Fix a couple issues with the JIT and multiple modules:
[oota-llvm.git] / lib / ExecutionEngine / JIT / JIT.cpp
index 9bdaa57017914a722336123c2e81d8f02f815110..48286e915ee8698a94b2024e24e980a4f2b945ad 100644 (file)
 //===-- JIT.cpp - LLVM Just in Time Compiler ------------------------------===//
 //
-// This file implements the top-level support for creating a Just-In-Time
-// compiler for the current architecture.
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This tool implements a just-in-time compiler for LLVM, allowing direct
+// execution of LLVM bitcode in an efficient manner.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "VM.h"
+#include "JIT.h"
+#include "llvm/Constants.h"
+#include "llvm/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/Function.h"
+#include "llvm/GlobalVariable.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/ModuleProvider.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineCodeEmitter.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
 #include "llvm/ExecutionEngine/GenericValue.h"
+#include "llvm/Support/MutexGuard.h"
+#include "llvm/System/DynamicLibrary.h"
+#include "llvm/Target/TargetData.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachineImpls.h"
-#include "llvm/Module.h"
-#include "Support/CommandLine.h"
+#include "llvm/Target/TargetJITInfo.h"
 
-// FIXME: REMOVE THIS
-#include "llvm/PassManager.h"
+#include "llvm/Config/config.h"
 
-#if !defined(ENABLE_X86_JIT) && !defined(ENABLE_SPARC_JIT)
-#define NO_JITS_ENABLED
-#endif
+using namespace llvm;
 
-namespace {
-  enum ArchName { x86, Sparc };
-
-#ifndef NO_JITS_ENABLED
-  cl::opt<ArchName>
-  Arch("march", cl::desc("Architecture to JIT to:"), cl::Prefix,
-       cl::values(
-#ifdef ENABLE_X86_JIT
-                  clEnumVal(x86, "  IA-32 (Pentium and above)"),
+#ifdef __APPLE__ 
+// Apple gcc defaults to -fuse-cxa-atexit (i.e. calls __cxa_atexit instead
+// of atexit). It passes the address of linker generated symbol __dso_handle
+// to the function.
+// This configuration change happened at version 5330.
+# include <AvailabilityMacros.h>
+# if defined(MAC_OS_X_VERSION_10_4) && \
+     ((MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED > MAC_OS_X_VERSION_10_4) || \
+      (MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED == MAC_OS_X_VERSION_10_4 && \
+       __APPLE_CC__ >= 5330))
+#  ifndef HAVE___DSO_HANDLE
+#   define HAVE___DSO_HANDLE 1
+#  endif
+# endif
 #endif
-#ifdef ENABLE_SPARC_JIT
-                  clEnumValN(Sparc, "sparc", "  Sparc-V9"),
-#endif
-                  0),
-#if defined(ENABLE_X86_JIT)
-  cl::init(x86)
-#elif defined(ENABLE_SPARC_JIT)
-  cl::init(Sparc)
+
+#if HAVE___DSO_HANDLE
+extern void *__dso_handle __attribute__ ((__visibility__ ("hidden")));
 #endif
-       );
-#endif /* NO_JITS_ENABLED */
+
+namespace {
+
+static struct RegisterJIT {
+  RegisterJIT() { JIT::Register(); }
+} JITRegistrator;
+
 }
 
-/// create - Create an return a new JIT compiler if there is one available
-/// for the current target.  Otherwise, return null.
-///
-ExecutionEngine *VM::create(ModuleProvider *MP) {
-  TargetMachine* (*TargetMachineAllocator)(const Module &) = 0;
-
-  // Allow a command-line switch to override what *should* be the default target
-  // machine for this platform. This allows for debugging a Sparc JIT on X86 --
-  // our X86 machines are much faster at recompiling LLVM and linking LLI.
-#ifdef NO_JITS_ENABLED
-  return 0;
-#endif
+namespace llvm {
+  void LinkInJIT() {
+  }
+}
 
-  switch (Arch) {
-#ifdef ENABLE_X86_JIT
-  case x86:
-    TargetMachineAllocator = allocateX86TargetMachine;
-    break;
-#endif
-#ifdef ENABLE_SPARC_JIT
-  case Sparc:
-    TargetMachineAllocator = allocateSparcTargetMachine;
-    break;
+#if defined (__GNUC__)
+extern "C" void __register_frame(void*);
 #endif
-  default:
-    assert(0 && "-march flag not supported on this host!");
-  }
 
