include/llvm/ProfileData/SampleProf.h

   1 //=-- SampleProf.h - Sampling profiling format support --------------------===//
   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 contains common definitions used in the reading and writing of
  11 // sample profile data.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #ifndef LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROF_H_
  16 #define LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROF_H_
  17
  18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  20 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Support/ErrorOr.h"
  23 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  24 #include <system_error>
  25
  26 namespace llvm {
  27
  28 const std::error_category &sampleprof_category();
  29
  30 enum class sampleprof_error {
  31   success = 0,
  32   bad_magic,
  33   unsupported_version,
  34   too_large,
  35   truncated,
  36   malformed,
  37   unrecognized_format,
  38   unsupported_writing_format,
  39   truncated_name_table,
  40   not_implemented
  41 };
  42
  43 inline std::error_code make_error_code(sampleprof_error E) {
  44   return std::error_code(static_cast<int>(E), sampleprof_category());
  45 }
  46
  47 } // end namespace llvm
  48
  49 namespace std {
  50 template <>
  51 struct is_error_code_enum<llvm::sampleprof_error> : std::true_type {};
  52 }
  53
  54 namespace llvm {
  55
  56 namespace sampleprof {
  57
  58 static inline uint64_t SPMagic() {
  59   return uint64_t('S') << (64 - 8) | uint64_t('P') << (64 - 16) |
  60          uint64_t('R') << (64 - 24) | uint64_t('O') << (64 - 32) |
  61          uint64_t('F') << (64 - 40) | uint64_t('4') << (64 - 48) |
  62          uint64_t('2') << (64 - 56) | uint64_t(0xff);
  63 }
  64
  65 static inline uint64_t SPVersion() { return 102; }
  66
  67 /// Represents the relative location of an instruction.
  68 ///
  69 /// Instruction locations are specified by the line offset from the
  70 /// beginning of the function (marked by the line where the function
  71 /// header is) and the discriminator value within that line.
  72 ///
  73 /// The discriminator value is useful to distinguish instructions
  74 /// that are on the same line but belong to different basic blocks
  75 /// (e.g., the two post-increment instructions in "if (p) x++; else y++;").
  76 struct LineLocation {
  77   LineLocation(uint32_t L, uint32_t D) : LineOffset(L), Discriminator(D) {}
  78   void print(raw_ostream &OS) const;
  79   void dump() const;
  80   bool operator<(const LineLocation &O) const {
  81     return LineOffset < O.LineOffset ||
  82            (LineOffset == O.LineOffset && Discriminator < O.Discriminator);
  83   }
  84
  85   uint32_t LineOffset;
  86   uint32_t Discriminator;
  87 };
  88
  89 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const LineLocation &Loc);
  90
  91 /// Represents the relative location of a callsite.
  92 ///
  93 /// Callsite locations are specified by the line offset from the
  94 /// beginning of the function (marked by the line where the function
  95 /// head is), the discriminator value within that line, and the callee
  96 /// function name.
  97 struct CallsiteLocation : public LineLocation {
  98   CallsiteLocation(uint32_t L, uint32_t D, StringRef N)
  99       : LineLocation(L, D), CalleeName(N) {}
 100   void print(raw_ostream &OS) const;
 101   void dump() const;
 102
 103   StringRef CalleeName;
 104 };
 105
 106 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const CallsiteLocation &Loc);
 107
 108 } // End namespace sampleprof
 109
 110 template <> struct DenseMapInfo<sampleprof::LineLocation> {
 111   typedef DenseMapInfo<uint32_t> OffsetInfo;
 112   typedef DenseMapInfo<uint32_t> DiscriminatorInfo;
 113   static inline sampleprof::LineLocation getEmptyKey() {
 114     return sampleprof::LineLocation(OffsetInfo::getEmptyKey(),
 115                                     DiscriminatorInfo::getEmptyKey());
 116   }
 117   static inline sampleprof::LineLocation getTombstoneKey() {
 118     return sampleprof::LineLocation(OffsetInfo::getTombstoneKey(),
 119                                     DiscriminatorInfo::getTombstoneKey());
 120   }
 121   static inline unsigned getHashValue(sampleprof::LineLocation Val) {
 122     return DenseMapInfo<std::pair<uint32_t, uint32_t>>::getHashValue(
 123         std::pair<uint32_t, uint32_t>(Val.LineOffset, Val.Discriminator));
 124   }
 125   static inline bool isEqual(sampleprof::LineLocation LHS,
 126                              sampleprof::LineLocation RHS) {
 127     return LHS.LineOffset == RHS.LineOffset &&
 128            LHS.Discriminator == RHS.Discriminator;
 129   }
 130 };
 131
 132 template <> struct DenseMapInfo<sampleprof::CallsiteLocation> {
 133   typedef DenseMapInfo<uint32_t> OffsetInfo;
 134   typedef DenseMapInfo<uint32_t> DiscriminatorInfo;
 135   typedef DenseMapInfo<StringRef> CalleeNameInfo;
 136   static inline sampleprof::CallsiteLocation getEmptyKey() {
 137     return sampleprof::CallsiteLocation(OffsetInfo::getEmptyKey(),
 138                                         DiscriminatorInfo::getEmptyKey(), "");
 139   }
 140   static inline sampleprof::CallsiteLocation getTombstoneKey() {
 141     return sampleprof::CallsiteLocation(OffsetInfo::getTombstoneKey(),
 142                                         DiscriminatorInfo::getTombstoneKey(),
 143                                         "");
 144   }
 145   static inline unsigned getHashValue(sampleprof::CallsiteLocation Val) {
 146     return DenseMapInfo<std::pair<uint32_t, uint32_t>>::getHashValue(
 147         std::pair<uint32_t, uint32_t>(Val.LineOffset, Val.Discriminator));
 148   }
 149   static inline bool isEqual(sampleprof::CallsiteLocation LHS,
 150                              sampleprof::CallsiteLocation RHS) {
 151     return LHS.LineOffset == RHS.LineOffset &&
 152            LHS.Discriminator == RHS.Discriminator &&
 153            LHS.CalleeName.equals(RHS.CalleeName);
 154   }
 155 };
 156
 157 namespace sampleprof {
 158
 159 /// Representation of a single sample record.
