Add platform specific tests doc
[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
25 the software required to build LLVM, as well as
26 `Python <http://python.org>`_ 2.4 or 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), just append
124 ``VG=1`` to the commands above, e.g.:
125
126 .. code-block:: bash
127
128     % make check VG=1
129
130 To run individual tests or subsets of tests, you can use the ``llvm-lit``
131 script which is built as part of LLVM. For example, to run the
132 ``Integer/BitPacked.ll`` test by itself you can run:
133
134 .. code-block:: bash
135
136     % llvm-lit ~/llvm/test/Integer/BitPacked.ll 
137
138 or to run all of the ARM CodeGen tests:
139
140 .. code-block:: bash
141
142     % llvm-lit ~/llvm/test/CodeGen/ARM
143
144 For more information on using the :program:`lit` tool, see ``llvm-lit --help``
145 or the :doc:`lit man page <CommandGuide/lit>`.
146
147 Debugging Information tests
148 ---------------------------
149
150 To run debugging information tests simply checkout the tests inside
151 clang/test directory.
152
153 .. code-block:: bash
154
155     % cd clang/test
156     % svn co http://llvm.org/svn/llvm-project/debuginfo-tests/trunk debuginfo-tests
157
158 These tests are already set up to run as part of clang regression tests.
159
160 Regression test structure
161 =========================
162
163 The LLVM regression tests are driven by :program:`lit` and are located in the
164 ``llvm/test`` directory.
165
166 This directory contains a large array of small tests that exercise
167 various features of LLVM and to ensure that regressions do not occur.
168 The directory is broken into several sub-directories, each focused on a
169 particular area of LLVM.
170
171 Writing new regression tests
172 ----------------------------
173
174 The regression test structure is very simple, but does require some
175 information to be set. This information is gathered via ``configure``
176 and is written to a file, ``test/lit.site.cfg`` in the build directory.
177 The ``llvm/test`` Makefile does this work for you.
178
179 In order for the regression tests to work, each directory of tests must
180 have a ``lit.local.cfg`` file. :program:`lit` looks for this file to determine
181 how to run the tests. This file is just Python code and thus is very
182 flexible, but we've standardized it for the LLVM regression tests. If
183 you're adding a directory of tests, just copy ``lit.local.cfg`` from
184 another directory to get running. The standard ``lit.local.cfg`` simply
185 specifies which files to look in for tests. Any directory that contains
186 only directories does not need the ``lit.local.cfg`` file. Read the :doc:`Lit
187 documentation <CommandGuide/lit>` for more information.
188
189 Each test file must contain lines starting with "RUN:" that tell :program:`lit`
190 how to run it. If there are no RUN lines, :program:`lit` will issue an error
191 while running a test.
192
193 RUN lines are specified in the comments of the test program using the
194 keyword ``RUN`` followed by a colon, and lastly the command (pipeline)
195 to execute. Together, these lines form the "script" that :program:`lit`
196 executes to run the test case. The syntax of the RUN lines is similar to a
197 shell's syntax for pipelines including I/O redirection and variable
198 substitution. However, even though these lines may *look* like a shell
199 script, they are not. RUN lines are interpreted by :program:`lit`.
200 Consequently, the syntax differs from shell in a few ways. You can specify
201 as many RUN lines as needed.
202
203 :program:`lit` performs substitution on each RUN line to replace LLVM tool names
204 with the full paths to the executable built for each tool (in
205 ``$(LLVM_OBJ_ROOT)/$(BuildMode)/bin)``. This ensures that :program:`lit` does
206 not invoke any stray LLVM tools in the user's path during testing.
207
208 Each RUN line is executed on its own, distinct from other lines unless
209 its last character is ``\``. This continuation character causes the RUN
210 line to be concatenated with the next one. In this way you can build up
211 long pipelines of commands without making huge line lengths. The lines
212 ending in ``\`` are concatenated until a RUN line that doesn't end in
213 ``\`` is found. This concatenated set of RUN lines then constitutes one
214 execution. :program:`lit` will substitute variables and arrange for the pipeline
215 to be executed. If any process in the pipeline fails, the entire line (and
216 test case) fails too.
