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[oota-llvm.git] / docs / TestingGuide.rst
1 =================================
2 LLVM Testing Infrastructure Guide
3 =================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. toctree::
9    :hidden:
10
11    TestSuiteMakefileGuide
12
13 Overview
14 ========
15
16 This document is the reference manual for the LLVM testing
17 infrastructure. It documents the structure of the LLVM testing
18 infrastructure, the tools needed to use it, and how to add and run
19 tests.
20
21 Requirements
22 ============
23
24 In order to use the LLVM testing infrastructure, you will need all of the
25 software required to build LLVM, as well as `Python <http://python.org>`_ 2.7 or
26 later.
27
28 LLVM testing infrastructure organization
29 ========================================
30
31 The LLVM testing infrastructure contains two major categories of tests:
32 regression tests and whole programs. The regression tests are contained
33 inside the LLVM repository itself under ``llvm/test`` and are expected
34 to always pass -- they should be run before every commit.
35
36 The whole programs tests are referred to as the "LLVM test suite" (or
37 "test-suite") and are in the ``test-suite`` module in subversion. For
38 historical reasons, these tests are also referred to as the "nightly
39 tests" in places, which is less ambiguous than "test-suite" and remains
40 in use although we run them much more often than nightly.
41
42 Regression tests
43 ----------------
44
45 The regression tests are small pieces of code that test a specific
46 feature of LLVM or trigger a specific bug in LLVM. The language they are
47 written in depends on the part of LLVM being tested. These tests are driven by
48 the :doc:`Lit <CommandGuide/lit>` testing tool (which is part of LLVM), and
49 are located in the ``llvm/test`` directory.
50
51 Typically when a bug is found in LLVM, a regression test containing just
52 enough code to reproduce the problem should be written and placed
53 somewhere underneath this directory. For example, it can be a small
54 piece of LLVM IR distilled from an actual application or benchmark.
55
56 ``test-suite``
57 --------------
58
59 The test suite contains whole programs, which are pieces of code which
60 can be compiled and linked into a stand-alone program that can be
61 executed. These programs are generally written in high level languages
62 such as C or C++.
63
64 These programs are compiled using a user specified compiler and set of
65 flags, and then executed to capture the program output and timing
66 information. The output of these programs is compared to a reference
67 output to ensure that the program is being compiled correctly.
68
69 In addition to compiling and executing programs, whole program tests
70 serve as a way of benchmarking LLVM performance, both in terms of the
71 efficiency of the programs generated as well as the speed with which
72 LLVM compiles, optimizes, and generates code.
73
74 The test-suite is located in the ``test-suite`` Subversion module.
75
76 Debugging Information tests
77 ---------------------------
78
79 The test suite contains tests to check quality of debugging information.
80 The test are written in C based languages or in LLVM assembly language.
81
82 These tests are compiled and run under a debugger. The debugger output
83 is checked to validate of debugging information. See README.txt in the
84 test suite for more information . This test suite is located in the
85 ``debuginfo-tests`` Subversion module.
86
87 Quick start
88 ===========
89
90 The tests are located in two separate Subversion modules. The
91 regressions tests are in the main "llvm" module under the directory
92 ``llvm/test`` (so you get these tests for free with the main LLVM tree).
93 Use ``make check-all`` to run the regression tests after building LLVM.
94
95 The more comprehensive test suite that includes whole programs in C and C++
96 is in the ``test-suite`` module. See :ref:`test-suite Quickstart
97 <test-suite-quickstart>` for more information on running these tests.
98
99 Regression tests
100 ----------------
101
102 To run all of the LLVM regression tests, use the master Makefile in the
103 ``llvm/test`` directory. LLVM Makefiles require GNU Make (read the :doc:`LLVM
104 Makefile Guide <MakefileGuide>` for more details):
105
106 .. code-block:: bash
107
108     % make -C llvm/test
109
110 or:
111
112 .. code-block:: bash
113
114     % make check
115
116 If you have `Clang <http://clang.llvm.org/>`_ checked out and built, you
117 can run the LLVM and Clang tests simultaneously using:
118
119 .. code-block:: bash
120
121     % make check-all
122
123 To run the tests with Valgrind (Memcheck by default), use the ``LIT_ARGS`` make
124 variable to pass the required options to lit. For example, you can use:
125
126 .. code-block:: bash
127
128     % make check LIT_ARGS="-v --vg --vg-leak"
129
130 to enable testing with valgrind and with leak checking enabled.
