[docs][Statepoint] Add definitions for base and derived pointers
[oota-llvm.git] / docs / Statepoints.rst
1 =====================================
2 Garbage Collection Safepoints in LLVM
3 =====================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7    :depth: 2
8
9 Status
10 =======
11
12 This document describes a set of experimental extensions to LLVM. Use
13 with caution.  Because the intrinsics have experimental status,
14 compatibility across LLVM releases is not guaranteed.
15
16 LLVM currently supports an alternate mechanism for conservative
17 garbage collection support using the ``gcroot`` intrinsic.  The mechanism
18 described here shares little in common with the alternate ``gcroot``
19 implementation and it is hoped that this mechanism will eventually
20 replace the gc_root mechanism.
21
22 Overview
23 ========
24
25 To collect dead objects, garbage collectors must be able to identify
26 any references to objects contained within executing code, and,
27 depending on the collector, potentially update them.  The collector
28 does not need this information at all points in code - that would make
29 the problem much harder - but only at well-defined points in the
30 execution known as 'safepoints' For most collectors, it is sufficient
31 to track at least one copy of each unique pointer value.  However, for
32 a collector which wishes to relocate objects directly reachable from
33 running code, a higher standard is required.
34
35 One additional challenge is that the compiler may compute intermediate
36 results ("derived pointers") which point outside of the allocation or
37 even into the middle of another allocation.  The eventual use of this
38 intermediate value must yield an address within the bounds of the
39 allocation, but such "exterior derived pointers" may be visible to the
40 collector.  Given this, a garbage collector can not safely rely on the
41 runtime value of an address to indicate the object it is associated
42 with.  If the garbage collector wishes to move any object, the
43 compiler must provide a mapping, for each pointer, to an indication of
44 its allocation.
45
46 To simplify the interaction between a collector and the compiled code,
47 most garbage collectors are organized in terms of three abstractions:
48 load barriers, store barriers, and safepoints.
49
50 #. A load barrier is a bit of code executed immediately after the
51    machine load instruction, but before any use of the value loaded.
52    Depending on the collector, such a barrier may be needed for all
53    loads, merely loads of a particular type (in the original source
54    language), or none at all.
55
56 #. Analogously, a store barrier is a code fragement that runs
57    immediately before the machine store instruction, but after the
58    computation of the value stored.  The most common use of a store
59    barrier is to update a 'card table' in a generational garbage
60    collector.
61
62 #. A safepoint is a location at which pointers visible to the compiled
63    code (i.e. currently in registers or on the stack) are allowed to
64    change.  After the safepoint completes, the actual pointer value
65    may differ, but the 'object' (as seen by the source language)
66    pointed to will not.
67
68   Note that the term 'safepoint' is somewhat overloaded.  It refers to
69   both the location at which the machine state is parsable and the
70   coordination protocol involved in bring application threads to a
71   point at which the collector can safely use that information.  The
72   term "statepoint" as used in this document refers exclusively to the
73   former.
74
75 This document focuses on the last item - compiler support for
76 safepoints in generated code.  We will assume that an outside
77 mechanism has decided where to place safepoints.  From our
78 perspective, all safepoints will be function calls.  To support
79 relocation of objects directly reachable from values in compiled code,
80 the collector must be able to:
81
82 #. identify every copy of a pointer (including copies introduced by
83    the compiler itself) at the safepoint,
84 #. identify which object each pointer relates to, and
85 #. potentially update each of those copies.
86
87 This document describes the mechanism by which an LLVM based compiler
88 can provide this information to a language runtime/collector, and
89 ensure that all pointers can be read and updated if desired.  The
90 heart of the approach is to construct (or rewrite) the IR in a manner
91 where the possible updates performed by the garbage collector are
92 explicitly visible in the IR.  Doing so requires that we:
93
94 #. create a new SSA value for each potentially relocated pointer, and
95    ensure that no uses of the original (non relocated) value is
96    reachable after the safepoint,
97 #. specify the relocation in a way which is opaque to the compiler to
98    ensure that the optimizer can not introduce new uses of an
99    unrelocated value after a statepoint. This prevents the optimizer
100    from performing unsound optimizations.