-  // Allocate a target...
-  TargetMachine *Target = TargetMachineAllocator(*(MP->getModule()));
-  assert(Target && "Could not allocate target machine!");
+/// createJIT - This is the factory method for creating a JIT for the current
+/// machine, it does not fall back to the interpreter.  This takes ownership
+/// of the module provider.
+ExecutionEngine *ExecutionEngine::createJIT(ModuleProvider *MP,
+                                            std::string *ErrorStr,
+                                            JITMemoryManager *JMM) {
+  ExecutionEngine *EE = JIT::createJIT(MP, ErrorStr, JMM);
+  if (!EE) return 0;
   
-  // Create the virtual machine object...
-  return new VM(MP, Target);
+  // Register routine for informing unwinding runtime about new EH frames
+#if defined(__GNUC__)
+  EE->InstallExceptionTableRegister(__register_frame);
+#endif
+
+  // Make sure we can resolve symbols in the program as well. The zero arg
+  // to the function tells DynamicLibrary to load the program, not a library.
+  sys::DynamicLibrary::LoadLibraryPermanently(0, ErrorStr);
+  return EE;
 }
 
-VM::VM(ModuleProvider *MP, TargetMachine *tm) : ExecutionEngine(MP), TM(*tm),
-  PM(MP)
-{
+JIT::JIT(ModuleProvider *MP, TargetMachine &tm, TargetJITInfo &tji,
+         JITMemoryManager *JMM)
+  : ExecutionEngine(MP), TM(tm), TJI(tji) {
   setTargetData(TM.getTargetData());
 
+  jitstate = new JITState(MP);
+
   // Initialize MCE
-  MCE = createEmitter(*this);
-
-  setupPassManager();
-
-#ifdef ENABLE_SPARC_JIT
-  // THIS GOES BEYOND UGLY HACKS
-  if (TM.getName() == "UltraSparc-Native") {
-    extern Pass *createPreSelectionPass(TargetMachine &TM);
-    PassManager PM;
-    // Specialize LLVM code for this target machine and then
-    // run basic dataflow optimizations on LLVM code.
-    PM.add(createPreSelectionPass(TM));
-    // We cannot utilize function-at-a-time loading here because PreSelection
-    // is a ModulePass.
-    MP->materializeModule();
-    PM.run(*(MP->getModule()));
+  MCE = createEmitter(*this, JMM);
+
+  // Add target data
+  MutexGuard locked(lock);
+  FunctionPassManager &PM = jitstate->getPM(locked);
+  PM.add(new TargetData(*TM.getTargetData()));
+
+  // Turn the machine code intermediate representation into bytes in memory that
+  // may be executed.
+  if (TM.addPassesToEmitMachineCode(PM, *MCE, false /*fast*/)) {
+    cerr << "Target does not support machine code emission!\n";
+    abort();
   }
-#endif
+  
+  // Initialize passes.
+  PM.doInitialization();
+}
 
-  emitGlobals();
+JIT::~JIT() {
+  delete jitstate;
+  delete MCE;
+  delete &TM;
+}
+
+/// addModuleProvider - Add a new ModuleProvider to the JIT.  If we previously
+/// removed the last ModuleProvider, we need re-initialize jitstate with a valid
+/// ModuleProvider.
+void JIT::addModuleProvider(ModuleProvider *MP) {
+  MutexGuard locked(lock);
+
+  if (Modules.empty()) {
+    assert(!jitstate && "jitstate should be NULL if Modules vector is empty!");
+
+    jitstate = new JITState(MP);
+
+    FunctionPassManager &PM = jitstate->getPM(locked);
+    PM.add(new TargetData(*TM.getTargetData()));
+
+    // Turn the machine code intermediate representation into bytes in memory
+    // that may be executed.
+    if (TM.addPassesToEmitMachineCode(PM, *MCE, false /*fast*/)) {
+      cerr << "Target does not support machine code emission!\n";
+      abort();
+    }
+    
+    // Initialize passes.
+    PM.doInitialization();
+  }
+  
+  ExecutionEngine::addModuleProvider(MP);
+}
+
+/// removeModuleProvider - If we are removing the last ModuleProvider, 
+/// invalidate the jitstate since the PassManager it contains references a
+/// released ModuleProvider.
+Module *JIT::removeModuleProvider(ModuleProvider *MP, std::string *E) {
+  Module *result = ExecutionEngine::removeModuleProvider(MP, E);
+  
+  MutexGuard locked(lock);
+  if (Modules.empty()) {
+    delete jitstate;
+    jitstate = 0;
+  }
+  
+  return result;
 }
 