131
132 To run individual tests or subsets of tests, you can use the ``llvm-lit``
133 script which is built as part of LLVM. For example, to run the
134 ``Integer/BitPacked.ll`` test by itself you can run:
135
136 .. code-block:: bash
137
138     % llvm-lit ~/llvm/test/Integer/BitPacked.ll 
139
140 or to run all of the ARM CodeGen tests:
141
142 .. code-block:: bash
143
144     % llvm-lit ~/llvm/test/CodeGen/ARM
145
146 For more information on using the :program:`lit` tool, see ``llvm-lit --help``
147 or the :doc:`lit man page <CommandGuide/lit>`.
148
149 Debugging Information tests
150 ---------------------------
151
152 To run debugging information tests simply checkout the tests inside
153 clang/test directory.
154
155 .. code-block:: bash
156
157     % cd clang/test
158     % svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/debuginfo-tests/trunk debuginfo-tests
159
160 These tests are already set up to run as part of clang regression tests.
161
162 Regression test structure
163 =========================
164
165 The LLVM regression tests are driven by :program:`lit` and are located in the
166 ``llvm/test`` directory.
167
168 This directory contains a large array of small tests that exercise
169 various features of LLVM and to ensure that regressions do not occur.
170 The directory is broken into several sub-directories, each focused on a
171 particular area of LLVM.
172
173 Writing new regression tests
174 ----------------------------
175
176 The regression test structure is very simple, but does require some
177 information to be set. This information is gathered via ``configure``
178 and is written to a file, ``test/lit.site.cfg`` in the build directory.
179 The ``llvm/test`` Makefile does this work for you.
180
181 In order for the regression tests to work, each directory of tests must
182 have a ``lit.local.cfg`` file. :program:`lit` looks for this file to determine
183 how to run the tests. This file is just Python code and thus is very
184 flexible, but we've standardized it for the LLVM regression tests. If
185 you're adding a directory of tests, just copy ``lit.local.cfg`` from
186 another directory to get running. The standard ``lit.local.cfg`` simply
187 specifies which files to look in for tests. Any directory that contains
188 only directories does not need the ``lit.local.cfg`` file. Read the :doc:`Lit
189 documentation <CommandGuide/lit>` for more information.
190
191 Each test file must contain lines starting with "RUN:" that tell :program:`lit`
192 how to run it. If there are no RUN lines, :program:`lit` will issue an error
193 while running a test.
194
195 RUN lines are specified in the comments of the test program using the
196 keyword ``RUN`` followed by a colon, and lastly the command (pipeline)
197 to execute. Together, these lines form the "script" that :program:`lit`
198 executes to run the test case. The syntax of the RUN lines is similar to a
199 shell's syntax for pipelines including I/O redirection and variable
200 substitution. However, even though these lines may *look* like a shell
201 script, they are not. RUN lines are interpreted by :program:`lit`.
202 Consequently, the syntax differs from shell in a few ways. You can specify
203 as many RUN lines as needed.
204
205 :program:`lit` performs substitution on each RUN line to replace LLVM tool names
206 with the full paths to the executable built for each tool (in
207 ``$(LLVM_OBJ_ROOT)/$(BuildMode)/bin)``. This ensures that :program:`lit` does
208 not invoke any stray LLVM tools in the user's path during testing.
209
210 Each RUN line is executed on its own, distinct from other lines unless
211 its last character is ``\``. This continuation character causes the RUN
212 line to be concatenated with the next one. In this way you can build up
213 long pipelines of commands without making huge line lengths. The lines
214 ending in ``\`` are concatenated until a RUN line that doesn't end in
215 ``\`` is found. This concatenated set of RUN lines then constitutes one
216 execution. :program:`lit` will substitute variables and arrange for the pipeline
217 to be executed. If any process in the pipeline fails, the entire line (and
218 test case) fails too.
219
220 Below is an example of legal RUN lines in a ``.ll`` file:
221
222 .. code-block:: llvm
223
224     ; RUN: llvm-as < %s | llvm-dis > %t1
225     ; RUN: llvm-dis < %s.bc-13 > %t2
226     ; RUN: diff %t1 %t2
227
228 As with a Unix shell, the RUN lines permit pipelines and I/O
229 redirection to be used.
230
231 There are some quoting rules that you must pay attention to when writing
232 your RUN lines. In general nothing needs to be quoted. :program:`lit` won't
233 strip off any quote characters so they will get passed to the invoked program.