101 #. recording a mapping of live pointers (and the allocation they're
102    associated with) for each statepoint.
103
104 At the most abstract level, inserting a safepoint can be thought of as
105 replacing a call instruction with a call to a multiple return value
106 function which both calls the original target of the call, returns
107 it's result, and returns updated values for any live pointers to
108 garbage collected objects.
109
110   Note that the task of identifying all live pointers to garbage
111   collected values, transforming the IR to expose a pointer giving the
112   base object for every such live pointer, and inserting all the
113   intrinsics correctly is explicitly out of scope for this document.
114   The recommended approach is to use the :ref:`utility passes 
115   <statepoint-utilities>` described below. 
116
117 This abstract function call is concretely represented by a sequence of
118 intrinsic calls known collectively as a "statepoint relocation sequence".
119
120 Let's consider a simple call in LLVM IR:
121
122 .. code-block:: llvm
123
124   define i8 addrspace(1)* @test1(i8 addrspace(1)* %obj) 
125          gc "statepoint-example" {
126     call void ()* @foo()
127     ret i8 addrspace(1)* %obj
128   }
129
130 Depending on our language we may need to allow a safepoint during the execution 
131 of ``foo``. If so, we need to let the collector update local values in the 
132 current frame.  If we don't, we'll be accessing a potential invalid reference 
133 once we eventually return from the call.
134
135 In this example, we need to relocate the SSA value ``%obj``.  Since we can't 
136 actually change the value in the SSA value ``%obj``, we need to introduce a new 
137 SSA value ``%obj.relocated`` which represents the potentially changed value of
138 ``%obj`` after the safepoint and update any following uses appropriately.  The 
139 resulting relocation sequence is:
140
141 .. code-block:: llvm
142
143   define i8 addrspace(1)* @test1(i8 addrspace(1)* %obj) 
144          gc "statepoint-example" {
145     %0 = call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 0, i32 0, void ()* @foo, i32 0, i32 0, i32 0, i32 0, i8 addrspace(1)* %obj)
146     %obj.relocated = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(i32 %0, i32 7, i32 7)
147     ret i8 addrspace(1)* %obj.relocated
148   }
149
150 Ideally, this sequence would have been represented as a M argument, N
151 return value function (where M is the number of values being
152 relocated + the original call arguments and N is the original return
153 value + each relocated value), but LLVM does not easily support such a
154 representation.
155
156 Instead, the statepoint intrinsic marks the actual site of the
157 safepoint or statepoint.  The statepoint returns a token value (which
158 exists only at compile time).  To get back the original return value
159 of the call, we use the ``gc.result`` intrinsic.  To get the relocation
160 of each pointer in turn, we use the ``gc.relocate`` intrinsic with the
161 appropriate index.  Note that both the ``gc.relocate`` and ``gc.result`` are
162 tied to the statepoint.  The combination forms a "statepoint relocation 
163 sequence" and represents the entitety of a parseable call or 'statepoint'.
164
165 When lowered, this example would generate the following x86 assembly:
166
167 .. code-block:: gas
168   
169           .globl        test1
170           .align        16, 0x90
171           pushq %rax
172           callq foo
173   .Ltmp1:
174           movq  (%rsp), %rax  # This load is redundant (oops!)
175           popq  %rdx
176           retq
177
178 Each of the potentially relocated values has been spilled to the
179 stack, and a record of that location has been recorded to the
180 :ref:`Stack Map section <stackmap-section>`.  If the garbage collector
181 needs to update any of these pointers during the call, it knows
182 exactly what to change.
183
184 The relevant parts of the StackMap section for our example are:
185
186 .. code-block:: gas
187   
188   # This describes the call site
189   # Stack Maps: callsite 2882400000
190           .quad 2882400000
191           .long .Ltmp1-test1
192           .short        0
193   # .. 8 entries skipped ..
