lib/CodeGen/RegAllocBasic.cpp

   1 //===-- RegAllocBasic.cpp - Basic Register Allocator ----------------------===//
   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 RABasic function pass, which provides a minimal
  11 // implementation of the basic register allocator.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  16 #include "AllocationOrder.h"
  17 #include "RegAllocBase.h"
  18 #include "LiveDebugVariables.h"
  19 #include "Spiller.h"
  20 #include "VirtRegMap.h"
  21 #include "LiveRegMatrix.h"
  22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  23 #include "llvm/Function.h"
  24 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  31 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  32 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  33 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  34 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  36 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  37 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  38 #include "llvm/Support/Debug.h"
  39 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  40
  41 #include <cstdlib>
  42 #include <queue>
  43
  44 using namespace llvm;
  45
  46 static RegisterRegAlloc basicRegAlloc("basic", "basic register allocator",
  47                                       createBasicRegisterAllocator);
  48
  49 namespace {
  50   struct CompSpillWeight {
  51     bool operator()(LiveInterval *A, LiveInterval *B) const {
  52       return A->weight < B->weight;
  53     }
  54   };
  55 }
  56
  57 namespace {
  58 /// RABasic provides a minimal implementation of the basic register allocation
  59 /// algorithm. It prioritizes live virtual registers by spill weight and spills
  60 /// whenever a register is unavailable. This is not practical in production but
  61 /// provides a useful baseline both for measuring other allocators and comparing
  62 /// the speed of the basic algorithm against other styles of allocators.
  63 class RABasic : public MachineFunctionPass, public RegAllocBase
  64 {
  65   // context
  66   MachineFunction *MF;
  67
  68   // state
  69   std::auto_ptr<Spiller> SpillerInstance;
  70   std::priority_queue<LiveInterval*, std::vector<LiveInterval*>,
  71                       CompSpillWeight> Queue;
  72
  73   // Scratch space.  Allocated here to avoid repeated malloc calls in
  74   // selectOrSplit().
  75   BitVector UsableRegs;
  76
  77 public:
  78   RABasic();
  79
  80   /// Return the pass name.
  81   virtual const char* getPassName() const {
  82     return "Basic Register Allocator";
  83   }
  84
  85   /// RABasic analysis usage.
  86   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  87
  88   virtual void releaseMemory();
  89
  90   virtual Spiller &spiller() { return *SpillerInstance; }
  91
  92   virtual float getPriority(LiveInterval *LI) { return LI->weight; }
  93
  94   virtual void enqueue(LiveInterval *LI) {
  95     Queue.push(LI);
  96   }
  97
  98   virtual LiveInterval *dequeue() {
  99     if (Queue.empty())
 100       return 0;
 101     LiveInterval *LI = Queue.top();
 102     Queue.pop();
 103     return LI;
 104   }
 105
 106   virtual unsigned selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 107                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs);
 108
 109   /// Perform register allocation.
 110   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf);
 111
 112   // Helper for spilling all live virtual registers currently unified under preg
 113   // that interfere with the most recently queried lvr.  Return true if spilling
 114   // was successful, and append any new spilled/split intervals to splitLVRs.
 115   bool spillInterferences(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 116                           SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs);
 117
 118   static char ID;
 119 };
 120
 121 char RABasic::ID = 0;
 122
 123 } // end anonymous namespace
 124
 125 RABasic::RABasic(): MachineFunctionPass(ID) {
 126   initializeLiveDebugVariablesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 127   initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 128   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 129   initializeRegisterCoalescerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 130   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 131   initializeCalculateSpillWeightsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 132   initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 133   initializeMachineDominatorTreePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 134   initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 135   initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 136   initializeLiveRegMatrixPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 137 }
 138
 139 void RABasic::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 140   AU.setPreservesCFG();
 141   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 142   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 143   AU.addRequired<LiveIntervals>();
 144   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
 145   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
 146   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
 147   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
 148   AU.addRequired<CalculateSpillWeights>();
 149   AU.addRequired<LiveStacks>();
 150   AU.addPreserved<LiveStacks>();
 151   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
 152   AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
 153   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
 154   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
 155   AU.addRequired<VirtRegMap>();
 156   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
 157   AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
 158   AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
 159   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 160 }
 161
 162 void RABasic::releaseMemory() {
 163   SpillerInstance.reset(0);
 164 }
 165
 166
 167 // Spill or split all live virtual registers currently unified under PhysReg
 168 // that interfere with VirtReg. The newly spilled or split live intervals are
 169 // returned by appending them to SplitVRegs.
 170 bool RABasic::spillInterferences(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 171                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs) {
 172   // Record each interference and determine if all are spillable before mutating
 173   // either the union or live intervals.