234 To avoid this use curly braces to tell :program:`lit` that it should treat
235 everything enclosed as one value.
236
237 In general, you should strive to keep your RUN lines as simple as possible,
238 using them only to run tools that generate textual output you can then examine.
239 The recommended way to examine output to figure out if the test passes is using
240 the :doc:`FileCheck tool <CommandGuide/FileCheck>`. *[The usage of grep in RUN
241 lines is deprecated - please do not send or commit patches that use it.]*
242
243 Put related tests into a single file rather than having a separate file per
244 test. Check if there are files already covering your feature and consider
245 adding your code there instead of creating a new file.
246
247 Extra files
248 -----------
249
250 If your test requires extra files besides the file containing the ``RUN:``
251 lines, the idiomatic place to put them is in a subdirectory ``Inputs``.
252 You can then refer to the extra files as ``%S/Inputs/foo.bar``.
253
254 For example, consider ``test/Linker/ident.ll``. The directory structure is
255 as follows::
256
257   test/
258     Linker/
259       ident.ll
260       Inputs/
261         ident.a.ll
262         ident.b.ll
263
264 For convenience, these are the contents:
265
266 .. code-block:: llvm
267
268   ;;;;; ident.ll:
269
270   ; RUN: llvm-link %S/Inputs/ident.a.ll %S/Inputs/ident.b.ll -S | FileCheck %s
271
272   ; Verify that multiple input llvm.ident metadata are linked together.
273
274   ; CHECK-DAG: !llvm.ident = !{!0, !1, !2}
275   ; CHECK-DAG: "Compiler V1"
276   ; CHECK-DAG: "Compiler V2"
277   ; CHECK-DAG: "Compiler V3"
278
279   ;;;;; Inputs/ident.a.ll:
280
281   !llvm.ident = !{!0, !1}
282   !0 = metadata !{metadata !"Compiler V1"}
283   !1 = metadata !{metadata !"Compiler V2"}
284
285   ;;;;; Inputs/ident.b.ll:
286
287   !llvm.ident = !{!0}
288   !0 = metadata !{metadata !"Compiler V3"}
289
290 For symmetry reasons, ``ident.ll`` is just a dummy file that doesn't
291 actually participate in the test besides holding the ``RUN:`` lines.
292
293 .. note::
294
295   Some existing tests use ``RUN: true`` in extra files instead of just
296   putting the extra files in an ``Inputs/`` directory. This pattern is
297   deprecated.
298
299 Fragile tests
300 -------------
301
302 It is easy to write a fragile test that would fail spuriously if the tool being
303 tested outputs a full path to the input file.  For example, :program:`opt` by
304 default outputs a ``ModuleID``:
305
306 .. code-block:: console
307
308   $ cat example.ll
309   define i32 @main() nounwind {
310       ret i32 0
311   }
312
313   $ opt -S /path/to/example.ll
314   ; ModuleID = '/path/to/example.ll'
315
316   define i32 @main() nounwind {
317       ret i32 0
318   }
319
320 ``ModuleID`` can unexpetedly match against ``CHECK`` lines.  For example:
321
322 .. code-block:: llvm
323
324   ; RUN: opt -S %s | FileCheck
325
326   define i32 @main() nounwind {
327       ; CHECK-NOT: load
328       ret i32 0
329   }
330
331 This test will fail if placed into a ``download`` directory.
332
333 To make your tests robust, always use ``opt ... < %s`` in the RUN line.
334 :program:`opt` does not output a ``ModuleID`` when input comes from stdin.
335
336 Platform-Specific Tests
337 -----------------------
338
339 Whenever adding tests that require the knowledge of a specific platform,
340 either related to code generated, specific output or back-end features,
341 you must make sure to isolate the features, so that buildbots that
342 run on different architectures (and don't even compile all back-ends),
343 don't fail.
344
345 The first problem is to check for target-specific output, for example sizes
346 of structures, paths and architecture names, for example:
347
348 * Tests containing Windows paths will fail on Linux and vice-versa.
349 * Tests that check for ``x86_64`` somewhere in the text will fail anywhere else.
350 * Tests where the debug information calculates the size of types and structures.
351
352 Also, if the test rely on any behaviour that is coded in any back-end, it must
353 go in its own directory. So, for instance, code generator tests for ARM go
354 into ``test/CodeGen/ARM`` and so on. Those directories contain a special
355 ``lit`` configuration file that ensure all tests in that directory will
356 only run if a specific back-end is compiled and available.