194   # This entry describes the spill slot which is directly addressable
195   # off RSP with offset 0.  Given the value was spilled with a pushq, 
196   # that makes sense.
197   # Stack Maps:   Loc 8: Direct RSP     [encoding: .byte 2, .byte 8, .short 7, .int 0]
198           .byte 2
199           .byte 8
200           .short        7
201           .long 0
202
203 This example was taken from the tests for the :ref:`RewriteStatepointsForGC` utility pass.  As such, it's full StackMap can be easily examined with the following command.
204
205 .. code-block:: bash
206
207   opt -rewrite-statepoints-for-gc test/Transforms/RewriteStatepointsForGC/basics.ll -S | llc -debug-only=stackmaps
208
209 Base & Derived Pointers
210 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
211
212 A base pointer is one which points to the base of an allocation (object).  A 
213 derived pointer is one which is offset from a base pointer by some amount.  
214 When relocating objects, a garbage collector needs to be able to relocate each 
215 derived pointer associated with an allocation to the same offset from the new 
216 address.    
217
218 Derived pointers fall in to two categories: 
219  * "Interior derived pointers" remain within the bounds of the allocation 
220    they're associated with.  As a result, the base object can be found at 
221    runtime provided the bounds of allocations are known to the runtime system.
222  * "Exterior derived pointers" are outside the bounds of the associated object;
223    they may even fall within *another* allocations address range.  As a result,
224    there is no way for a garbage collector to determine which allocation they 
225    are associated with at runtime and compiler support is needed.
226
227 GC Transitions
228 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
229
230 As a practical consideration, many garbage-collected systems allow code that is
231 collector-aware ("managed code") to call code that is not collector-aware
232 ("unmanaged code"). It is common that such calls must also be safepoints, since
233 it is desirable to allow the collector to run during the execution of
234 unmanaged code. Futhermore, it is common that coordinating the transition from
235 managed to unmanaged code requires extra code generation at the call site to
236 inform the collector of the transition. In order to support these needs, a
237 statepoint may be marked as a GC transition, and data that is necessary to
238 perform the transition (if any) may be provided as additional arguments to the
239 statepoint.
240
241   Note that although in many cases statepoints may be inferred to be GC
242   transitions based on the function symbols involved (e.g. a call from a
243   function with GC strategy "foo" to a function with GC strategy "bar"),
244   indirect calls that are also GC transitions must also be supported. This
245   requirement is the driving force behing the decision to require that GC
246   transitions are explicitly marked.
247
248 Let's revisit the sample given above, this time treating the call to ``@foo``
249 as a GC transition. Depending on our target, the transition code may need to
250 access some extra state in order to inform the collector of the transition.
251 Let's assume a hypothetical GC--somewhat unimaginatively named "hypothetical-gc"
252 --that requires that a TLS variable must be written to before and after a call
253 to unmanaged code. The resulting relocation sequence is:
254
255 .. code-block:: llvm
256
257   @flag = thread_local global i32 0, align 4
258
259   define i8 addrspace(1)* @test1(i8 addrspace(1) *%obj)
260          gc "hypothetical-gc" {
261
262     %0 = call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 0, i32 0, void ()* @foo, i32 0, i32 1, i32* @Flag, i32 0, i8 addrspace(1)* %obj)
263     %obj.relocated = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(i32 %0, i32 7, i32 7)
264     ret i8 addrspace(1)* %obj.relocated
265   }
266
267 During lowering, this will result in a instruction selection DAG that looks
268 something like:
269
270 ::
271
272   CALLSEQ_START
273   ...
274   GC_TRANSITION_START (lowered i32 *@Flag), SRCVALUE i32* Flag
275   STATEPOINT
276   GC_TRANSITION_END (lowered i32 *@Flag), SRCVALUE i32 *Flag
277   ...