 174   SmallVector<LiveInterval*, 8> Intfs;
 175
 176   // Collect interferences assigned to any alias of the physical register.
 177   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 178     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
 179     Q.collectInterferingVRegs();
 180     if (Q.seenUnspillableVReg())
 181       return false;
 182     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
 183       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
 184       if (!Intf->isSpillable() || Intf->weight > VirtReg.weight)
 185         return false;
 186       Intfs.push_back(Intf);
 187     }
 188   }
 189   DEBUG(dbgs() << "spilling " << TRI->getName(PhysReg) <<
 190         " interferences with " << VirtReg << "\n");
 191   assert(!Intfs.empty() && "expected interference");
 192
 193   // Spill each interfering vreg allocated to PhysReg or an alias.
 194   for (unsigned i = 0, e = Intfs.size(); i != e; ++i) {
 195     LiveInterval &Spill = *Intfs[i];
 196
 197     // Skip duplicates.
 198     if (!VRM->hasPhys(Spill.reg))
 199       continue;
 200
 201     // Deallocate the interfering vreg by removing it from the union.
 202     // A LiveInterval instance may not be in a union during modification!
 203     Matrix->unassign(Spill);
 204
 205     // Spill the extracted interval.
 206     LiveRangeEdit LRE(&Spill, SplitVRegs, *MF, *LIS, VRM);
 207     spiller().spill(LRE);
 208   }
 209   return true;
 210 }
 211
 212 // Driver for the register assignment and splitting heuristics.
 213 // Manages iteration over the LiveIntervalUnions.
 214 //
 215 // This is a minimal implementation of register assignment and splitting that
 216 // spills whenever we run out of registers.
 217 //
 218 // selectOrSplit can only be called once per live virtual register. We then do a
 219 // single interference test for each register the correct class until we find an
 220 // available register. So, the number of interference tests in the worst case is
 221 // |vregs| * |machineregs|. And since the number of interference tests is
 222 // minimal, there is no value in caching them outside the scope of
 223 // selectOrSplit().
 224 unsigned RABasic::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 225                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs) {
 226   // Populate a list of physical register spill candidates.
 227   SmallVector<unsigned, 8> PhysRegSpillCands;
 228
 229   // Check for an available register in this class.
 230   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
 231   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
 232     // Check for interference in PhysReg
 233     switch (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg)) {
 234     case LiveRegMatrix::IK_Free:
 235       // PhysReg is available, allocate it.
 236       return PhysReg;
 237
 238     case LiveRegMatrix::IK_VirtReg:
 239       // Only virtual registers in the way, we may be able to spill them.
 240       PhysRegSpillCands.push_back(PhysReg);
 241       continue;
 242
 243     default:
 244       // RegMask or RegUnit interference.
 245       continue;
 246     }
 247   }
 248
 249   // Try to spill another interfering reg with less spill weight.
 250   for (SmallVectorImpl<unsigned>::iterator PhysRegI = PhysRegSpillCands.begin(),
 251        PhysRegE = PhysRegSpillCands.end(); PhysRegI != PhysRegE; ++PhysRegI) {
 252     if (!spillInterferences(VirtReg, *PhysRegI, SplitVRegs))
 253       continue;
 254
 255     assert(!Matrix->checkInterference(VirtReg, *PhysRegI) &&
 256            "Interference after spill.");
 257     // Tell the caller to allocate to this newly freed physical register.
 258     return *PhysRegI;
 259   }
 260
 261   // No other spill candidates were found, so spill the current VirtReg.
 262   DEBUG(dbgs() << "spilling: " << VirtReg << '\n');
 263   if (!VirtReg.isSpillable())
 264     return ~0u;
 265   LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, SplitVRegs, *MF, *LIS, VRM);
 266   spiller().spill(LRE);
 267
 268   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
 269   // the caller not to allocate anything during this round.
 270   return 0;
 271 }
 272
 273 bool RABasic::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
 274   DEBUG(dbgs() << "********** BASIC REGISTER ALLOCATION **********\n"
 275                << "********** Function: "
 276                << ((Value*)mf.getFunction())->getName() << '\n');
 277
 278   MF = &mf;
 279   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(),
 280                      getAnalysis<LiveIntervals>(),
 281                      getAnalysis<LiveRegMatrix>());
 282   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
 283
 284   allocatePhysRegs();
 285
 286   // Diagnostic output before rewriting
 287   DEBUG(dbgs() << "Post alloc VirtRegMap:\n" << *VRM << "\n");
 288
 289   releaseMemory();
 290   return true;
 291 }
 292
 293 FunctionPass* llvm::createBasicRegisterAllocator()
 294 {
 295   return new RABasic();
 296 }