217
218 Below is an example of legal RUN lines in a ``.ll`` file:
219
220 .. code-block:: llvm
221
222     ; RUN: llvm-as < %s | llvm-dis > %t1
223     ; RUN: llvm-dis < %s.bc-13 > %t2
224     ; RUN: diff %t1 %t2
225
226 As with a Unix shell, the RUN lines permit pipelines and I/O
227 redirection to be used.
228
229 There are some quoting rules that you must pay attention to when writing
230 your RUN lines. In general nothing needs to be quoted. :program:`lit` won't
231 strip off any quote characters so they will get passed to the invoked program.
232 To avoid this use curly braces to tell :program:`lit` that it should treat
233 everything enclosed as one value.
234
235 In general, you should strive to keep your RUN lines as simple as possible,
236 using them only to run tools that generate textual output you can then examine.
237 The recommended way to examine output to figure out if the test passes is using
238 the :doc:`FileCheck tool <CommandGuide/FileCheck>`. *[The usage of grep in RUN
239 lines is deprecated - please do not send or commit patches that use it.]*
240
241 Fragile tests
242 -------------
243
244 It is easy to write a fragile test that would fail spuriously if the tool being
245 tested outputs a full path to the input file.  For example, :program:`opt` by
246 default outputs a ``ModuleID``:
247
248 .. code-block:: console
249
250   $ cat example.ll
251   define i32 @main() nounwind {
252       ret i32 0
253   }
254
255   $ opt -S /path/to/example.ll
256   ; ModuleID = '/path/to/example.ll'
257
258   define i32 @main() nounwind {
259       ret i32 0
260   }
261
262 ``ModuleID`` can unexpetedly match against ``CHECK`` lines.  For example:
263
264 .. code-block:: llvm
265
266   ; RUN: opt -S %s | FileCheck
267
268   define i32 @main() nounwind {
269       ; CHECK-NOT: load
270       ret i32 0
271   }
272
273 This test will fail if placed into a ``download`` directory.
274
275 To make your tests robust, always use ``opt ... < %s`` in the RUN line.
276 :program:`opt` does not output a ``ModuleID`` when input comes from stdin.
277
278 Platform-Specific Tests
279 -----------------------
280
281 Whenever adding tests that require the knowledge of a specific platform,
282 either related to code generated, specific output or back-end features,
283 you must make sure to isolate the features, so that buildbots that
284 run on different architectures (and don't even compile all back-ends),
285 don't fail.
286
287 The first problem is to check for target-specific output, for example sizes
288 of structures, paths and architecture names, for example:
289
290 * Tests containing Windows paths will fail on Linux and vice-versa.
291 * Tests that check for ``x86_64`` somewhere in the text will fail anywhere else.
292 * Tests where the debug information calculates the size of types and structures.
293
294 Also, if the test rely on any behaviour that is coded in any back-end, it must
295 go in its own directory. So, for instance, code generator tests for ARM go
296 into ``test/CodeGen/ARM`` and so on. Those directories contain a special
297 ``lit`` configuration file that ensure all tests in that directory will
298 only run if a specific back-end is compiled and available.
299
300 For instance, on ``test/CodeGen/ARM``, the ``lit.local.cfg`` is:
301
302 .. code-block:: python
303
304   config.suffixes = ['.ll', '.c', '.cpp', '.test']
305   targets = set(config.root.targets_to_build.split())
306   if not 'ARM' in targets:
307     config.unsupported = True
308
309 Other platform-specific tests are those that depend on a specific feature
310 of a specific sub-architecture, for example only to Intel chips that support ``AVX2``.
