[OCaml] Add Target and TargetMachine bindings to Llvm_target
[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>`_ 2.5 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 Fragile tests
244 -------------
245
246 It is easy to write a fragile test that would fail spuriously if the tool being
247 tested outputs a full path to the input file.  For example, :program:`opt` by
248 default outputs a ``ModuleID``:
249
250 .. code-block:: console
251
252   $ cat example.ll
253   define i32 @main() nounwind {
254       ret i32 0
255   }
256
257   $ opt -S /path/to/example.ll
258   ; ModuleID = '/path/to/example.ll'
259
260   define i32 @main() nounwind {
261       ret i32 0
262   }
263
264 ``ModuleID`` can unexpetedly match against ``CHECK`` lines.  For example:
265
266 .. code-block:: llvm
267
268   ; RUN: opt -S %s | FileCheck
269
270   define i32 @main() nounwind {
271       ; CHECK-NOT: load
272       ret i32 0
273   }
274
275 This test will fail if placed into a ``download`` directory.
276
277 To make your tests robust, always use ``opt ... < %s`` in the RUN line.
278 :program:`opt` does not output a ``ModuleID`` when input comes from stdin.
279
280 Platform-Specific Tests
281 -----------------------
282
283 Whenever adding tests that require the knowledge of a specific platform,
284 either related to code generated, specific output or back-end features,
285 you must make sure to isolate the features, so that buildbots that
286 run on different architectures (and don't even compile all back-ends),
287 don't fail.
288
289 The first problem is to check for target-specific output, for example sizes
290 of structures, paths and architecture names, for example:
291
292 * Tests containing Windows paths will fail on Linux and vice-versa.
293 * Tests that check for ``x86_64`` somewhere in the text will fail anywhere else.
294 * Tests where the debug information calculates the size of types and structures.
295
296 Also, if the test rely on any behaviour that is coded in any back-end, it must
297 go in its own directory. So, for instance, code generator tests for ARM go
298 into ``test/CodeGen/ARM`` and so on. Those directories contain a special
299 ``lit`` configuration file that ensure all tests in that directory will
300 only run if a specific back-end is compiled and available.
301
302 For instance, on ``test/CodeGen/ARM``, the ``lit.local.cfg`` is:
303
304 .. code-block:: python
305
306   config.suffixes = ['.ll', '.c', '.cpp', '.test']
307   targets = set(config.root.targets_to_build.split())
308   if not 'ARM' in targets:
309     config.unsupported = True
310
311 Other platform-specific tests are those that depend on a specific feature
312 of a specific sub-architecture, for example only to Intel chips that support ``AVX2``.
313
314 For instance, ``test/CodeGen/X86/psubus.ll`` tests three sub-architecture
315 variants:
316
317 .. code-block:: llvm
318
319   ; RUN: llc -mcpu=core2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=SSE2
320   ; RUN: llc -mcpu=corei7-avx < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX1
321   ; RUN: llc -mcpu=core-avx2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX2
322
323 And the checks are different:
324
325 .. code-block:: llvm
326
327   ; SSE2: @test1
328   ; SSE2: psubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0
329   ; AVX1: @test1
330   ; AVX1: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
331   ; AVX2: @test1
332   ; AVX2: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
333
334 So, if you're testing for a behaviour that you know is platform-specific or
335 depends on special features of sub-architectures, you must add the specific
336 triple, test with the specific FileCheck and put it into the specific
337 directory that will filter out all other architectures.
338
339
340 Variables and substitutions
341 ---------------------------
342
343 With a RUN line there are a number of substitutions that are permitted.
344 To make a substitution just write the variable's name preceded by a ``$``.
345 Additionally, for compatibility reasons with previous versions of the
346 test library, certain names can be accessed with an alternate syntax: a
347 % prefix. These alternates are deprecated and may go away in a future
348 version.
349
350 Here are the available variable names. The alternate syntax is listed in
351 parentheses.
352
353 ``$test`` (``%s``)
354    The full path to the test case's source. This is suitable for passing on
355    the command line as the input to an LLVM tool.
356
357 ``%(line)``, ``%(line+<number>)``, ``%(line-<number>)``
358    The number of the line where this variable is used, with an optional
359    integer offset. This can be used in tests with multiple RUN lines,
360    which reference test file's line numbers.
361
362 ``$srcdir``
363    The source directory from where the ``make check`` was run.
364
365 ``objdir``
366    The object directory that corresponds to the ``$srcdir``.
367
368 ``subdir``
369    A partial path from the ``test`` directory that contains the
370    sub-directory that contains the test source being executed.
371
372 ``srcroot``
373    The root directory of the LLVM src tree.
374
375 ``objroot``
376    The root directory of the LLVM object tree. This could be the same as
377    the srcroot.
378
379 ``path``
380    The path to the directory that contains the test case source. This is
381    for locating any supporting files that are not generated by the test,
382    but used by the test.
383
384 ``tmp``
385    The path to a temporary file name that could be used for this test case.
386    The file name won't conflict with other test cases. You can append to it
387    if you need multiple temporaries. This is useful as the destination of
388    some redirected output.
389
390 ``target_triplet`` (``%target_triplet``)
391    The target triplet that corresponds to the current host machine (the one
392    running the test cases). This should probably be called "host".