 /// run - Start execution with the specified function and arguments.
 ///
-GenericValue VM::run(Function *F, const std::vector<GenericValue> &ArgValues)
-{
-  assert (F && "Function *F was null at entry to run()");
+GenericValue JIT::runFunction(Function *F,
+                              const std::vector<GenericValue> &ArgValues) {
+  assert(F && "Function *F was null at entry to run()");
+
+  void *FPtr = getPointerToFunction(F);
+  assert(FPtr && "Pointer to fn's code was null after getPointerToFunction");
+  const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
+  const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
 
-  int (*PF)(int, char **, const char **) =
-    (int(*)(int, char **, const char **))getPointerToFunction(F);
-  assert(PF != 0 && "Pointer to fn's code was null after getPointerToFunction");
+  assert((FTy->getNumParams() <= ArgValues.size() || FTy->isVarArg()) &&
+         "Too many arguments passed into function!");
+  assert(FTy->getNumParams() == ArgValues.size() &&
+         "This doesn't support passing arguments through varargs (yet)!");
 
-  // Call the function.
-  int ExitCode = PF(ArgValues[0].IntVal, (char **) GVTOP (ArgValues[1]),
-                   (const char **) GVTOP (ArgValues[2]));
+  // Handle some common cases first.  These cases correspond to common `main'
+  // prototypes.
+  if (RetTy == Type::Int32Ty || RetTy == Type::VoidTy) {
+    switch (ArgValues.size()) {
+    case 3:
+      if (FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty &&
+          isa<PointerType>(FTy->getParamType(1)) &&
+          isa<PointerType>(FTy->getParamType(2))) {
+        int (*PF)(int, char **, const char **) =
+          (int(*)(int, char **, const char **))(intptr_t)FPtr;
 
-  // Run any atexit handlers now!
-  runAtExitHandlers();
+        // Call the function.
+        GenericValue rv;
+        rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue(), 
+                                 (char **)GVTOP(ArgValues[1]),
+                                 (const char **)GVTOP(ArgValues[2])));
+        return rv;
+      }
+      break;
+    case 2:
+      if (FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty &&
+          isa<PointerType>(FTy->getParamType(1))) {
+        int (*PF)(int, char **) = (int(*)(int, char **))(intptr_t)FPtr;
 