 160 ///
 161 /// A sample record is represented by a positive integer value, which
 162 /// indicates how frequently was the associated line location executed.
 163 ///
 164 /// Additionally, if the associated location contains a function call,
 165 /// the record will hold a list of all the possible called targets. For
 166 /// direct calls, this will be the exact function being invoked. For
 167 /// indirect calls (function pointers, virtual table dispatch), this
 168 /// will be a list of one or more functions.
 169 class SampleRecord {
 170 public:
 171   typedef StringMap<uint64_t> CallTargetMap;
 172
 173   SampleRecord() : NumSamples(0), CallTargets() {}
 174
 175   /// Increment the number of samples for this record by \p S.
 176   ///
 177   /// Sample counts accumulate using saturating arithmetic, to avoid wrapping
 178   /// around unsigned integers.
 179   void addSamples(uint64_t S) {
 180     if (NumSamples <= std::numeric_limits<uint64_t>::max() - S)
 181       NumSamples += S;
 182     else
 183       NumSamples = std::numeric_limits<uint64_t>::max();
 184   }
 185
 186   /// Add called function \p F with samples \p S.
 187   ///
 188   /// Sample counts accumulate using saturating arithmetic, to avoid wrapping
 189   /// around unsigned integers.
 190   void addCalledTarget(StringRef F, uint64_t S) {
 191     uint64_t &TargetSamples = CallTargets[F];
 192     if (TargetSamples <= std::numeric_limits<uint64_t>::max() - S)
 193       TargetSamples += S;
 194     else
 195       TargetSamples = std::numeric_limits<uint64_t>::max();
 196   }
 197
 198   /// Return true if this sample record contains function calls.
 199   bool hasCalls() const { return CallTargets.size() > 0; }
 200
 201   uint64_t getSamples() const { return NumSamples; }
 202   const CallTargetMap &getCallTargets() const { return CallTargets; }
 203
 204   /// Merge the samples in \p Other into this record.
 205   void merge(const SampleRecord &Other) {
 206     addSamples(Other.getSamples());
 207     for (const auto &I : Other.getCallTargets())
 208       addCalledTarget(I.first(), I.second);
 209   }
 210
 211   void print(raw_ostream &OS, unsigned Indent) const;
 212   void dump() const;
 213
 214 private:
 215   uint64_t NumSamples;
 216   CallTargetMap CallTargets;
 217 };
 218
 219 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const SampleRecord &Sample);
 220
 221 typedef DenseMap<LineLocation, SampleRecord> BodySampleMap;
 222 class FunctionSamples;
 223 typedef DenseMap<CallsiteLocation, FunctionSamples> CallsiteSampleMap;
 224
 225 /// Representation of the samples collected for a function.
 226 ///
 227 /// This data structure contains all the collected samples for the body
 228 /// of a function. Each sample corresponds to a LineLocation instance
 229 /// within the body of the function.
 230 class FunctionSamples {
 231 public:
 232   FunctionSamples() : TotalSamples(0), TotalHeadSamples(0) {}
 233   void print(raw_ostream &OS = dbgs(), unsigned Indent = 0) const;
 234   void dump() const;
 235   void addTotalSamples(uint64_t Num) { TotalSamples += Num; }
 236   void addHeadSamples(uint64_t Num) { TotalHeadSamples += Num; }
 237   void addBodySamples(uint32_t LineOffset, uint32_t Discriminator,
 238                       uint64_t Num) {
 239     BodySamples[LineLocation(LineOffset, Discriminator)].addSamples(Num);
 240   }
 241   void addCalledTargetSamples(uint32_t LineOffset, uint32_t Discriminator,
 242                               std::string FName, uint64_t Num) {
 243     BodySamples[LineLocation(LineOffset, Discriminator)].addCalledTarget(FName,
 244                                                                          Num);
 245   }
 246
 247   /// Return the number of samples collected at the given location.
