include/llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h

   1 //===- ExecutionEngine.h - Abstract Execution Engine Interface --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the abstract interface that implements execution support
  11 // for LLVM.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #ifndef LLVM_EXECUTION_ENGINE_H
  16 #define LLVM_EXECUTION_ENGINE_H
  17
  18 #include <vector>
  19 #include <map>
  20 #include <string>
  21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  22 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
  23 #include "llvm/ADT/ValueMap.h"
  24 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  25 #include "llvm/System/Mutex.h"
  26 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  27
  28 namespace llvm {
  29
  30 struct GenericValue;
  31 class Constant;
  32 class ExecutionEngine;
  33 class Function;
  34 class GlobalVariable;
  35 class GlobalValue;
  36 class JITEventListener;
  37 class JITMemoryManager;
  38 class MachineCodeInfo;
  39 class Module;
  40 class MutexGuard;
  41 class TargetData;
  42 class Type;
  43
  44 class ExecutionEngineState {
  45 public:
  46   struct AddressMapConfig : public ValueMapConfig<const GlobalValue*> {
  47     typedef ExecutionEngineState *ExtraData;
  48     static sys::Mutex *getMutex(ExecutionEngineState *EES);
  49     static void onDelete(ExecutionEngineState *EES, const GlobalValue *Old);
  50     static void onRAUW(ExecutionEngineState *, const GlobalValue *,
  51                        const GlobalValue *);
  52   };
  53
  54   typedef ValueMap<const GlobalValue *, void *, AddressMapConfig>
  55       GlobalAddressMapTy;
  56
  57 private:
  58   ExecutionEngine &EE;
  59
  60   /// GlobalAddressMap - A mapping between LLVM global values and their
  61   /// actualized version...
  62   GlobalAddressMapTy GlobalAddressMap;
  63
  64   /// GlobalAddressReverseMap - This is the reverse mapping of GlobalAddressMap,
  65   /// used to convert raw addresses into the LLVM global value that is emitted
  66   /// at the address.  This map is not computed unless getGlobalValueAtAddress
  67   /// is called at some point.
  68   std::map<void *, AssertingVH<const GlobalValue> > GlobalAddressReverseMap;
  69
  70 public:
  71   ExecutionEngineState(ExecutionEngine &EE);
  72
  73   GlobalAddressMapTy &
  74   getGlobalAddressMap(const MutexGuard &) {
  75     return GlobalAddressMap;
  76   }
  77
  78   std::map<void*, AssertingVH<const GlobalValue> > &
  79   getGlobalAddressReverseMap(const MutexGuard &) {
  80     return GlobalAddressReverseMap;
  81   }
  82
  83   // Returns the address ToUnmap was mapped to.
  84   void *RemoveMapping(const MutexGuard &, const GlobalValue *ToUnmap);
  85 };
  86
  87
  88 class ExecutionEngine {
  89   const TargetData *TD;
  90   ExecutionEngineState EEState;
  91   bool CompilingLazily;
  92   bool GVCompilationDisabled;
  93   bool SymbolSearchingDisabled;
  94
  95   friend class EngineBuilder;  // To allow access to JITCtor and InterpCtor.
  96
  97 protected:
  98   /// Modules - This is a list of Modules that we are JIT'ing from.  We use a
  99   /// smallvector to optimize for the case where there is only one module.
 100   SmallVector<Module*, 1> Modules;
 101
 102   void setTargetData(const TargetData *td) {
 103     TD = td;
 104   }
 105
 106   /// getMemoryforGV - Allocate memory for a global variable.
 107   virtual char* getMemoryForGV(const GlobalVariable* GV);
 108
 109   // To avoid having libexecutionengine depend on the JIT and interpreter
 110   // libraries, the JIT and Interpreter set these functions to ctor pointers
 111   // at startup time if they are linked in.
 112   static ExecutionEngine *(*JITCtor)(
 113     Module *M,
 114     std::string *ErrorStr,
 115     JITMemoryManager *JMM,
 116     CodeGenOpt::Level OptLevel,
 117     bool GVsWithCode,
 118     CodeModel::Model CMM,
 119     StringRef MArch,
 120     StringRef MCPU,
 121     const SmallVectorImpl<std::string>& MAttrs);
 122   static ExecutionEngine *(*InterpCtor)(Module *M,
 123                                         std::string *ErrorStr);
 124
 125   /// LazyFunctionCreator - If an unknown function is needed, this function
 126   /// pointer is invoked to create it. If this returns null, the JIT will abort.