-  GenericValue rv;
-  rv.IntVal = ExitCode;
-  return rv;
+        // Call the function.
+        GenericValue rv;
+        rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue(), 
+                                 (char **)GVTOP(ArgValues[1])));
+        return rv;
+      }
+      break;
+    case 1:
+      if (FTy->getNumParams() == 1 &&
+          FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty) {
+        GenericValue rv;
+        int (*PF)(int) = (int(*)(int))(intptr_t)FPtr;
+        rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue()));
+        return rv;
+      }
+      break;
+    }
+  }
+
+  // Handle cases where no arguments are passed first.
+  if (ArgValues.empty()) {
+    GenericValue rv;
+    switch (RetTy->getTypeID()) {
+    default: assert(0 && "Unknown return type for function call!");
+    case Type::IntegerTyID: {
+      unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(RetTy)->getBitWidth();
+      if (BitWidth == 1)
+        rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((bool(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      else if (BitWidth <= 8)
+        rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((char(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      else if (BitWidth <= 16)
+        rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((short(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      else if (BitWidth <= 32)
+        rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((int(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      else if (BitWidth <= 64)
+        rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((int64_t(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      else 
+        assert(0 && "Integer types > 64 bits not supported");
+      return rv;
+    }
+    case Type::VoidTyID:
+      rv.IntVal = APInt(32, ((int(*)())(intptr_t)FPtr)());
+      return rv;
+    case Type::FloatTyID:
+      rv.FloatVal = ((float(*)())(intptr_t)FPtr)();
+      return rv;
+    case Type::DoubleTyID:
+      rv.DoubleVal = ((double(*)())(intptr_t)FPtr)();
+      return rv;
+    case Type::X86_FP80TyID:
+    case Type::FP128TyID:
+    case Type::PPC_FP128TyID:
+      assert(0 && "long double not supported yet");
+      return rv;
+    case Type::PointerTyID:
+      return PTOGV(((void*(*)())(intptr_t)FPtr)());
+    }
+  }
+
+  // Okay, this is not one of our quick and easy cases.  Because we don't have a
+  // full FFI, we have to codegen a nullary stub function that just calls the
+  // function we are interested in, passing in constants for all of the
+  // arguments.  Make this function and return.
+
+  // First, create the function.
+  FunctionType *STy=FunctionType::get(RetTy, std::vector<const Type*>(), false);
+  Function *Stub = Function::Create(STy, Function::InternalLinkage, "",
+                                    F->getParent());
+
+  // Insert a basic block.
+  BasicBlock *StubBB = BasicBlock::Create("", Stub);
+
+  // Convert all of the GenericValue arguments over to constants.  Note that we
+  // currently don't support varargs.
+  SmallVector<Value*, 8> Args;
+  for (unsigned i = 0, e = ArgValues.size(); i != e; ++i) {
+    Constant *C = 0;
+    const Type *ArgTy = FTy->getParamType(i);
+    const GenericValue &AV = ArgValues[i];
+    switch (ArgTy->getTypeID()) {
+    default: assert(0 && "Unknown argument type for function call!");
+    case Type::IntegerTyID:
+        C = ConstantInt::get(AV.IntVal);
+        break;
+    case Type::FloatTyID:
+        C = ConstantFP::get(APFloat(AV.FloatVal));
+        break;
+    case Type::DoubleTyID:
+        C = ConstantFP::get(APFloat(AV.DoubleVal));
+        break;
+    case Type::PPC_FP128TyID:
+    case Type::X86_FP80TyID:
+    case Type::FP128TyID:
+        C = ConstantFP::get(APFloat(AV.IntVal));
+        break;
+    case Type::PointerTyID:
+      void *ArgPtr = GVTOP(AV);
+      if (sizeof(void*) == 4)
+        C = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, (int)(intptr_t)ArgPtr);
+      else
+        C = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, (intptr_t)ArgPtr);
+      C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, ArgTy);  // Cast the integer to pointer
+      break;
+    }
+    Args.push_back(C);
+  }
+
+  CallInst *TheCall = CallInst::Create(F, Args.begin(), Args.end(),
+                                       "", StubBB);
+  TheCall->setTailCall();
+  if (TheCall->getType() != Type::VoidTy)
+    ReturnInst::Create(TheCall, StubBB);    // Return result of the call.
+  else
+    ReturnInst::Create(StubBB);             // Just return void.
+
+  // Finally, return the value returned by our nullary stub function.
+  return runFunction(Stub, std::vector<GenericValue>());
+}
+
+/// runJITOnFunction - Run the FunctionPassManager full of
+/// just-in-time compilation passes on F, hopefully filling in