278   CALLSEQ_END
279
280 In order to generate the necessary transition code, the backend for each target
281 supported by "hypothetical-gc" must be modified to lower ``GC_TRANSITION_START``
282 and ``GC_TRANSITION_END`` nodes appropriately when the "hypothetical-gc"
283 strategy is in use for a particular function. Assuming that such lowering has
284 been added for X86, the generated assembly would be:
285
286 .. code-block:: gas
287
288           .globl        test1
289           .align        16, 0x90
290           pushq %rax
291           movl $1, %fs:Flag@TPOFF
292           callq foo
293           movl $0, %fs:Flag@TPOFF
294   .Ltmp1:
295           movq  (%rsp), %rax  # This load is redundant (oops!)
296           popq  %rdx
297           retq
298
299 Note that the design as presented above is not fully implemented: in particular,
300 strategy-specific lowering is not present, and all GC transitions are emitted as
301 as single no-op before and after the call instruction. These no-ops are often
302 removed by the backend during dead machine instruction elimination.
303
304
305 Intrinsics
306 ===========
307
308 'llvm.experimental.gc.statepoint' Intrinsic
309 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
310
311 Syntax:
312 """""""
313
314 ::
315
316       declare i32
317         @llvm.experimental.gc.statepoint(i64 <id>, i32 <num patch bytes>,
318                        func_type <target>, 
319                        i64 <#call args>, i64 <flags>,
320                        ... (call parameters),
321                        i64 <# transition args>, ... (transition parameters),
322                        i64 <# deopt args>, ... (deopt parameters),
323                        ... (gc parameters))
324
325 Overview:
326 """""""""
327
328 The statepoint intrinsic represents a call which is parse-able by the
329 runtime.
330
331 Operands:
332 """""""""
333
334 The 'id' operand is a constant integer that is reported as the ID
335 field in the generated stackmap.  LLVM does not interpret this
336 parameter in any way and its meaning is up to the statepoint user to
337 decide.  Note that LLVM is free to duplicate code containing
338 statepoint calls, and this may transform IR that had a unique 'id' per
339 lexical call to statepoint to IR that does not.
340
341 If 'num patch bytes' is non-zero then the call instruction
342 corresponding to the statepoint is not emitted and LLVM emits 'num
343 patch bytes' bytes of nops in its place.  LLVM will emit code to
344 prepare the function arguments and retrieve the function return value
345 in accordance to the calling convention; the former before the nop
346 sequence and the latter after the nop sequence.  It is expected that
347 the user will patch over the 'num patch bytes' bytes of nops with a
348 calling sequence specific to their runtime before executing the
349 generated machine code.  There are no guarantees with respect to the
350 alignment of the nop sequence.  Unlike :doc:`StackMaps` statepoints do
351 not have a concept of shadow bytes.  Note that semantically the
352 statepoint still represents a call or invoke to 'target', and the nop
353 sequence after patching is expected to represent an operation
354 equivalent to a call or invoke to 'target'.
355
356 The 'target' operand is the function actually being called.  The
357 target can be specified as either a symbolic LLVM function, or as an
358 arbitrary Value of appropriate function type.  Note that the function
359 type must match the signature of the callee and the types of the 'call
360 parameters' arguments.
361
362 The '#call args' operand is the number of arguments to the actual
363 call.  It must exactly match the number of arguments passed in the
364 'call parameters' variable length section.
365
366 The 'flags' operand is used to specify extra information about the
367 statepoint. This is currently only used to mark certain statepoints
368 as GC transitions. This operand is a 64-bit integer with the following
369 layout, where bit 0 is the least significant bit:
370
371   +-------+---------------------------------------------------+
372   | Bit # | Usage                                             |
373   +=======+===================================================+
374   |     0 | Set if the statepoint is a GC transition, cleared |
375   |       | otherwise.                                        |
376   +-------+---------------------------------------------------+
377   |  1-63 | Reserved for future use; must be cleared.         |
378   +-------+---------------------------------------------------+
379
380 The 'call parameters' arguments are simply the arguments which need to
381 be passed to the call target.  They will be lowered according to the
382 specified calling convention and otherwise handled like a normal call
383 instruction.  The number of arguments must exactly match what is
384 specified in '# call args'.  The types must match the signature of
385 'target'.
