Streamlined memory manager hierarchy for MCJIT and RuntimeDyld.
[oota-llvm.git] / tools / lli / lli.cpp
index efcc1f5870cac31c6ff94b3d267eb2e3b6f8a45d..22b48cf63f4c15a06cbcfc6b065aae3b37141963 100644 (file)
@@ -13,6 +13,9 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "lli"
+#include "RecordingMemoryManager.h"
+#include "RemoteTarget.h"
 #include "llvm/LLVMContext.h"
 #include "llvm/Module.h"
 #include "llvm/Type.h"
 #include "llvm/Support/PluginLoader.h"
 #include "llvm/Support/PrettyStackTrace.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
+#include "llvm/Support/Format.h"
 #include "llvm/Support/Process.h"
 #include "llvm/Support/Signals.h"
 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
+#include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/DynamicLibrary.h"
+#include "llvm/Support/Memory.h"
+#include "llvm/Support/MathExtras.h"
 #include <cerrno>
 
+#ifdef __linux__
+// These includes used by LLIMCJITMemoryManager::getPointerToNamedFunction()
+// for Glibc trickery. Look comments in this function for more information.
+#ifdef HAVE_SYS_STAT_H
+#include <sys/stat.h>
+#endif
+#include <fcntl.h>
+#include <unistd.h>
+#endif
+
 #ifdef __CYGWIN__
 #include <cygwin/version.h>
 #if defined(CYGWIN_VERSION_DLL_MAJOR) && CYGWIN_VERSION_DLL_MAJOR<1007
@@ -61,6 +79,13 @@ namespace {
     "use-mcjit", cl::desc("Enable use of the MC-based JIT (if available)"),
     cl::init(false));
 
+  // The MCJIT supports building for a target address space separate from
+  // the JIT compilation process. Use a forked process and a copying
+  // memory manager with IPC to execute using this functionality.
+  cl::opt<bool> RemoteMCJIT("remote-mcjit",
+    cl::desc("Execute MCJIT'ed code in a separate process."),
+    cl::init(false));
+
   // Determine optimization level.
   cl::opt<char>
   OptLevel("O",
@@ -141,6 +166,45 @@ namespace {
                                 "Large code model"),
                      clEnumValEnd));
 
+  cl::opt<bool>
+  EnableJITExceptionHandling("jit-enable-eh",
+    cl::desc("Emit exception handling information"),
+    cl::init(false));
+
+  cl::opt<bool>
+  GenerateSoftFloatCalls("soft-float",
+    cl::desc("Generate software floating point library calls"),
+    cl::init(false));
+
+  cl::opt<llvm::FloatABI::ABIType>
+  FloatABIForCalls("float-abi",
+                   cl::desc("Choose float ABI type"),
+                   cl::init(FloatABI::Default),
+                   cl::values(
+                     clEnumValN(FloatABI::Default, "default",
+                                "Target default float ABI type"),
+                     clEnumValN(FloatABI::Soft, "soft",
+                                "Soft float ABI (implied by -soft-float)"),
+                     clEnumValN(FloatABI::Hard, "hard",
+                                "Hard float ABI (uses FP registers)"),
+                     clEnumValEnd));
+  cl::opt<bool>
+// In debug builds, make this default to true.
+#ifdef NDEBUG
+#define EMIT_DEBUG false
+#else
+#define EMIT_DEBUG true
+#endif
+  EmitJitDebugInfo("jit-emit-debug",
+    cl::desc("Emit debug information to debugger"),
+    cl::init(EMIT_DEBUG));
+#undef EMIT_DEBUG
+
+  static cl::opt<bool>
+  EmitJitDebugInfoToDisk("jit-emit-debug-to-disk",
+    cl::Hidden,
+    cl::desc("Emit debug info objfiles to disk"),
+    cl::init(false));
 }
 
 static ExecutionEngine *EE = 0;
@@ -153,6 +217,283 @@ static void do_shutdown() {
 #endif
 }
 
