustomLowering(Module &M) {
   // struct FrameMap {
   //   int32_t NumRoots; // Number of roots in stack frame.
   //   int32_t NumMeta;  // Number of metadata descriptors. May be < NumRoots.
   //   void *Meta[];     // May be absent for roots without metadata.
   // };
   std::vector<const Type*> EltTys;
-  EltTys.push_back(Type::Int32Ty); // 32 bits is ok up to a 32GB stack frame. :)
-  EltTys.push_back(Type::Int32Ty); // Specifies length of variable length array.
-  StructType *FrameMapTy = StructType::get(EltTys);
+  // 32 bits is ok up to a 32GB stack frame. :)
+  EltTys.push_back(Type::getInt32Ty(M.getContext()));
+  // Specifies length of variable length array. 
+  EltTys.push_back(Type::getInt32Ty(M.getContext()));
+  StructType *FrameMapTy = StructType::get(M.getContext(), EltTys);
   M.addTypeName("gc_map", FrameMapTy);
   PointerType *FrameMapPtrTy = PointerType::getUnqual(FrameMapTy);
-  
+
   // struct StackEntry {
   //   ShadowStackEntry *Next; // Caller's stack entry.
   //   FrameMap *Map;          // Pointer to constant FrameMap.
   //   void *Roots[];          // Stack roots (in-place array, so we pretend).
   // };
-  OpaqueType *RecursiveTy = OpaqueType::get();
-  
+  OpaqueType *RecursiveTy = OpaqueType::get(M.getContext());
+
   EltTys.clear();
   EltTys.push_back(PointerType::getUnqual(RecursiveTy));
   EltTys.push_back(FrameMapPtrTy);
-  PATypeHolder LinkTyH = StructType::get(EltTys);
-  
+  PATypeHolder LinkTyH = StructType::get(M.getContext(), EltTys);
+
   RecursiveTy->refineAbstractTypeTo(LinkTyH.get());
   StackEntryTy = cast<StructType>(LinkTyH.get());
   const PointerType *StackEntryPtrTy = PointerType::getUnqual(StackEntryTy);
   M.addTypeName("gc_stackentry", LinkTyH.get());  // FIXME: Is this safe from
                                                   //        a FunctionPass?
-  
+
   // Get the root chain if it already exists.
   Head = M.getGlobalVariable("llvm_gc_root_chain");
   if (!Head) {
     // If the root chain does not exist, insert a new one with linkonce
     // linkage!
-    Head = new GlobalVariable(StackEntryPtrTy, false,
-                              GlobalValue::LinkOnceLinkage,
+    Head = new GlobalVariable(M, StackEntryPtrTy, false,
+                              GlobalValue::LinkOnceAnyLinkage,
                               Constant::getNullValue(StackEntryPtrTy),
-                              "llvm_gc_root_chain", &M);
+                              "llvm_gc_root_chain");
   } else if (Head->hasExternalLinkage() && Head->isDeclaration()) {
     Head->setInitializer(Constant::getNullValue(StackEntryPtrTy));
-    Head->setLinkage(GlobalValue::LinkOnceLinkage);
+    Head->setLinkage(GlobalValue::LinkOnceAnyLinkage);
   }
-  
+
   return true;
 }
 
-bool ShadowStackCollector::IsNullValue(Value *V) {
+bool ShadowStackGC::IsNullValue(Value *V) {
   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
     return C->isNullValue();
   return false;
 }
 
-void ShadowStackCollector::CollectRoots(Function &F) {
+void ShadowStackGC::CollectRoots(Function &F) {
   // FIXME: Account for original alignment. Could fragment the root array.
   //   Approach 1: Null initialize empty slots at runtime. Yuck.
   //   Approach 2: Emit a map of the array instead of just a count.
-  
+
   assert(Roots.empty() && "Not cleaned up?");
-  
+
   SmallVector<std::pair<CallInst*,AllocaInst*>,16> MetaRoots;
-  
+
   for (Function::iterator BB = F.begin(), E = F.end(); BB != E; ++BB)
     for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), E = BB->end(); II != E;)
       if (IntrinsicInst *CI = dyn_cast<IntrinsicInst>(II++))
@@ -334,100 +336,106 @@ void ShadowStackCollector::CollectRoots(Function &F) {
             else
               MetaRoots.push_back(Pair);
           }
-  
+
   // Number roots with metadata (usually empty) at the beginning, so that the
   // FrameMap::Meta array can be elided.
   Roots.insert(Roots.begin(), MetaRoots.begin(), MetaRoots.end());
 }
 
 GetElementPtrInst *
-ShadowStackCollector::CreateGEP(IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
-                                int Idx, int Idx2, const char *Name) {
-  Value *Indices[] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0),
-                       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Idx),
-                       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Idx2) };
+ShadowStackGC::CreateGEP(LLVMContext &Context, IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
+                         int Idx, int Idx2, const char *Name) {
+  Value *Indices[] = { ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0),
+                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx),
+                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx2) };
   Value* Val = B.CreateGEP(BasePtr, Indices, Indices + 3, Name);
-    
+
   assert(isa<GetElementPtrInst>(Val) && "Unexpected folded constant");
-    
+
   return dyn_cast<GetElementPtrInst>(Val);
 }
 