357
358 For instance, on ``test/CodeGen/ARM``, the ``lit.local.cfg`` is:
359
360 .. code-block:: python
361
362   config.suffixes = ['.ll', '.c', '.cpp', '.test']
363   if not 'ARM' in config.root.targets:
364     config.unsupported = True
365
366 Other platform-specific tests are those that depend on a specific feature
367 of a specific sub-architecture, for example only to Intel chips that support ``AVX2``.
368
369 For instance, ``test/CodeGen/X86/psubus.ll`` tests three sub-architecture
370 variants:
371
372 .. code-block:: llvm
373
374   ; RUN: llc -mcpu=core2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=SSE2
375   ; RUN: llc -mcpu=corei7-avx < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX1
376   ; RUN: llc -mcpu=core-avx2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX2
377
378 And the checks are different:
379
380 .. code-block:: llvm
381
382   ; SSE2: @test1
383   ; SSE2: psubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0
384   ; AVX1: @test1
385   ; AVX1: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
386   ; AVX2: @test1
387   ; AVX2: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
388
389 So, if you're testing for a behaviour that you know is platform-specific or
390 depends on special features of sub-architectures, you must add the specific
391 triple, test with the specific FileCheck and put it into the specific
392 directory that will filter out all other architectures.
393
394
395 Substitutions
396 -------------
397
398 Besides replacing LLVM tool names the following substitutions are performed in
399 RUN lines:
400
401 ``%%``
402    Replaced by a single ``%``. This allows escaping other substitutions.
403
404 ``%s``
405    File path to the test case's source. This is suitable for passing on the
406    command line as the input to an LLVM tool.
407
408    Example: ``/home/user/llvm/test/MC/ELF/foo_test.s``
409
410 ``%S``
411    Directory path to the test case's source.
412
413    Example: ``/home/user/llvm/test/MC/ELF``
414
415 ``%t``
416    File path to a temporary file name that could be used for this test case.
417    The file name won't conflict with other test cases. You can append to it
418    if you need multiple temporaries. This is useful as the destination of
419    some redirected output.
420
421    Example: ``/home/user/llvm.build/test/MC/ELF/Output/foo_test.s.tmp``
422
423 ``%T``
424    Directory of ``%t``.
425
426    Example: ``/home/user/llvm.build/test/MC/ELF/Output``
427
428 ``%{pathsep}``
429
430    Expands to the path separator, i.e. ``:`` (or ``;`` on Windows).
431
432
433 **LLVM-specific substitutions:**
434
435 ``%shlibext``
436    The suffix for the host platforms shared library files. This includes the
437    period as the first character.
438
439    Example: ``.so`` (Linux), ``.dylib`` (OS X), ``.dll`` (Windows)
440
441 ``%exeext``
442    The suffix for the host platforms executable files. This includes the
443    period as the first character.
444
445    Example: ``.exe`` (Windows), empty on Linux.
446
447 ``%(line)``, ``%(line+<number>)``, ``%(line-<number>)``
448    The number of the line where this substitution is used, with an optional
449    integer offset. This can be used in tests with multiple RUN lines, which
450    reference test file's line numbers.
451
452
453 **Clang-specific substitutions:**
454
455 ``%clang``
456    Invokes the Clang driver.
457
458 ``%clang_cpp``
459    Invokes the Clang driver for C++.
460
461 ``%clang_cl``
462    Invokes the CL-compatible Clang driver.
463
464 ``%clangxx``
465    Invokes the G++-compatible Clang driver.
466
467 ``%clang_cc1``
468    Invokes the Clang frontend.
469
470 ``%itanium_abi_triple``, ``%ms_abi_triple``
471    These substitutions can be used to get the current target triple adjusted to
472    the desired ABI. For example, if the test suite is running with the
473    ``i686-pc-win32`` target, ``%itanium_abi_triple`` will expand to
474    ``i686-pc-mingw32``. This allows a test to run with a specific ABI without
475    constraining it to a specific triple.
476
477 To add more substituations, look at ``test/lit.cfg`` or ``lit.local.cfg``.
478
479
480 Options
481 -------
482
483 The llvm lit configuration allows to customize some things with user options:
484
485 ``llc``, ``opt``, ...
486     Substitute the respective llvm tool name with a custom command line. This
487     allows to specify custom paths and default arguments for these tools.