 127   void* (*LazyFunctionCreator)(const std::string &);
 128
 129   /// ExceptionTableRegister - If Exception Handling is set, the JIT will
 130   /// register dwarf tables with this function
 131   typedef void (*EERegisterFn)(void*);
 132   static EERegisterFn ExceptionTableRegister;
 133
 134 public:
 135   /// lock - This lock is protects the ExecutionEngine, JIT, JITResolver and
 136   /// JITEmitter classes.  It must be held while changing the internal state of
 137   /// any of those classes.
 138   sys::Mutex lock; // Used to make this class and subclasses thread-safe
 139
 140   //===--------------------------------------------------------------------===//
 141   //  ExecutionEngine Startup
 142   //===--------------------------------------------------------------------===//
 143
 144   virtual ~ExecutionEngine();
 145
 146   /// create - This is the factory method for creating an execution engine which
 147   /// is appropriate for the current machine.  This takes ownership of the
 148   /// module.
 149   static ExecutionEngine *create(Module *M,
 150                                  bool ForceInterpreter = false,
 151                                  std::string *ErrorStr = 0,
 152                                  CodeGenOpt::Level OptLevel =
 153                                    CodeGenOpt::Default,
 154                                  // Allocating globals with code breaks
 155                                  // freeMachineCodeForFunction and is probably
 156                                  // unsafe and bad for performance.  However,
 157                                  // we have clients who depend on this
 158                                  // behavior, so we must support it.
 159                                  // Eventually, when we're willing to break
 160                                  // some backwards compatability, this flag
 161                                  // should be flipped to false, so that by
 162                                  // default freeMachineCodeForFunction works.
 163                                  bool GVsWithCode = true);
 164
 165   /// createJIT - This is the factory method for creating a JIT for the current
 166   /// machine, it does not fall back to the interpreter.  This takes ownership
 167   /// of the Module and JITMemoryManager if successful.
 168   ///
 169   /// Clients should make sure to initialize targets prior to calling this
 170   /// function.
 171   static ExecutionEngine *createJIT(Module *M,
 172                                     std::string *ErrorStr = 0,
 173                                     JITMemoryManager *JMM = 0,
 174                                     CodeGenOpt::Level OptLevel =
 175                                       CodeGenOpt::Default,
 176                                     bool GVsWithCode = true,
 177                                     CodeModel::Model CMM =
 178                                       CodeModel::Default);
 179
 180   /// addModule - Add a Module to the list of modules that we can JIT from.
 181   /// Note that this takes ownership of the Module: when the ExecutionEngine is
 182   /// destroyed, it destroys the Module as well.
 183   virtual void addModule(Module *M) {
 184     Modules.push_back(M);
 185   }
 186
 187   //===----------------------------------------------------------------------===//
 188
 189   const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
 190
 191
 192   /// removeModule - Remove a Module from the list of modules.  Returns true if
 193   /// M is found.
 194   virtual bool removeModule(Module *M);
 195
 196   /// FindFunctionNamed - Search all of the active modules to find the one that
 197   /// defines FnName.  This is very slow operation and shouldn't be used for
 198   /// general code.
 199   Function *FindFunctionNamed(const char *FnName);
 200
 201   /// runFunction - Execute the specified function with the specified arguments,
 202   /// and return the result.
 203   ///
 204   virtual GenericValue runFunction(Function *F,
 205                                 const std::vector<GenericValue> &ArgValues) = 0;
 206
 207   /// runStaticConstructorsDestructors - This method is used to execute all of
 208   /// the static constructors or destructors for a program, depending on the
 209   /// value of isDtors.
 210   void runStaticConstructorsDestructors(bool isDtors);
 211   /// runStaticConstructorsDestructors - This method is used to execute all of
 212   /// the static constructors or destructors for a module, depending on the
 213   /// value of isDtors.
 214   void runStaticConstructorsDestructors(Module *module, bool isDtors);
 215
 216
 217   /// runFunctionAsMain - This is a helper function which wraps runFunction to
 218   /// handle the common task of starting up main with the specified argc, argv,
 219   /// and envp parameters.