386
387 The 'transition parameters' arguments contain an arbitrary list of
388 Values which need to be passed to GC transition code. They will be
389 lowered and passed as operands to the appropriate GC_TRANSITION nodes
390 in the selection DAG. It is assumed that these arguments must be
391 available before and after (but not necessarily during) the execution
392 of the callee. The '# transition args' field indicates how many operands
393 are to be interpreted as 'transition parameters'.
394
395 The 'deopt parameters' arguments contain an arbitrary list of Values
396 which is meaningful to the runtime.  The runtime may read any of these
397 values, but is assumed not to modify them.  If the garbage collector
398 might need to modify one of these values, it must also be listed in
399 the 'gc pointer' argument list.  The '# deopt args' field indicates
400 how many operands are to be interpreted as 'deopt parameters'.
401
402 The 'gc parameters' arguments contain every pointer to a garbage
403 collector object which potentially needs to be updated by the garbage
404 collector.  Note that the argument list must explicitly contain a base
405 pointer for every derived pointer listed.  The order of arguments is
406 unimportant.  Unlike the other variable length parameter sets, this
407 list is not length prefixed.
408
409 Semantics:
410 """"""""""
411
412 A statepoint is assumed to read and write all memory.  As a result,
413 memory operations can not be reordered past a statepoint.  It is
414 illegal to mark a statepoint as being either 'readonly' or 'readnone'.
415
416 Note that legal IR can not perform any memory operation on a 'gc
417 pointer' argument of the statepoint in a location statically reachable
418 from the statepoint.  Instead, the explicitly relocated value (from a
419 ``gc.relocate``) must be used.
420
421 'llvm.experimental.gc.result' Intrinsic
422 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
423
424 Syntax:
425 """""""
426
427 ::
428
429       declare type*
430         @llvm.experimental.gc.result(i32 %statepoint_token)
431
432 Overview:
433 """""""""
434
435 ``gc.result`` extracts the result of the original call instruction
436 which was replaced by the ``gc.statepoint``.  The ``gc.result``
437 intrinsic is actually a family of three intrinsics due to an
438 implementation limitation.  Other than the type of the return value,
439 the semantics are the same.
440
441 Operands:
442 """""""""
443
444 The first and only argument is the ``gc.statepoint`` which starts
445 the safepoint sequence of which this ``gc.result`` is a part.
446 Despite the typing of this as a generic i32, *only* the value defined
447 by a ``gc.statepoint`` is legal here.
448
449 Semantics:
450 """"""""""
451
452 The ``gc.result`` represents the return value of the call target of
453 the ``statepoint``.  The type of the ``gc.result`` must exactly match
454 the type of the target.  If the call target returns void, there will
455 be no ``gc.result``.
456
457 A ``gc.result`` is modeled as a 'readnone' pure function.  It has no
458 side effects since it is just a projection of the return value of the
459 previous call represented by the ``gc.statepoint``.
460
461 'llvm.experimental.gc.relocate' Intrinsic
462 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
463
464 Syntax:
465 """""""
466
467 ::
468
469       declare <pointer type>
470         @llvm.experimental.gc.relocate(i32 %statepoint_token, 
471                                        i32 %base_offset, 
472                                        i32 %pointer_offset)
473
474 Overview:
475 """""""""
476
477 A ``gc.relocate`` returns the potentially relocated value of a pointer
478 at the safepoint.
479
480 Operands:
481 """""""""
482
483 The first argument is the ``gc.statepoint`` which starts the
484 safepoint sequence of which this ``gc.relocation`` is a part.