488     Example:
489
490     % llvm-lit "-Dllc=llc -verify-machineinstrs"
491
492 ``run_long_tests``
493     Enable the execution of long running tests.
494
495 ``llvm_site_config``
496     Load the specified lit configuration instead of the default one.
497
498
499 Other Features
500 --------------
501
502 To make RUN line writing easier, there are several helper programs. These
503 helpers are in the PATH when running tests, so you can just call them using
504 their name. For example:
505
506 ``not``
507    This program runs its arguments and then inverts the result code from it.
508    Zero result codes become 1. Non-zero result codes become 0.
509
510 Sometimes it is necessary to mark a test case as "expected fail" or
511 XFAIL. You can easily mark a test as XFAIL just by including ``XFAIL:``
512 on a line near the top of the file. This signals that the test case
513 should succeed if the test fails. Such test cases are counted separately
514 by the testing tool. To specify an expected fail, use the XFAIL keyword
515 in the comments of the test program followed by a colon and one or more
516 failure patterns. Each failure pattern can be either ``*`` (to specify
517 fail everywhere), or a part of a target triple (indicating the test
518 should fail on that platform), or the name of a configurable feature
519 (for example, ``loadable_module``). If there is a match, the test is
520 expected to fail. If not, the test is expected to succeed. To XFAIL
521 everywhere just specify ``XFAIL: *``. Here is an example of an ``XFAIL``
522 line:
523
524 .. code-block:: llvm
525
526     ; XFAIL: darwin,sun
527
528 To make the output more useful, :program:`lit` will scan
529 the lines of the test case for ones that contain a pattern that matches
530 ``PR[0-9]+``. This is the syntax for specifying a PR (Problem Report) number
531 that is related to the test case. The number after "PR" specifies the
532 LLVM bugzilla number. When a PR number is specified, it will be used in
533 the pass/fail reporting. This is useful to quickly get some context when
534 a test fails.
535
536 Finally, any line that contains "END." will cause the special
537 interpretation of lines to terminate. This is generally done right after
538 the last RUN: line. This has two side effects:
539
540 (a) it prevents special interpretation of lines that are part of the test
541     program, not the instructions to the test case, and
542
543 (b) it speeds things up for really big test cases by avoiding
544     interpretation of the remainder of the file.
545
546 ``test-suite`` Overview
547 =======================
548
549 The ``test-suite`` module contains a number of programs that can be
550 compiled and executed. The ``test-suite`` includes reference outputs for
551 all of the programs, so that the output of the executed program can be
552 checked for correctness.
553
554 ``test-suite`` tests are divided into three types of tests: MultiSource,
555 SingleSource, and External.
556
557 -  ``test-suite/SingleSource``
558
559    The SingleSource directory contains test programs that are only a
560    single source file in size. These are usually small benchmark
561    programs or small programs that calculate a particular value. Several
562    such programs are grouped together in each directory.
563
564 -  ``test-suite/MultiSource``
565
566    The MultiSource directory contains subdirectories which contain
567    entire programs with multiple source files. Large benchmarks and
568    whole applications go here.
569
570 -  ``test-suite/External``
571
572    The External directory contains Makefiles for building code that is
573    external to (i.e., not distributed with) LLVM. The most prominent
574    members of this directory are the SPEC 95 and SPEC 2000 benchmark
575    suites. The ``External`` directory does not contain these actual
576    tests, but only the Makefiles that know how to properly compile these
577    programs from somewhere else. When using ``LNT``, use the
578    ``--test-externals`` option to include these tests in the results.
579
580 .. _test-suite-quickstart:
581
582 ``test-suite`` Quickstart
583 -------------------------
584
585 The modern way of running the ``test-suite`` is focused on testing and
586 benchmarking complete compilers using the
587 `LNT <http://llvm.org/docs/lnt>`_ testing infrastructure.
588
589 For more information on using LNT to execute the ``test-suite``, please
590 see the `LNT Quickstart <http://llvm.org/docs/lnt/quickstart.html>`_
591 documentation.
592
593 ``test-suite`` Makefiles
594 ------------------------
595
596 Historically, the ``test-suite`` was executed using a complicated setup
597 of Makefiles. The LNT based approach above is recommended for most
598 users, but there are some testing scenarios which are not supported by
599 the LNT approach. In addition, LNT currently uses the Makefile setup
600 under the covers and so developers who are interested in how LNT works
601 under the hood may want to understand the Makefile based setup.
602
603 For more information on the ``test-suite`` Makefile setup, please see
604 the :doc:`Test Suite Makefile Guide <TestSuiteMakefileGuide>`.