 220   int runFunctionAsMain(Function *Fn, const std::vector<std::string> &argv,
 221                         const char * const * envp);
 222
 223
 224   /// addGlobalMapping - Tell the execution engine that the specified global is
 225   /// at the specified location.  This is used internally as functions are JIT'd
 226   /// and as global variables are laid out in memory.  It can and should also be
 227   /// used by clients of the EE that want to have an LLVM global overlay
 228   /// existing data in memory.  Mappings are automatically removed when their
 229   /// GlobalValue is destroyed.
 230   void addGlobalMapping(const GlobalValue *GV, void *Addr);
 231
 232   /// clearAllGlobalMappings - Clear all global mappings and start over again
 233   /// use in dynamic compilation scenarios when you want to move globals
 234   void clearAllGlobalMappings();
 235
 236   /// clearGlobalMappingsFromModule - Clear all global mappings that came from a
 237   /// particular module, because it has been removed from the JIT.
 238   void clearGlobalMappingsFromModule(Module *M);
 239
 240   /// updateGlobalMapping - Replace an existing mapping for GV with a new
 241   /// address.  This updates both maps as required.  If "Addr" is null, the
 242   /// entry for the global is removed from the mappings.  This returns the old
 243   /// value of the pointer, or null if it was not in the map.
 244   void *updateGlobalMapping(const GlobalValue *GV, void *Addr);
 245
 246   /// getPointerToGlobalIfAvailable - This returns the address of the specified
 247   /// global value if it is has already been codegen'd, otherwise it returns
 248   /// null.
 249   ///
 250   void *getPointerToGlobalIfAvailable(const GlobalValue *GV);
 251
 252   /// getPointerToGlobal - This returns the address of the specified global
 253   /// value.  This may involve code generation if it's a function.
 254   ///
 255   void *getPointerToGlobal(const GlobalValue *GV);
 256
 257   /// getPointerToFunction - The different EE's represent function bodies in
 258   /// different ways.  They should each implement this to say what a function
 259   /// pointer should look like.  When F is destroyed, the ExecutionEngine will
 260   /// remove its global mapping and free any machine code.  Be sure no threads
 261   /// are running inside F when that happens.
 262   ///
 263   virtual void *getPointerToFunction(Function *F) = 0;
 264
 265   /// getPointerToBasicBlock - The different EE's represent basic blocks in
 266   /// different ways.  Return the representation for a blockaddress of the
 267   /// specified block.
 268   ///
 269   virtual void *getPointerToBasicBlock(BasicBlock *BB) = 0;
 270
 271   /// getPointerToFunctionOrStub - If the specified function has been
 272   /// code-gen'd, return a pointer to the function.  If not, compile it, or use
 273   /// a stub to implement lazy compilation if available.  See
 274   /// getPointerToFunction for the requirements on destroying F.
 275   ///
 276   virtual void *getPointerToFunctionOrStub(Function *F) {
 277     // Default implementation, just codegen the function.
 278     return getPointerToFunction(F);
 279   }
 280
 281   // The JIT overrides a version that actually does this.
 282   virtual void runJITOnFunction(Function *, MachineCodeInfo * = 0) { }
 283
 284   /// getGlobalValueAtAddress - Return the LLVM global value object that starts
 285   /// at the specified address.
 286   ///
 287   const GlobalValue *getGlobalValueAtAddress(void *Addr);
 288
 289
 290   void StoreValueToMemory(const GenericValue &Val, GenericValue *Ptr,
 291                           const Type *Ty);
 292   void InitializeMemory(const Constant *Init, void *Addr);
 293
 294   /// recompileAndRelinkFunction - This method is used to force a function
 295   /// which has already been compiled to be compiled again, possibly
 296   /// after it has been modified. Then the entry to the old copy is overwritten
 297   /// with a branch to the new copy. If there was no old copy, this acts
 298   /// just like VM::getPointerToFunction().
 299   ///
 300   virtual void *recompileAndRelinkFunction(Function *F) = 0;
 301
 302   /// freeMachineCodeForFunction - Release memory in the ExecutionEngine
 303   /// corresponding to the machine code emitted to execute this function, useful
 304   /// for garbage-collecting generated code.
 305   ///
 306   virtual void freeMachineCodeForFunction(Function *F) = 0;
 307
 308   /// getOrEmitGlobalVariable - Return the address of the specified global
 309   /// variable, possibly emitting it to memory if needed.  This is used by the
 310   /// Emitter.