+// Memory manager for MCJIT
+class LLIMCJITMemoryManager : public JITMemoryManager {
+public:
+  SmallVector<sys::MemoryBlock, 16> AllocatedDataMem;
+  SmallVector<sys::MemoryBlock, 16> AllocatedCodeMem;
+  SmallVector<sys::MemoryBlock, 16> FreeCodeMem;
+
+  LLIMCJITMemoryManager() { }
+  ~LLIMCJITMemoryManager();
+
+  virtual uint8_t *allocateCodeSection(uintptr_t Size, unsigned Alignment,
+                                       unsigned SectionID);
+
+  virtual uint8_t *allocateDataSection(uintptr_t Size, unsigned Alignment,
+                                       unsigned SectionID);
+
+  virtual void *getPointerToNamedFunction(const std::string &Name,
+                                          bool AbortOnFailure = true);
+
+  // Invalidate instruction cache for code sections. Some platforms with
+  // separate data cache and instruction cache require explicit cache flush,
+  // otherwise JIT code manipulations (like resolved relocations) will get to
+  // the data cache but not to the instruction cache.
+  virtual void invalidateInstructionCache();
+
+  // The RTDyldMemoryManager doesn't use the following functions, so we don't
+  // need implement them.
+  virtual void setMemoryWritable() {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual void setMemoryExecutable() {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual void setPoisonMemory(bool poison) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual void AllocateGOT() {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual uint8_t *getGOTBase() const {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual uint8_t *startFunctionBody(const Function *F,
+                                     uintptr_t &ActualSize){
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual uint8_t *allocateStub(const GlobalValue* F, unsigned StubSize,
+                                unsigned Alignment) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual void endFunctionBody(const Function *F, uint8_t *FunctionStart,
+                               uint8_t *FunctionEnd) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual uint8_t *allocateSpace(intptr_t Size, unsigned Alignment) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual uint8_t *allocateGlobal(uintptr_t Size, unsigned Alignment) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual void deallocateFunctionBody(void *Body) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual uint8_t* startExceptionTable(const Function* F,
+                                       uintptr_t &ActualSize) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+    return 0;
+  }
+  virtual void endExceptionTable(const Function *F, uint8_t *TableStart,
+                                 uint8_t *TableEnd, uint8_t* FrameRegister) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+  virtual void deallocateExceptionTable(void *ET) {
+    llvm_unreachable("Unexpected call!");
+  }
+};
+
+uint8_t *LLIMCJITMemoryManager::allocateDataSection(uintptr_t Size,
+                                                    unsigned Alignment,
+                                                    unsigned SectionID) {
+  if (!Alignment)
+    Alignment = 16;
+  // Ensure that enough memory is requested to allow aligning.
+  size_t NumElementsAligned = 1 + (Size + Alignment - 1)/Alignment;
+  uint8_t *Addr = (uint8_t*)calloc(NumElementsAligned, Alignment);
+
+  // Honour the alignment requirement.
+  uint8_t *AlignedAddr = (uint8_t*)RoundUpToAlignment((uint64_t)Addr, Alignment);
+
+  // Store the original address from calloc so we can free it later.
+  AllocatedDataMem.push_back(sys::MemoryBlock(Addr, NumElementsAligned*Alignment));
+  return AlignedAddr;
+}
+
+uint8_t *LLIMCJITMemoryManager::allocateCodeSection(uintptr_t Size,
+                                                    unsigned Alignment,
+                                                    unsigned SectionID) {
+  if (!Alignment)
+    Alignment = 16;
+  unsigned NeedAllocate = Alignment * ((Size + Alignment - 1)/Alignment + 1);
+  uintptr_t Addr = 0;
+  // Look in the list of free code memory regions and use a block there if one
+  // is available.
+  for (int i = 0, e = FreeCodeMem.size(); i != e; ++i) {
+    sys::MemoryBlock &MB = FreeCodeMem[i];
+    if (MB.size() >= NeedAllocate) {
+      Addr = (uintptr_t)MB.base();
+      uintptr_t EndOfBlock = Addr + MB.size();
+      // Align the address.
+      Addr = (Addr + Alignment - 1) & ~(uintptr_t)(Alignment - 1);
+      // Store cutted free memory block.
+      FreeCodeMem[i] = sys::MemoryBlock((void*)(Addr + Size),
+                                        EndOfBlock - Addr - Size);
+      return (uint8_t*)Addr;
+    }
+  }
+
+  // No pre-allocated free block was large enough. Allocate a new memory region.
+  sys::MemoryBlock MB = sys::Memory::AllocateRWX(NeedAllocate, 0, 0);
+
+  AllocatedCodeMem.push_back(MB);
+  Addr = (uintptr_t)MB.base();
+  uintptr_t EndOfBlock = Addr + MB.size();
+  // Align the address.
+  Addr = (Addr + Alignment - 1) & ~(uintptr_t)(Alignment - 1);
+  // The AllocateRWX may allocate much more memory than we need. In this case,
+  // we store the unused memory as a free memory block.
+  unsigned FreeSize = EndOfBlock-Addr-Size;
+  if (FreeSize > 16)
+    FreeCodeMem.push_back(sys::MemoryBlock((void*)(Addr + Size), FreeSize));
+
+  // Return aligned address
+  return (uint8_t*)Addr;
+}
+
+void LLIMCJITMemoryManager::invalidateInstructionCache() {
+  for (int i = 0, e = AllocatedCodeMem.size(); i != e; ++i)
+    sys::Memory::InvalidateInstructionCache(AllocatedCodeMem[i].base(),
+                                            AllocatedCodeMem[i].size());
+}
+
+static int jit_noop() {
+  return 0;
+}
+
+void *LLIMCJITMemoryManager::getPointerToNamedFunction(const std::string &Name,
+                                                       bool AbortOnFailure) {
+#if defined(__linux__)
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  // Function stubs that are invoked instead of certain library calls