311
312 For instance, ``test/CodeGen/X86/psubus.ll`` tests three sub-architecture
313 variants:
314
315 .. code-block:: llvm
316
317   ; RUN: llc -mcpu=core2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=SSE2
318   ; RUN: llc -mcpu=corei7-avx < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX1
319   ; RUN: llc -mcpu=core-avx2 < %s | FileCheck %s -check-prefix=AVX2
320
321 And the checks are different:
322
323 .. code-block:: llvm
324
325   ; SSE2: @test1
326   ; SSE2: psubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0
327   ; AVX1: @test1
328   ; AVX1: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
329   ; AVX2: @test1
330   ; AVX2: vpsubusw LCPI0_0(%rip), %xmm0, %xmm0
331
332 So, if you're testing for a behaviour that you know is platform-specific or
333 depends on special features of sub-architectures, you must add the specific
334 triple, test with the specific FileCheck and put it into the specific
335 directory that will filter out all other architectures.
336
337
338 Variables and substitutions
339 ---------------------------
340
341 With a RUN line there are a number of substitutions that are permitted.
342 To make a substitution just write the variable's name preceded by a ``$``.
343 Additionally, for compatibility reasons with previous versions of the
344 test library, certain names can be accessed with an alternate syntax: a
345 % prefix. These alternates are deprecated and may go away in a future
346 version.
347
348 Here are the available variable names. The alternate syntax is listed in
349 parentheses.
350
351 ``$test`` (``%s``)
352    The full path to the test case's source. This is suitable for passing on
353    the command line as the input to an LLVM tool.
354
355 ``%(line)``, ``%(line+<number>)``, ``%(line-<number>)``
356    The number of the line where this variable is used, with an optional
357    integer offset. This can be used in tests with multiple RUN lines,
358    which reference test file's line numbers.
359
360 ``$srcdir``
361    The source directory from where the ``make check`` was run.
362
363 ``objdir``
364    The object directory that corresponds to the ``$srcdir``.
365
366 ``subdir``
367    A partial path from the ``test`` directory that contains the
368    sub-directory that contains the test source being executed.
369
370 ``srcroot``
371    The root directory of the LLVM src tree.
372
373 ``objroot``
374    The root directory of the LLVM object tree. This could be the same as
375    the srcroot.
376
377 ``path``
378    The path to the directory that contains the test case source. This is
379    for locating any supporting files that are not generated by the test,
380    but used by the test.
381
382 ``tmp``
383    The path to a temporary file name that could be used for this test case.
384    The file name won't conflict with other test cases. You can append to it
385    if you need multiple temporaries. This is useful as the destination of
386    some redirected output.
387
388 ``target_triplet`` (``%target_triplet``)
389    The target triplet that corresponds to the current host machine (the one
390    running the test cases). This should probably be called "host".
391
392 ``link`` (``%link``)
393    This full link command used to link LLVM executables. This has all the
394    configured ``-I``, ``-L`` and ``-l`` options.
395
396 ``shlibext`` (``%shlibext``)
397    The suffix for the host platforms shared library (DLL) files. This
398    includes the period as the first character.
399
400 To add more variables, look at ``test/lit.cfg``.
401
402 Other Features
403 --------------
404
405 To make RUN line writing easier, there are several helper scripts and programs
406 in the ``llvm/test/Scripts`` directory. This directory is in the PATH
407 when running tests, so you can just call these scripts using their name.
408 For example:
409
410 ``ignore``
411    This script runs its arguments and then always returns 0. This is useful
412    in cases where the test needs to cause a tool to generate an error (e.g.