+/// GlobalAddress[F] with the address of F's machine code.
+///
+void JIT::runJITOnFunction(Function *F) {
+  static bool isAlreadyCodeGenerating = false;
+
+  MutexGuard locked(lock);
+  assert(!isAlreadyCodeGenerating && "Error: Recursive compilation detected!");
+
+  // JIT the function
+  isAlreadyCodeGenerating = true;
+  jitstate->getPM(locked).run(*F);
+  isAlreadyCodeGenerating = false;
+
+  // If the function referred to a global variable that had not yet been
+  // emitted, it allocates memory for the global, but doesn't emit it yet.  Emit
+  // all of these globals now.
+  while (!jitstate->getPendingGlobals(locked).empty()) {
+    const GlobalVariable *GV = jitstate->getPendingGlobals(locked).back();
+    jitstate->getPendingGlobals(locked).pop_back();
+    EmitGlobalVariable(GV);
+  }
+}
+
+/// getPointerToFunction - This method is used to get the address of the
+/// specified function, compiling it if neccesary.
+///
+void *JIT::getPointerToFunction(Function *F) {
+
+  if (void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F))
+    return Addr;   // Check if function already code gen'd
+
+  // Make sure we read in the function if it exists in this Module.
+  if (F->hasNotBeenReadFromBitcode()) {
+    // Determine the module provider this function is provided by.
+    Module *M = F->getParent();
+    ModuleProvider *MP = 0;
+    for (unsigned i = 0, e = Modules.size(); i != e; ++i) {
+      if (Modules[i]->getModule() == M) {
+        MP = Modules[i];
+        break;
+      }
+    }
+    assert(MP && "Function isn't in a module we know about!");
+    
+    std::string ErrorMsg;
+    if (MP->materializeFunction(F, &ErrorMsg)) {
+      cerr << "Error reading function '" << F->getName()
+           << "' from bitcode file: " << ErrorMsg << "\n";
+      abort();
+    }
+  }
+  
+  if (void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F)) {
+    return Addr;
+  }
+
+  MutexGuard locked(lock);
+  
+  if (F->isDeclaration()) {
+    void *Addr = getPointerToNamedFunction(F->getName());
+    addGlobalMapping(F, Addr);
+    return Addr;
+  }
+
+  runJITOnFunction(F);
+
+  void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
+  assert(Addr && "Code generation didn't add function to GlobalAddress table!");
+  return Addr;
 }
+
+/// getOrEmitGlobalVariable - Return the address of the specified global
+/// variable, possibly emitting it to memory if needed.  This is used by the
+/// Emitter.
+void *JIT::getOrEmitGlobalVariable(const GlobalVariable *GV) {
+  MutexGuard locked(lock);
+
+  void *Ptr = getPointerToGlobalIfAvailable(GV);
+  if (Ptr) return Ptr;
+
+  // If the global is external, just remember the address.
+  if (GV->isDeclaration()) {
+#if HAVE___DSO_HANDLE
+    if (GV->getName() == "__dso_handle")
+      return (void*)&__dso_handle;
+#endif
+    Ptr = sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol(GV->getName().c_str());
+    if (Ptr == 0) {
+      cerr << "Could not resolve external global address: "
+           << GV->getName() << "\n";
+      abort();
+    }
+  } else {
+    // If the global hasn't been emitted to memory yet, allocate space.  We will
+    // actually initialize the global after current function has finished
+    // compilation.
+    const Type *GlobalType = GV->getType()->getElementType();
+    size_t S = getTargetData()->getABITypeSize(GlobalType);
+    size_t A = getTargetData()->getPreferredAlignment(GV);
+    if (A <= 8) {
+      Ptr = malloc(S);
+    } else {
+      // Allocate S+A bytes of memory, then use an aligned pointer within that
+      // space.
+      Ptr = malloc(S+A);
+      unsigned MisAligned = ((intptr_t)Ptr & (A-1));
+      Ptr = (char*)Ptr + (MisAligned ? (A-MisAligned) : 0);
+    }
+    jitstate->getPendingGlobals(locked).push_back(GV);
+  }
+  addGlobalMapping(GV, Ptr);
+  return Ptr;
+}
+
+
+/// recompileAndRelinkFunction - This method is used to force a function
+/// which has already been compiled, to be compiled again, possibly
+/// after it has been modified. Then the entry to the old copy is overwritten
+/// with a branch to the new copy. If there was no old copy, this acts
+/// just like JIT::getPointerToFunction().
+///
+void *JIT::recompileAndRelinkFunction(Function *F) {
+  void *OldAddr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
+
+  // If it's not already compiled there is no reason to patch it up.
+  if (OldAddr == 0) { return getPointerToFunction(F); }
+
+  // Delete the old function mapping.
+  addGlobalMapping(F, 0);
+
+  // Recodegen the function
+  runJITOnFunction(F);
+
+  // Update state, forward the old function to the new function.
+  void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
+  assert(Addr && "Code generation didn't add function to GlobalAddress table!");
+  TJI.replaceMachineCodeForFunction(OldAddr, Addr);
+  return Addr;
+}
+