+  //
+  // Force the following functions to be linked in to anything that uses the
+  // JIT. This is a hack designed to work around the all-too-clever Glibc
+  // strategy of making these functions work differently when inlined vs. when
+  // not inlined, and hiding their real definitions in a separate archive file
+  // that the dynamic linker can't see. For more info, search for
+  // 'libc_nonshared.a' on Google, or read http://llvm.org/PR274.
+  if (Name == "stat") return (void*)(intptr_t)&stat;
+  if (Name == "fstat") return (void*)(intptr_t)&fstat;
+  if (Name == "lstat") return (void*)(intptr_t)&lstat;
+  if (Name == "stat64") return (void*)(intptr_t)&stat64;
+  if (Name == "fstat64") return (void*)(intptr_t)&fstat64;
+  if (Name == "lstat64") return (void*)(intptr_t)&lstat64;
+  if (Name == "atexit") return (void*)(intptr_t)&atexit;
+  if (Name == "mknod") return (void*)(intptr_t)&mknod;
+#endif // __linux__
+
+  // We should not invoke parent's ctors/dtors from generated main()!
+  // On Mingw and Cygwin, the symbol __main is resolved to
+  // callee's(eg. tools/lli) one, to invoke wrong duplicated ctors
+  // (and register wrong callee's dtors with atexit(3)).
+  // We expect ExecutionEngine::runStaticConstructorsDestructors()
+  // is called before ExecutionEngine::runFunctionAsMain() is called.
+  if (Name == "__main") return (void*)(intptr_t)&jit_noop;
+
+  const char *NameStr = Name.c_str();
+  void *Ptr = sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol(NameStr);
+  if (Ptr) return Ptr;
+
+  // If it wasn't found and if it starts with an underscore ('_') character,
+  // try again without the underscore.
+  if (NameStr[0] == '_') {
+    Ptr = sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol(NameStr+1);
+    if (Ptr) return Ptr;
+  }
+
+  if (AbortOnFailure)
+    report_fatal_error("Program used external function '" + Name +
+                      "' which could not be resolved!");
+  return 0;
+}
+
+LLIMCJITMemoryManager::~LLIMCJITMemoryManager() {
+  for (unsigned i = 0, e = AllocatedCodeMem.size(); i != e; ++i)
+    sys::Memory::ReleaseRWX(AllocatedCodeMem[i]);
+  for (unsigned i = 0, e = AllocatedDataMem.size(); i != e; ++i)
+    free(AllocatedDataMem[i].base());
+}
+
+
+void layoutRemoteTargetMemory(RemoteTarget *T, RecordingMemoryManager *JMM) {
+  // Lay out our sections in order, with all the code sections first, then
+  // all the data sections.
+  uint64_t CurOffset = 0;
+  unsigned MaxAlign = T->getPageAlignment();
+  SmallVector<std::pair<const void*, uint64_t>, 16> Offsets;
+  SmallVector<unsigned, 16> Sizes;
+  for (RecordingMemoryManager::const_code_iterator I = JMM->code_begin(),
+                                                   E = JMM->code_end();
+       I != E; ++I) {
+    DEBUG(dbgs() << "code region: size " << I->first.size()
+                 << ", alignment " << I->second << "\n");
+    // Align the current offset up to whatever is needed for the next
+    // section.
+    unsigned Align = I->second;
+    CurOffset = (CurOffset + Align - 1) / Align * Align;
+    // Save off the address of the new section and allocate its space.
+    Offsets.push_back(std::pair<const void*,uint64_t>(I->first.base(), CurOffset));
+    Sizes.push_back(I->first.size());
+    CurOffset += I->first.size();
+  }
+  // Adjust to keep code and data aligned on seperate pages.
+  CurOffset = (CurOffset + MaxAlign - 1) / MaxAlign * MaxAlign;
+  unsigned FirstDataIndex = Offsets.size();
+  for (RecordingMemoryManager::const_data_iterator I = JMM->data_begin(),
+                                                   E = JMM->data_end();
+       I != E; ++I) {
+    DEBUG(dbgs() << "data region: size " << I->first.size()
+                 << ", alignment " << I->second << "\n");
+    // Align the current offset up to whatever is needed for the next
+    // section.
+    unsigned Align = I->second;
+    CurOffset = (CurOffset + Align - 1) / Align * Align;
+    // Save off the address of the new section and allocate its space.
+    Offsets.push_back(std::pair<const void*,uint64_t>(I->first.base(), CurOffset));
+    Sizes.push_back(I->first.size());
+    CurOffset += I->first.size();
+  }
+
+  // Allocate space in the remote target.
+  uint64_t RemoteAddr;
+  if (T->allocateSpace(CurOffset, MaxAlign, RemoteAddr))
+    report_fatal_error(T->getErrorMsg());
+  // Map the section addresses so relocations will get updated in the local
+  // copies of the sections.
+  for (unsigned i = 0, e = Offsets.size(); i != e; ++i) {
+    uint64_t Addr = RemoteAddr + Offsets[i].second;
+    EE->mapSectionAddress(const_cast<void*>(Offsets[i].first), Addr);
+
+    DEBUG(dbgs() << "  Mapping local: " << Offsets[i].first
+                 << " to remote: " << format("%p", Addr) << "\n");
+
+  }
+  // Now load it all to the target.
+  for (unsigned i = 0, e = Offsets.size(); i != e; ++i) {
+    uint64_t Addr = RemoteAddr + Offsets[i].second;
+
+    if (i < FirstDataIndex) {
+      T->loadCode(Addr, Offsets[i].first, Sizes[i]);
+
+      DEBUG(dbgs() << "  loading code: " << Offsets[i].first
+            << " to remote: " << format("%p", Addr) << "\n");
+    } else {
+      T->loadData(Addr, Offsets[i].first, Sizes[i]);
+
+      DEBUG(dbgs() << "  loading data: " << Offsets[i].first
+            << " to remote: " << format("%p", Addr) << "\n");
+    }
+
+  }
+}
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // main Driver function
 //
@@ -200,8 +541,6 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
   builder.setRelocationModel(RelocModel);
   builder.setCodeModel(CMModel);
   builder.setErrorStr(&ErrorMsg);
-  builder.setJITMemoryManager(ForceInterpreter ? 0 :
-                              JITMemoryManager::CreateDefaultMemManager());
   builder.setEngineKind(ForceInterpreter
                         ? EngineKind::Interpreter
                         : EngineKind::JIT);
@@ -211,9 +550,21 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
     Mod->setTargetTriple(Triple::normalize(TargetTriple));
 