 GetElementPtrInst *
-ShadowStackCollector::CreateGEP(IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
-                                int Idx, const char *Name) {
-  Value *Indices[] = { ConstantInt::get(Type::Int32Ty, 0),
-                       ConstantInt::get(Type::Int32Ty, Idx) };
+ShadowStackGC::CreateGEP(LLVMContext &Context, IRBuilder<> &B, Value *BasePtr,
+                         int Idx, const char *Name) {
+  Value *Indices[] = { ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), 0),
+                       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(Context), Idx) };
   Value *Val = B.CreateGEP(BasePtr, Indices, Indices + 2, Name);
-    
+
   assert(isa<GetElementPtrInst>(Val) && "Unexpected folded constant");
 
   return dyn_cast<GetElementPtrInst>(Val);
 }
 
 /// runOnFunction - Insert code to maintain the shadow stack.
-bool ShadowStackCollector::performCustomLowering(Function &F) {
+bool ShadowStackGC::performCustomLowering(Function &F) {
+  LLVMContext &Context = F.getContext();
+  
   // Find calls to llvm.gcroot.
   CollectRoots(F);
-  
+
   // If there are no roots in this function, then there is no need to add a
   // stack map entry for it.
   if (Roots.empty())
     return false;
-  
+
   // Build the constant map and figure the type of the shadow stack entry.
   Value *FrameMap = GetFrameMap(F);
   const Type *ConcreteStackEntryTy = GetConcreteStackEntryType(F);
-  
+
   // Build the shadow stack entry at the very start of the function.
   BasicBlock::iterator IP = F.getEntryBlock().begin();
   IRBuilder<> AtEntry(IP->getParent(), IP);
-  
+
   Instruction *StackEntry   = AtEntry.CreateAlloca(ConcreteStackEntryTy, 0,
                                                    "gc_frame");
-  
+
   while (isa<AllocaInst>(IP)) ++IP;
   AtEntry.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
-  
+
   // Initialize the map pointer and load the current head of the shadow stack.
   Instruction *CurrentHead  = AtEntry.CreateLoad(Head, "gc_currhead");
-  Instruction *EntryMapPtr  = CreateGEP(AtEntry, StackEntry,0,1,"gc_frame.map");
+  Instruction *EntryMapPtr  = CreateGEP(Context, AtEntry, StackEntry,
+                                        0,1,"gc_frame.map");
                               AtEntry.CreateStore(FrameMap, EntryMapPtr);
-  
+
   // After all the allocas...
   for (unsigned I = 0, E = Roots.size(); I != E; ++I) {
     // For each root, find the corresponding slot in the aggregate...
-    Value *SlotPtr = CreateGEP(AtEntry, StackEntry, 1 + I, "gc_root");
-    
+    Value *SlotPtr = CreateGEP(Context, AtEntry, StackEntry, 1 + I, "gc_root");
+
     // And use it in lieu of the alloca.
     AllocaInst *OriginalAlloca = Roots[I].second;
     SlotPtr->takeName(OriginalAlloca);
     OriginalAlloca->replaceAllUsesWith(SlotPtr);
   }
-  
-  // Move past the original stores inserted by Collector::InitRoots. This isn't
-  // really necessary (the collector would never see the intermediate state),
-  // but it's nicer not to push the half-initialized entry onto the stack.
+
+  // Move past the original stores inserted by GCStrategy::InitRoots. This isn't
+  // really necessary (the collector would never see the intermediate state at
+  // runtime), but it's nicer not to push the half-initialized entry onto the
+  // shadow stack.
   while (isa<StoreInst>(IP)) ++IP;
   AtEntry.SetInsertPoint(IP->getParent(), IP);
-  
+
   // Push the entry onto the shadow stack.
-  Instruction *EntryNextPtr = CreateGEP(AtEntry,StackEntry,0,0,"gc_frame.next");
-  Instruction *NewHeadVal   = CreateGEP(AtEntry,StackEntry, 0, "gc_newhead");
-                              AtEntry.CreateStore(CurrentHead, EntryNextPtr);
-                              AtEntry.CreateStore(NewHeadVal, Head);
-  
+  Instruction *EntryNextPtr = CreateGEP(Context, AtEntry,
+                                        StackEntry,0,0,"gc_frame.next");
+  Instruction *NewHeadVal   = CreateGEP(Context, AtEntry, 
+                                        StackEntry, 0, "gc_newhead");
+  AtEntry.CreateStore(CurrentHead, EntryNextPtr);
+  AtEntry.CreateStore(NewHeadVal, Head);
+
   // For each instruction that escapes...
   EscapeEnumerator EE(F, "gc_cleanup");
   while (IRBuilder<> *AtExit = EE.Next()) {
     // Pop the entry from the shadow stack. Don't reuse CurrentHead from
     // AtEntry, since that would make the value live for the entire function.
-    Instruction *EntryNextPtr2 = CreateGEP(*AtExit, StackEntry, 0, 0,
+    Instruction *EntryNextPtr2 = CreateGEP(Context, *AtExit, StackEntry, 0, 0,
                                            "gc_frame.next");
     Value *SavedHead = AtExit->CreateLoad(EntryNextPtr2, "gc_savedhead");
                        AtExit->CreateStore(SavedHead, Head);
   }
-  
+
   // Delete the original allocas (which are no longer used) and the intrinsic
   // calls (which are no longer valid). Doing this last avoids invalidating
   // iterators.
@@ -435,7 +443,7 @@ bool ShadowStackCollector::performCustomLowering(Function &F) {
     Roots[I].first->eraseFromParent();
     Roots[I].second->eraseFromParent();
   }
-  
+
   Roots.clear();
   return true;
 }