393
394 ``link`` (``%link``)
395    This full link command used to link LLVM executables. This has all the
396    configured ``-I``, ``-L`` and ``-l`` options.
397
398 ``shlibext`` (``%shlibext``)
399    The suffix for the host platforms shared library (DLL) files. This
400    includes the period as the first character.
401
402 To add more variables, look at ``test/lit.cfg``.
403
404 Other Features
405 --------------
406
407 To make RUN line writing easier, there are several helper scripts and programs
408 in the ``llvm/test/Scripts`` directory. This directory is in the PATH
409 when running tests, so you can just call these scripts using their name.
410 For example:
411
412 ``ignore``
413    This script runs its arguments and then always returns 0. This is useful
414    in cases where the test needs to cause a tool to generate an error (e.g.
415    to check the error output). However, any program in a pipeline that
416    returns a non-zero result will cause the test to fail.  This script
417    overcomes that issue and nicely documents that the test case is
418    purposefully ignoring the result code of the tool
419 ``not``
420    This script runs its arguments and then inverts the result code from it.
421    Zero result codes become 1. Non-zero result codes become 0.
422
423 Sometimes it is necessary to mark a test case as "expected fail" or
424 XFAIL. You can easily mark a test as XFAIL just by including ``XFAIL:``
425 on a line near the top of the file. This signals that the test case
426 should succeed if the test fails. Such test cases are counted separately
427 by the testing tool. To specify an expected fail, use the XFAIL keyword
428 in the comments of the test program followed by a colon and one or more
429 failure patterns. Each failure pattern can be either ``*`` (to specify
430 fail everywhere), or a part of a target triple (indicating the test
431 should fail on that platform), or the name of a configurable feature
432 (for example, ``loadable_module``). If there is a match, the test is
433 expected to fail. If not, the test is expected to succeed. To XFAIL
434 everywhere just specify ``XFAIL: *``. Here is an example of an ``XFAIL``
435 line:
436
437 .. code-block:: llvm
438
439     ; XFAIL: darwin,sun
440
441 To make the output more useful, :program:`lit` will scan
442 the lines of the test case for ones that contain a pattern that matches
443 ``PR[0-9]+``. This is the syntax for specifying a PR (Problem Report) number
444 that is related to the test case. The number after "PR" specifies the
445 LLVM bugzilla number. When a PR number is specified, it will be used in
446 the pass/fail reporting. This is useful to quickly get some context when
447 a test fails.
448
449 Finally, any line that contains "END." will cause the special
450 interpretation of lines to terminate. This is generally done right after
451 the last RUN: line. This has two side effects:
452
453 (a) it prevents special interpretation of lines that are part of the test
454     program, not the instructions to the test case, and
455
456 (b) it speeds things up for really big test cases by avoiding
457     interpretation of the remainder of the file.
458
459 ``test-suite`` Overview
460 =======================
461
462 The ``test-suite`` module contains a number of programs that can be
463 compiled and executed. The ``test-suite`` includes reference outputs for
464 all of the programs, so that the output of the executed program can be
465 checked for correctness.
466
467 ``test-suite`` tests are divided into three types of tests: MultiSource,
468 SingleSource, and External.
469
470 -  ``test-suite/SingleSource``
471
472    The SingleSource directory contains test programs that are only a
473    single source file in size. These are usually small benchmark
474    programs or small programs that calculate a particular value. Several
475    such programs are grouped together in each directory.
476
477 -  ``test-suite/MultiSource``
478
479    The MultiSource directory contains subdirectories which contain
480    entire programs with multiple source files. Large benchmarks and
481    whole applications go here.
482
483 -  ``test-suite/External``
484
485    The External directory contains Makefiles for building code that is
486    external to (i.e., not distributed with) LLVM. The most prominent
487    members of this directory are the SPEC 95 and SPEC 2000 benchmark
488    suites. The ``External`` directory does not contain these actual
489    tests, but only the Makefiles that know how to properly compile these
490    programs from somewhere else. When using ``LNT``, use the
491    ``--test-externals`` option to include these tests in the results.
492
493 .. _test-suite-quickstart:
494
495 ``test-suite`` Quickstart
496 -------------------------
497
498 The modern way of running the ``test-suite`` is focused on testing and
499 benchmarking complete compilers using the
500 `LNT <http://llvm.org/docs/lnt>`_ testing infrastructure.
501
502 For more information on using LNT to execute the ``test-suite``, please
503 see the `LNT Quickstart <http://llvm.org/docs/lnt/quickstart.html>`_
504 documentation.
505
506 ``test-suite`` Makefiles
507 ------------------------
508
509 Historically, the ``test-suite`` was executed using a complicated setup
510 of Makefiles. The LNT based approach above is recommended for most
511 users, but there are some testing scenarios which are not supported by
512 the LNT approach. In addition, LNT currently uses the Makefile setup
513 under the covers and so developers who are interested in how LNT works
514 under the hood may want to understand the Makefile based setup.
515
516 For more information on the ``test-suite`` Makefile setup, please see
517 the :doc:`Test Suite Makefile Guide <TestSuiteMakefileGuide>`.