485 Despite the typing of this as a generic i32, *only* the value defined
486 by a ``gc.statepoint`` is legal here.
487
488 The second argument is an index into the statepoints list of arguments
489 which specifies the base pointer for the pointer being relocated.
490 This index must land within the 'gc parameter' section of the
491 statepoint's argument list.
492
493 The third argument is an index into the statepoint's list of arguments
494 which specify the (potentially) derived pointer being relocated.  It
495 is legal for this index to be the same as the second argument
496 if-and-only-if a base pointer is being relocated. This index must land
497 within the 'gc parameter' section of the statepoint's argument list.
498
499 Semantics:
500 """"""""""
501
502 The return value of ``gc.relocate`` is the potentially relocated value
503 of the pointer specified by it's arguments.  It is unspecified how the
504 value of the returned pointer relates to the argument to the
505 ``gc.statepoint`` other than that a) it points to the same source
506 language object with the same offset, and b) the 'based-on'
507 relationship of the newly relocated pointers is a projection of the
508 unrelocated pointers.  In particular, the integer value of the pointer
509 returned is unspecified.
510
511 A ``gc.relocate`` is modeled as a ``readnone`` pure function.  It has no
512 side effects since it is just a way to extract information about work
513 done during the actual call modeled by the ``gc.statepoint``.
514
515 .. _statepoint-stackmap-format:
516
517 Stack Map Format
518 ================
519
520 Locations for each pointer value which may need read and/or updated by
521 the runtime or collector are provided via the :ref:`Stack Map format
522 <stackmap-format>` specified in the PatchPoint documentation.
523
524 Each statepoint generates the following Locations:
525
526 * Constant which describes the calling convention of the call target. This
527   constant is a valid :ref:`calling convention identifier <callingconv>` for
528   the version of LLVM used to generate the stackmap. No additional compatibility
529   guarantees are made for this constant over what LLVM provides elsewhere w.r.t.
530   these identifiers.
531 * Constant which describes the flags passed to the statepoint intrinsic
532 * Constant which describes number of following deopt *Locations* (not
533   operands)
534 * Variable number of Locations, one for each deopt parameter listed in
535   the IR statepoint (same number as described by previous Constant)
536 * Variable number of Locations pairs, one pair for each unique pointer
537   which needs relocated.  The first Location in each pair describes
538   the base pointer for the object.  The second is the derived pointer
539   actually being relocated.  It is guaranteed that the base pointer
540   must also appear explicitly as a relocation pair if used after the
541   statepoint. There may be fewer pairs then gc parameters in the IR
542   statepoint. Each *unique* pair will occur at least once; duplicates
543   are possible.
544
545 Note that the Locations used in each section may describe the same
546 physical location.  e.g. A stack slot may appear as a deopt location,
547 a gc base pointer, and a gc derived pointer.
548
549 The LiveOut section of the StkMapRecord will be empty for a statepoint
550 record.
551
552 Safepoint Semantics & Verification
553 ==================================
554
555 The fundamental correctness property for the compiled code's
556 correctness w.r.t. the garbage collector is a dynamic one.  It must be
557 the case that there is no dynamic trace such that a operation
558 involving a potentially relocated pointer is observably-after a
559 safepoint which could relocate it.  'observably-after' is this usage
560 means that an outside observer could observe this sequence of events
561 in a way which precludes the operation being performed before the
562 safepoint.
563
564 To understand why this 'observable-after' property is required,
565 consider a null comparison performed on the original copy of a
566 relocated pointer.  Assuming that control flow follows the safepoint,
567 there is no way to observe externally whether the null comparison is
568 performed before or after the safepoint.  (Remember, the original
569 Value is unmodified by the safepoint.)  The compiler is free to make
570 either scheduling choice.
571
572 The actual correctness property implemented is slightly stronger than
573 this.  We require that there be no *static path* on which a
574 potentially relocated pointer is 'observably-after' it may have been
575 relocated.  This is slightly stronger than is strictly necessary (and
576 thus may disallow some otherwise valid programs), but greatly
577 simplifies reasoning about correctness of the compiled code.