 248   /// Each location is specified by \p LineOffset and \p Discriminator.
 249   /// If the location is not found in profile, return error.
 250   ErrorOr<uint64_t> findSamplesAt(uint32_t LineOffset,
 251                                   uint32_t Discriminator) const {
 252     const auto &ret = BodySamples.find(LineLocation(LineOffset, Discriminator));
 253     if (ret == BodySamples.end())
 254       return std::error_code();
 255     else
 256       return ret->second.getSamples();
 257   }
 258
 259   /// Return the function samples at the given callsite location.
 260   FunctionSamples &functionSamplesAt(const CallsiteLocation &Loc) {
 261     return CallsiteSamples[Loc];
 262   }
 263
 264   /// Return a pointer to function samples at the given callsite location.
 265   const FunctionSamples *
 266   findFunctionSamplesAt(const CallsiteLocation &Loc) const {
 267     auto iter = CallsiteSamples.find(Loc);
 268     if (iter == CallsiteSamples.end()) {
 269       return nullptr;
 270     } else {
 271       return &iter->second;
 272     }
 273   }
 274
 275   bool empty() const { return TotalSamples == 0; }
 276
 277   /// Return the total number of samples collected inside the function.
 278   uint64_t getTotalSamples() const { return TotalSamples; }
 279
 280   /// Return the total number of samples collected at the head of the
 281   /// function.
 282   uint64_t getHeadSamples() const { return TotalHeadSamples; }
 283
 284   /// Return all the samples collected in the body of the function.
 285   const BodySampleMap &getBodySamples() const { return BodySamples; }
 286
 287   /// Return all the callsite samples collected in the body of the function.
 288   const CallsiteSampleMap &getCallsiteSamples() const {
 289     return CallsiteSamples;
 290   }
 291
 292   /// Merge the samples in \p Other into this one.
 293   void merge(const FunctionSamples &Other) {
 294     addTotalSamples(Other.getTotalSamples());
 295     addHeadSamples(Other.getHeadSamples());
 296     for (const auto &I : Other.getBodySamples()) {
 297       const LineLocation &Loc = I.first;
 298       const SampleRecord &Rec = I.second;
 299       BodySamples[Loc].merge(Rec);
 300     }
 301     for (const auto &I : Other.getCallsiteSamples()) {
 302       const CallsiteLocation &Loc = I.first;
 303       const FunctionSamples &Rec = I.second;
 304       functionSamplesAt(Loc).merge(Rec);
 305     }
 306   }
 307
 308 private:
 309   /// Total number of samples collected inside this function.
 310   ///
 311   /// Samples are cumulative, they include all the samples collected
 312   /// inside this function and all its inlined callees.
 313   uint64_t TotalSamples;
 314
 315   /// Total number of samples collected at the head of the function.
 316   /// This is an approximation of the number of calls made to this function
 317   /// at runtime.
 318   uint64_t TotalHeadSamples;
 319
 320   /// Map instruction locations to collected samples.
 321   ///
 322   /// Each entry in this map contains the number of samples
 323   /// collected at the corresponding line offset. All line locations
 324   /// are an offset from the start of the function.
 325   BodySampleMap BodySamples;
 326
 327   /// Map call sites to collected samples for the called function.
 328   ///
 329   /// Each entry in this map corresponds to all the samples
 330   /// collected for the inlined function call at the given
 331   /// location. For example, given:
 332   ///
 333   ///     void foo() {
 334   ///  1    bar();
 335   ///  ...
 336   ///  8    baz();
 337   ///     }
 338   ///
 339   /// If the bar() and baz() calls were inlined inside foo(), this
 340   /// map will contain two entries.  One for all the samples collected
 341   /// in the call to bar() at line offset 1, the other for all the samples
 342   /// collected in the call to baz() at line offset 8.
 343   CallsiteSampleMap CallsiteSamples;
 344 };
 345
 346 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const FunctionSamples &FS);
 347
 348 /// Sort a LocationT->SampleT map by LocationT.
 349 ///
 350 /// It produces a sorted list of <LocationT, SampleT> records by ascending
 351 /// order of LocationT.
 352 template <class LocationT, class SampleT> class SampleSorter {
 353 public:
 354   typedef detail::DenseMapPair<LocationT, SampleT> SamplesWithLoc;
 355   typedef SmallVector<const SamplesWithLoc *, 20> SamplesWithLocList;
 356
 357   SampleSorter(const DenseMap<LocationT, SampleT> &Samples) {
 358     for (const auto &I : Samples)
 359       V.push_back(&I);
 360     std::stable_sort(V.begin(), V.end(),
 361                      [](const SamplesWithLoc *A, const SamplesWithLoc *B) {
 362                        return A->first < B->first;
 363                      });
 364   }
 365   const SamplesWithLocList &get() const { return V; }
 366
 367 private:
 368   SamplesWithLocList V;
 369 };
 370
 371 } // end namespace sampleprof
 372
 373 } // end namespace llvm
 374
 375 #endif // LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROF_H_