   // Enable MCJIT if desired.
+  JITMemoryManager *JMM = 0;
   if (UseMCJIT && !ForceInterpreter) {
     builder.setUseMCJIT(true);
-    builder.setJITMemoryManager(JITMemoryManager::CreateDefaultMemManager());
+    if (RemoteMCJIT)
+      JMM = new RecordingMemoryManager();
+    else
+      JMM = new LLIMCJITMemoryManager();
+    builder.setJITMemoryManager(JMM);
+  } else {
+    if (RemoteMCJIT) {
+      errs() << "error: Remote process execution requires -use-mcjit\n";
+      exit(1);
+    }
+    builder.setJITMemoryManager(ForceInterpreter ? 0 :
+                                JITMemoryManager::CreateDefaultMemManager());
   }
 
   CodeGenOpt::Level OLvl = CodeGenOpt::Default;
@@ -229,6 +580,22 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
   }
   builder.setOptLevel(OLvl);
 
+  TargetOptions Options;
+  Options.UseSoftFloat = GenerateSoftFloatCalls;
+  if (FloatABIForCalls != FloatABI::Default)
+    Options.FloatABIType = FloatABIForCalls;
+  if (GenerateSoftFloatCalls)
+    FloatABIForCalls = FloatABI::Soft;
+
+  // Remote target execution doesn't handle EH or debug registration.
+  if (!RemoteMCJIT) {
+    Options.JITExceptionHandling = EnableJITExceptionHandling;
+    Options.JITEmitDebugInfo = EmitJitDebugInfo;
+    Options.JITEmitDebugInfoToDisk = EmitJitDebugInfoToDisk;
+  }
+
+  builder.setTargetOptions(Options);
+
   EE = builder.create();
   if (!EE) {
     if (!ErrorMsg.empty())
@@ -245,6 +612,10 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
   EE->RegisterJITEventListener(
                 JITEventListener::createIntelJITEventListener());
 