578
579 By construction, this property will be upheld by the optimizer if
580 correctly established in the source IR.  This is a key invariant of
581 the design.
582
583 The existing IR Verifier pass has been extended to check most of the
584 local restrictions on the intrinsics mentioned in their respective
585 documentation.  The current implementation in LLVM does not check the
586 key relocation invariant, but this is ongoing work on developing such
587 a verifier.  Please ask on llvm-dev if you're interested in
588 experimenting with the current version.
589
590 .. _statepoint-utilities:
591
592 Utility Passes for Safepoint Insertion
593 ======================================
594
595 .. _RewriteStatepointsForGC:
596
597 RewriteStatepointsForGC
598 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
599
600 The pass RewriteStatepointsForGC transforms a functions IR by replacing a 
601 ``gc.statepoint`` (with an optional ``gc.result``) with a full relocation 
602 sequence, including all required ``gc.relocates``.  To function, the pass 
603 requires that the GC strategy specified for the function be able to reliably 
604 distinguish between GC references and non-GC references in IR it is given.
605
606 As an example, given this code:
607
608 .. code-block:: llvm
609
610   define i8 addrspace(1)* @test1(i8 addrspace(1)* %obj) 
611          gc "statepoint-example" {
612     call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 2882400000, i32 0, void ()* @foo, i32 0, i32 0, i32 0, i32 5, i32 0, i32 -1, i32 0, i32 0, i32 0)
613     ret i8 addrspace(1)* %obj
614   }
615
616 The pass would produce this IR:
617
618 .. code-block:: llvm
619
620   define i8 addrspace(1)* @test1(i8 addrspace(1)* %obj) 
621          gc "statepoint-example" {
622     %0 = call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 2882400000, i32 0, void ()* @foo, i32 0, i32 0, i32 0, i32 5, i32 0, i32 -1, i32 0, i32 0, i32 0, i8 addrspace(1)* %obj)
623     %obj.relocated = call coldcc i8 addrspace(1)* @llvm.experimental.gc.relocate.p1i8(i32 %0, i32 12, i32 12)
624     ret i8 addrspace(1)* %obj.relocated
625   }
626
627 In the above examples, the addrspace(1) marker on the pointers is the mechanism
628 that the ``statepoint-example`` GC strategy uses to distinguish references from
629 non references.  Address space 1 is not globally reserved for this purpose.
630
631 This pass can be used an utility function by a language frontend that doesn't 
632 want to manually reason about liveness, base pointers, or relocation when 
633 constructing IR.  As currently implemented, RewriteStatepointsForGC must be 
634 run after SSA construction (i.e. mem2ref).  
635
636
637 In practice, RewriteStatepointsForGC can be run much later in the pass 
638 pipeline, after most optimization is already done.  This helps to improve 
639 the quality of the generated code when compiled with garbage collection support.
640 In the long run, this is the intended usage model.  At this time, a few details
641 have yet to be worked out about the semantic model required to guarantee this 
642 is always correct.  As such, please use with caution and report bugs.
643
644 .. _PlaceSafepoints:
645
646 PlaceSafepoints
647 ^^^^^^^^^^^^^^^^
648
649 The pass PlaceSafepoints transforms a function's IR by replacing any call or 
650 invoke instructions with appropriate ``gc.statepoint`` and ``gc.result`` pairs,
651 and inserting safepoint polls sufficient to ensure running code checks for a 
652 safepoint request on a timely manner.  This pass is expected to be run before 