413    to check the error output). However, any program in a pipeline that
414    returns a non-zero result will cause the test to fail.  This script
415    overcomes that issue and nicely documents that the test case is
416    purposefully ignoring the result code of the tool
417 ``not``
418    This script runs its arguments and then inverts the result code from it.
419    Zero result codes become 1. Non-zero result codes become 0.
420
421 Sometimes it is necessary to mark a test case as "expected fail" or
422 XFAIL. You can easily mark a test as XFAIL just by including ``XFAIL:``
423 on a line near the top of the file. This signals that the test case
424 should succeed if the test fails. Such test cases are counted separately
425 by the testing tool. To specify an expected fail, use the XFAIL keyword
426 in the comments of the test program followed by a colon and one or more
427 failure patterns. Each failure pattern can be either ``*`` (to specify
428 fail everywhere), or a part of a target triple (indicating the test
429 should fail on that platform), or the name of a configurable feature
430 (for example, ``loadable_module``). If there is a match, the test is
431 expected to fail. If not, the test is expected to succeed. To XFAIL
432 everywhere just specify ``XFAIL: *``. Here is an example of an ``XFAIL``
433 line:
434
435 .. code-block:: llvm
436
437     ; XFAIL: darwin,sun
438
439 To make the output more useful, :program:`lit` will scan
440 the lines of the test case for ones that contain a pattern that matches
441 ``PR[0-9]+``. This is the syntax for specifying a PR (Problem Report) number
442 that is related to the test case. The number after "PR" specifies the
443 LLVM bugzilla number. When a PR number is specified, it will be used in
444 the pass/fail reporting. This is useful to quickly get some context when
445 a test fails.
446
447 Finally, any line that contains "END." will cause the special
448 interpretation of lines to terminate. This is generally done right after
449 the last RUN: line. This has two side effects:
450
451 (a) it prevents special interpretation of lines that are part of the test
452     program, not the instructions to the test case, and
453
454 (b) it speeds things up for really big test cases by avoiding
455     interpretation of the remainder of the file.
456
457 ``test-suite`` Overview
458 =======================
459
460 The ``test-suite`` module contains a number of programs that can be
461 compiled and executed. The ``test-suite`` includes reference outputs for
462 all of the programs, so that the output of the executed program can be
463 checked for correctness.
464
465 ``test-suite`` tests are divided into three types of tests: MultiSource,
466 SingleSource, and External.
467
468 -  ``test-suite/SingleSource``
469
470    The SingleSource directory contains test programs that are only a
471    single source file in size. These are usually small benchmark
472    programs or small programs that calculate a particular value. Several
473    such programs are grouped together in each directory.
474
475 -  ``test-suite/MultiSource``
476
477    The MultiSource directory contains subdirectories which contain
478    entire programs with multiple source files. Large benchmarks and
479    whole applications go here.
480
481 -  ``test-suite/External``
482
483    The External directory contains Makefiles for building code that is
484    external to (i.e., not distributed with) LLVM. The most prominent
485    members of this directory are the SPEC 95 and SPEC 2000 benchmark
486    suites. The ``External`` directory does not contain these actual
487    tests, but only the Makefiles that know how to properly compile these
488    programs from somewhere else. When using ``LNT``, use the
489    ``--test-externals`` option to include these tests in the results.
490
491 .. _test-suite-quickstart:
492
493 ``test-suite`` Quickstart
494 -------------------------
495
496 The modern way of running the ``test-suite`` is focused on testing and
497 benchmarking complete compilers using the
498 `LNT <http://llvm.org/docs/lnt>`_ testing infrastructure.
499
500 For more information on using LNT to execute the ``test-suite``, please
501 see the `LNT Quickstart <http://llvm.org/docs/lnt/quickstart.html>`_
502 documentation.
503
504 ``test-suite`` Makefiles
505 ------------------------
506
507 Historically, the ``test-suite`` was executed using a complicated setup
508 of Makefiles. The LNT based approach above is recommended for most
509 users, but there are some testing scenarios which are not supported by
510 the LNT approach. In addition, LNT currently uses the Makefile setup
511 under the covers and so developers who are interested in how LNT works
512 under the hood may want to understand the Makefile based setup.
513
514 For more information on the ``test-suite`` Makefile setup, please see
515 the :doc:`Test Suite Makefile Guide <TestSuiteMakefileGuide>`.