+  if (!NoLazyCompilation && RemoteMCJIT) {
+    errs() << "warning: remote mcjit does not support lazy compilation\n";
+    NoLazyCompilation = true;
+  }
   EE->DisableLazyCompilation(NoLazyCompilation);
 
   // If the user specifically requested an argv[0] to pass into the program,
@@ -281,8 +652,13 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
   // Reset errno to zero on entry to main.
   errno = 0;
 
+  // Remote target MCJIT doesn't (yet) support static constructors. No reason
+  // it couldn't. This is a limitation of the LLI implemantation, not the
+  // MCJIT itself. FIXME.
+  //
   // Run static constructors.
-  EE->runStaticConstructorsDestructors(false);
+  if (!RemoteMCJIT)
+    EE->runStaticConstructorsDestructors(false);
 
   if (NoLazyCompilation) {
     for (Module::iterator I = Mod->begin(), E = Mod->end(); I != E; ++I) {
@@ -292,24 +668,69 @@ int main(int argc, char **argv, char * const *envp) {
     }
   }
 
-  // Run main.
-  int Result = EE->runFunctionAsMain(EntryFn, InputArgv, envp);
-
-  // Run static destructors.
-  EE->runStaticConstructorsDestructors(true);
-
-  // If the program didn't call exit explicitly, we should call it now.
-  // This ensures that any atexit handlers get called correctly.
-  if (Function *ExitF = dyn_cast<Function>(Exit)) {
-    std::vector<GenericValue> Args;
-    GenericValue ResultGV;
-    ResultGV.IntVal = APInt(32, Result);
-    Args.push_back(ResultGV);
-    EE->runFunction(ExitF, Args);
-    errs() << "ERROR: exit(" << Result << ") returned!\n";
-    abort();
+  int Result;
+  if (RemoteMCJIT) {
+    RecordingMemoryManager *MM = static_cast<RecordingMemoryManager*>(JMM);
+    // Everything is prepared now, so lay out our program for the target
+    // address space, assign the section addresses to resolve any relocations,
+    // and send it to the target.
+    RemoteTarget Target;
+    Target.create();
+
+    // Ask for a pointer to the entry function. This triggers the actual
+    // compilation.
+    (void)EE->getPointerToFunction(EntryFn);
+
+    // Enough has been compiled to execute the entry function now, so
+    // layout the target memory.
+    layoutRemoteTargetMemory(&Target, MM);
+
+    // Since we're executing in a (at least simulated) remote address space,
+    // we can't use the ExecutionEngine::runFunctionAsMain(). We have to
+    // grab the function address directly here and tell the remote target
+    // to execute the function.
+    // FIXME: argv and envp handling.
+    uint64_t Entry = (uint64_t)EE->getPointerToFunction(EntryFn);
+
+    DEBUG(dbgs() << "Executing '" << EntryFn->getName() << "' at "
+                 << format("%p", Entry) << "\n");
+
+    if (Target.executeCode(Entry, Result))
+      errs() << "ERROR: " << Target.getErrorMsg() << "\n";
+
+    Target.stop();
   } else {
-    errs() << "ERROR: exit defined with wrong prototype!\n";
-    abort();
+    // Trigger compilation separately so code regions that need to be 
+    // invalidated will be known.
+    (void)EE->getPointerToFunction(EntryFn);
+    // Clear instruction cache before code will be executed.
+    if (JMM)
+      static_cast<LLIMCJITMemoryManager*>(JMM)->invalidateInstructionCache();
+
+    // Run main.
+    Result = EE->runFunctionAsMain(EntryFn, InputArgv, envp);
+  }
+
+  // Like static constructors, the remote target MCJIT support doesn't handle
+  // this yet. It could. FIXME.
+  if (!RemoteMCJIT) {
+    // Run static destructors.
+    EE->runStaticConstructorsDestructors(true);
+
+    // If the program didn't call exit explicitly, we should call it now.
+    // This ensures that any atexit handlers get called correctly.
+    if (Function *ExitF = dyn_cast<Function>(Exit)) {
+      std::vector<GenericValue> Args;
+      GenericValue ResultGV;
+      ResultGV.IntVal = APInt(32, Result);
+      Args.push_back(ResultGV);
+      EE->runFunction(ExitF, Args);
+      errs() << "ERROR: exit(" << Result << ") returned!\n";
+      abort();
+    } else {
+      errs() << "ERROR: exit defined with wrong prototype!\n";
+      abort();
+    }
   }
+  return Result;
 }