 311   virtual void *getOrEmitGlobalVariable(const GlobalVariable *GV) {
 312     return getPointerToGlobal((GlobalValue*)GV);
 313   }
 314
 315   /// Registers a listener to be called back on various events within
 316   /// the JIT.  See JITEventListener.h for more details.  Does not
 317   /// take ownership of the argument.  The argument may be NULL, in
 318   /// which case these functions do nothing.
 319   virtual void RegisterJITEventListener(JITEventListener *) {}
 320   virtual void UnregisterJITEventListener(JITEventListener *) {}
 321
 322   /// DisableLazyCompilation - When lazy compilation is off (the default), the
 323   /// JIT will eagerly compile every function reachable from the argument to
 324   /// getPointerToFunction.  If lazy compilation is turned on, the JIT will only
 325   /// compile the one function and emit stubs to compile the rest when they're
 326   /// first called.  If lazy compilation is turned off again while some lazy
 327   /// stubs are still around, and one of those stubs is called, the program will
 328   /// abort.
 329   ///
 330   /// In order to safely compile lazily in a threaded program, the user must
 331   /// ensure that 1) only one thread at a time can call any particular lazy
 332   /// stub, and 2) any thread modifying LLVM IR must hold the JIT's lock
 333   /// (ExecutionEngine::lock) or otherwise ensure that no other thread calls a
 334   /// lazy stub.  See http://llvm.org/PR5184 for details.
 335   void DisableLazyCompilation(bool Disabled = true) {
 336     CompilingLazily = !Disabled;
 337   }
 338   bool isCompilingLazily() const {
 339     return CompilingLazily;
 340   }
 341   // Deprecated in favor of isCompilingLazily (to reduce double-negatives).
 342   // Remove this in LLVM 2.8.
 343   bool isLazyCompilationDisabled() const {
 344     return !CompilingLazily;
 345   }
 346
 347   /// DisableGVCompilation - If called, the JIT will abort if it's asked to
 348   /// allocate space and populate a GlobalVariable that is not internal to
 349   /// the module.
 350   void DisableGVCompilation(bool Disabled = true) {
 351     GVCompilationDisabled = Disabled;
 352   }
 353   bool isGVCompilationDisabled() const {
 354     return GVCompilationDisabled;
 355   }
 356
 357   /// DisableSymbolSearching - If called, the JIT will not try to lookup unknown
 358   /// symbols with dlsym.  A client can still use InstallLazyFunctionCreator to
 359   /// resolve symbols in a custom way.
 360   void DisableSymbolSearching(bool Disabled = true) {
 361     SymbolSearchingDisabled = Disabled;
 362   }
 363   bool isSymbolSearchingDisabled() const {
 364     return SymbolSearchingDisabled;
 365   }
 366
 367   /// InstallLazyFunctionCreator - If an unknown function is needed, the
 368   /// specified function pointer is invoked to create it.  If it returns null,
 369   /// the JIT will abort.
 370   void InstallLazyFunctionCreator(void* (*P)(const std::string &)) {
 371     LazyFunctionCreator = P;
 372   }
 373
 374   /// InstallExceptionTableRegister - The JIT will use the given function
 375   /// to register the exception tables it generates.
 376   static void InstallExceptionTableRegister(void (*F)(void*)) {
 377     ExceptionTableRegister = F;
 378   }
 379
 380   /// RegisterTable - Registers the given pointer as an exception table. It uses
 381   /// the ExceptionTableRegister function.
 382   static void RegisterTable(void* res) {
 383     if (ExceptionTableRegister)
 384       ExceptionTableRegister(res);
 385   }
 386
 387 protected:
 388   explicit ExecutionEngine(Module *M);
 389
 390   void emitGlobals();
 391
 392   // EmitGlobalVariable - This method emits the specified global variable to the
 393   // address specified in GlobalAddresses, or allocates new memory if it's not
 394   // already in the map.
 395   void EmitGlobalVariable(const GlobalVariable *GV);
 396
 397   GenericValue getConstantValue(const Constant *C);
 398   void LoadValueFromMemory(GenericValue &Result, GenericValue *Ptr,
 399                            const Type *Ty);
 400 };
 401
 402 namespace EngineKind {
 403   // These are actually bitmasks that get or-ed together.