653 RewriteStatepointsForGC and thus does not produce full relocation sequences.  
654
655 As an example, given input IR of the following:
656
657 .. code-block:: llvm
658
659   define void @test() gc "statepoint-example" {
660     call void @foo()
661     ret void
662   }
663
664   declare void @do_safepoint()
665   define void @gc.safepoint_poll() {
666     call void @do_safepoint()
667     ret void
668   }
669
670
671 This pass would produce the following IR:
672
673 .. code-block:: llvm
674
675   define void @test() gc "statepoint-example" {
676     %safepoint_token = call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 2882400000, i32 0, void ()* @do_safepoint, i32 0, i32 0, i32 0, i32 0)
677     %safepoint_token1 = call i32 (i64, i32, void ()*, i32, i32, ...)* @llvm.experimental.gc.statepoint.p0f_isVoidf(i64 2882400000, i32 0, void ()* @foo, i32 0, i32 0, i32 0, i32 0)
678     ret void
679   }
680
681 In this case, we've added an (unconditional) entry safepoint poll and converted the call into a ``gc.statepoint``.  Note that despite appearances, the entry poll is not necessarily redundant.  We'd have to know that ``foo`` and ``test`` were not mutually recursive for the poll to be redundant.  In practice, you'd probably want to your poll definition to contain a conditional branch of some form.
682
683
684 At the moment, PlaceSafepoints can insert safepoint polls at method entry and 
685 loop backedges locations.  Extending this to work with return polls would be 
686 straight forward if desired.
687
688 PlaceSafepoints includes a number of optimizations to avoid placing safepoint 
689 polls at particular sites unless needed to ensure timely execution of a poll 
690 under normal conditions.  PlaceSafepoints does not attempt to ensure timely 
691 execution of a poll under worst case conditions such as heavy system paging.
692
693 The implementation of a safepoint poll action is specified by looking up a 
694 function of the name ``gc.safepoint_poll`` in the containing Module.  The body
695 of this function is inserted at each poll site desired.  While calls or invokes
696 inside this method are transformed to a ``gc.statepoints``, recursive poll 
697 insertion is not performed.
698
699 By default PlaceSafepoints passes in ``0xABCDEF00`` as the statepoint
700 ID and ``0`` as the number of patchable bytes to the newly constructed
701 ``gc.statepoint``.  These values can be configured on a per-callsite
702 basis using the attributes ``"statepoint-id"`` and
703 ``"statepoint-num-patch-bytes"``.  If a call site is marked with a
704 ``"statepoint-id"`` function attribute and its value is a positive
705 integer (represented as a string), then that value is used as the ID
706 of the newly constructed ``gc.statepoint``.  If a call site is marked
707 with a ``"statepoint-num-patch-bytes"`` function attribute and its
708 value is a positive integer, then that value is used as the 'num patch
709 bytes' parameter of the newly constructed ``gc.statepoint``.  The
710 ``"statepoint-id"`` and ``"statepoint-num-patch-bytes"`` attributes
711 are not propagated to the ``gc.statepoint`` call or invoke if they
712 could be successfully parsed.
713
714 If you are scheduling the RewriteStatepointsForGC pass late in the pass order,
715 you should probably schedule this pass immediately before it.  The exception 
716 would be if you need to preserve abstract frame information (e.g. for
717 deoptimization or introspection) at safepoints.  In that case, ask on the 
718 llvm-dev mailing list for suggestions.
719
720
721 Supported Architectures
722 =======================
723
724 Support for statepoint generation requires some code for each backend.
725 Today, only X86_64 is supported.  
726
727 Bugs and Enhancements
728 =====================
729
730 Currently known bugs and enhancements under consideration can be
731 tracked by performing a `bugzilla search
732 <http://llvm.org/bugs/buglist.cgi?cmdtype=runnamed&namedcmd=Statepoint%20Bugs&list_id=64342>`_
733 for [Statepoint] in the summary field. When filing new bugs, please
734 use this tag so that interested parties see the newly filed bug.  As
735 with most LLVM features, design discussions take place on `llvm-dev
736 <http://lists.llvm.org/mailman/listinfo/llvm-dev>`_, and patches
737 should be sent to `llvm-commits
738 <http://lists.llvm.org/mailman/listinfo/llvm-commits>`_ for review.
739