 404   enum Kind {
 405     JIT         = 0x1,
 406     Interpreter = 0x2
 407   };
 408   const static Kind Either = (Kind)(JIT | Interpreter);
 409 }
 410
 411 /// EngineBuilder - Builder class for ExecutionEngines.  Use this by
 412 /// stack-allocating a builder, chaining the various set* methods, and
 413 /// terminating it with a .create() call.
 414 class EngineBuilder {
 415
 416  private:
 417   Module *M;
 418   EngineKind::Kind WhichEngine;
 419   std::string *ErrorStr;
 420   CodeGenOpt::Level OptLevel;
 421   JITMemoryManager *JMM;
 422   bool AllocateGVsWithCode;
 423   CodeModel::Model CMModel;
 424   std::string MArch;
 425   std::string MCPU;
 426   SmallVector<std::string, 4> MAttrs;
 427
 428   /// InitEngine - Does the common initialization of default options.
 429   ///
 430   void InitEngine() {
 431     WhichEngine = EngineKind::Either;
 432     ErrorStr = NULL;
 433     OptLevel = CodeGenOpt::Default;
 434     JMM = NULL;
 435     AllocateGVsWithCode = false;
 436     CMModel = CodeModel::Default;
 437   }
 438
 439  public:
 440   /// EngineBuilder - Constructor for EngineBuilder.  If create() is called and
 441   /// is successful, the created engine takes ownership of the module.
 442   EngineBuilder(Module *m) : M(m) {
 443     InitEngine();
 444   }
 445
 446   /// setEngineKind - Controls whether the user wants the interpreter, the JIT,
 447   /// or whichever engine works.  This option defaults to EngineKind::Either.
 448   EngineBuilder &setEngineKind(EngineKind::Kind w) {
 449     WhichEngine = w;
 450     return *this;
 451   }
 452
 453   /// setJITMemoryManager - Sets the memory manager to use.  This allows
 454   /// clients to customize their memory allocation policies.  If create() is
 455   /// called and is successful, the created engine takes ownership of the
 456   /// memory manager.  This option defaults to NULL.
 457   EngineBuilder &setJITMemoryManager(JITMemoryManager *jmm) {
 458     JMM = jmm;
 459     return *this;
 460   }
 461
 462   /// setErrorStr - Set the error string to write to on error.  This option
 463   /// defaults to NULL.
 464   EngineBuilder &setErrorStr(std::string *e) {
 465     ErrorStr = e;
 466     return *this;
 467   }
 468
 469   /// setOptLevel - Set the optimization level for the JIT.  This option
 470   /// defaults to CodeGenOpt::Default.
 471   EngineBuilder &setOptLevel(CodeGenOpt::Level l) {
 472     OptLevel = l;
 473     return *this;
 474   }
 475
 476   /// setCodeModel - Set the CodeModel that the ExecutionEngine target
 477   /// data is using. Defaults to target specific default "CodeModel::Default".
 478   EngineBuilder &setCodeModel(CodeModel::Model M) {
 479     CMModel = M;
 480     return *this;
 481   }
 482
 483   /// setAllocateGVsWithCode - Sets whether global values should be allocated
 484   /// into the same buffer as code.  For most applications this should be set
 485   /// to false.  Allocating globals with code breaks freeMachineCodeForFunction
 486   /// and is probably unsafe and bad for performance.  However, we have clients
 487   /// who depend on this behavior, so we must support it.  This option defaults
 488   /// to false so that users of the new API can safely use the new memory
 489   /// manager and free machine code.
 490   EngineBuilder &setAllocateGVsWithCode(bool a) {
 491     AllocateGVsWithCode = a;
 492     return *this;
 493   }
 494
 495   /// setMArch - Override the architecture set by the Module's triple.
 496   EngineBuilder &setMArch(StringRef march) {
 497     MArch.assign(march.begin(), march.end());
 498     return *this;
 499   }
 500
 501   /// setMCPU - Target a specific cpu type.
 502   EngineBuilder &setMCPU(StringRef mcpu) {
 503     MCPU.assign(mcpu.begin(), mcpu.end());
 504     return *this;
 505   }
 506
 507   /// setMAttrs - Set cpu-specific attributes.
 508   template<typename StringSequence>
 509   EngineBuilder &setMAttrs(const StringSequence &mattrs) {
 510     MAttrs.clear();
 511     MAttrs.append(mattrs.begin(), mattrs.end());
 512     return *this;
 513   }
 514
 515   ExecutionEngine *create();
 516 };
 517
 518 } // End llvm namespace
 519
 520 #endif