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 "RenderMachineFunction.h"
  20 #include "Spiller.h"
  21 #include "VirtRegMap.h"
  22 #include "LiveRegMatrix.h"
  23 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  24 #include "llvm/Function.h"
  25 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  31 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  32 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  33 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  34 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  35 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
  36 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  37 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  38 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  39 #include "llvm/Support/Debug.h"
  40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  41
  42 #include <cstdlib>
  43 #include <queue>
  44
  45 using namespace llvm;
  46
  47 static RegisterRegAlloc basicRegAlloc("basic", "basic register allocator",
  48                                       createBasicRegisterAllocator);
  49
  50 namespace {
  51   struct CompSpillWeight {
  52     bool operator()(LiveInterval *A, LiveInterval *B) const {
  53       return A->weight < B->weight;
  54     }
  55   };
  56 }
  57
  58 namespace {
  59 /// RABasic provides a minimal implementation of the basic register allocation
  60 /// algorithm. It prioritizes live virtual registers by spill weight and spills
  61 /// whenever a register is unavailable. This is not practical in production but
  62 /// provides a useful baseline both for measuring other allocators and comparing
  63 /// the speed of the basic algorithm against other styles of allocators.
  64 class RABasic : public MachineFunctionPass, public RegAllocBase
  65 {
  66   // context
  67   MachineFunction *MF;
  68
  69 #ifndef NDEBUG
  70   // analyses
  71   RenderMachineFunction *RMF;
  72 #endif
  73
  74   // state
  75   std::auto_ptr<Spiller> SpillerInstance;
  76   std::priority_queue<LiveInterval*, std::vector<LiveInterval*>,
  77                       CompSpillWeight> Queue;
  78
  79   // Scratch space.  Allocated here to avoid repeated malloc calls in
  80   // selectOrSplit().
  81   BitVector UsableRegs;
  82
  83 public:
  84   RABasic();
  85
  86   /// Return the pass name.
  87   virtual const char* getPassName() const {
  88     return "Basic Register Allocator";
  89   }
  90
  91   /// RABasic analysis usage.
  92   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  93
  94   virtual void releaseMemory();
  95
  96   virtual Spiller &spiller() { return *SpillerInstance; }
  97
  98   virtual float getPriority(LiveInterval *LI) { return LI->weight; }
  99
 100   virtual void enqueue(LiveInterval *LI) {
 101     Queue.push(LI);
 102   }
 103
 104   virtual LiveInterval *dequeue() {
 105     if (Queue.empty())
 106       return 0;
 107     LiveInterval *LI = Queue.top();
 108     Queue.pop();
 109     return LI;
 110   }
 111
 112   virtual unsigned selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 113                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs);
 114
 115   /// Perform register allocation.
 116   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf);
 117
 118   // Helper for spilling all live virtual registers currently unified under preg
 119   // that interfere with the most recently queried lvr.  Return true if spilling
 120   // was successful, and append any new spilled/split intervals to splitLVRs.
 121   bool spillInterferences(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 122                           SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs);
 123
 124   static char ID;
 125 };
 126
 127 char RABasic::ID = 0;
 128
 129 } // end anonymous namespace
 130
 131 RABasic::RABasic(): MachineFunctionPass(ID) {
 132   initializeLiveDebugVariablesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 133   initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 134   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 135   initializeRegisterCoalescerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 136   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 137   initializeCalculateSpillWeightsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 138   initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 139   initializeMachineDominatorTreePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 140   initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 141   initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 142   initializeLiveRegMatrixPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 143   initializeRenderMachineFunctionPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 144 }
 145
 146 void RABasic::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 147   AU.setPreservesCFG();
 148   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 149   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
 150   AU.addRequired<LiveIntervals>();
 151   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
 152   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
 153   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
 154   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
 155   AU.addRequired<CalculateSpillWeights>();
 156   AU.addRequired<LiveStacks>();
 157   AU.addPreserved<LiveStacks>();
 158   AU.addRequiredID(MachineDominatorsID);
 159   AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
 160   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
 161   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
 162   AU.addRequired<VirtRegMap>();
 163   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
 164   AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
 165   AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
 166   DEBUG(AU.addRequired<RenderMachineFunction>());
 167   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 168 }
 169
 170 void RABasic::releaseMemory() {
 171   SpillerInstance.reset(0);
 172   RegAllocBase::releaseMemory();
 173 }
 174
 175
 176 // Spill or split all live virtual registers currently unified under PhysReg
 177 // that interfere with VirtReg. The newly spilled or split live intervals are
 178 // returned by appending them to SplitVRegs.
 179 bool RABasic::spillInterferences(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
 180                                  SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs) {
 181   // Record each interference and determine if all are spillable before mutating
 182   // either the union or live intervals.
 183   SmallVector<LiveInterval*, 8> Intfs;
 184
 185   // Collect interferences assigned to any alias of the physical register.
 186   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
 187     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
 188     Q.collectInterferingVRegs();
 189     if (Q.seenUnspillableVReg())
 190       return false;
 191     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
 192       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
 193       if (!Intf->isSpillable() || Intf->weight > VirtReg.weight)
 194         return false;
 195       Intfs.push_back(Intf);
 196     }
 197   }
 198   DEBUG(dbgs() << "spilling " << TRI->getName(PhysReg) <<
 199         " interferences with " << VirtReg << "\n");
 200   assert(!Intfs.empty() && "expected interference");
 201
 202   // Spill each interfering vreg allocated to PhysReg or an alias.
 203   for (unsigned i = 0, e = Intfs.size(); i != e; ++i) {
 204     LiveInterval &Spill = *Intfs[i];
 205
 206     // Skip duplicates.
 207     if (!VRM->hasPhys(Spill.reg))
 208       continue;
 209
 210     // Deallocate the interfering vreg by removing it from the union.
 211     // A LiveInterval instance may not be in a union during modification!
 212     Matrix->unassign(Spill);
 213
 214     // Spill the extracted interval.
 215     LiveRangeEdit LRE(&Spill, SplitVRegs, *MF, *LIS, VRM);
 216     spiller().spill(LRE);
 217   }
 218   return true;
 219 }
 220
 221 // Driver for the register assignment and splitting heuristics.
 222 // Manages iteration over the LiveIntervalUnions.
 223 //
 224 // This is a minimal implementation of register assignment and splitting that
 225 // spills whenever we run out of registers.
 226 //
 227 // selectOrSplit can only be called once per live virtual register. We then do a
 228 // single interference test for each register the correct class until we find an
 229 // available register. So, the number of interference tests in the worst case is
 230 // |vregs| * |machineregs|. And since the number of interference tests is
 231 // minimal, there is no value in caching them outside the scope of
 232 // selectOrSplit().
 233 unsigned RABasic::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
 234                                 SmallVectorImpl<LiveInterval*> &SplitVRegs) {
 235   // Populate a list of physical register spill candidates.
 236   SmallVector<unsigned, 8> PhysRegSpillCands;
 237
 238   // Check for an available register in this class.
 239   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
 240   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
 241     // Check for interference in PhysReg
 242     switch (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg)) {
 243     case LiveRegMatrix::IK_Free:
 244       // PhysReg is available, allocate it.
 245       return PhysReg;
 246
 247     case LiveRegMatrix::IK_VirtReg:
 248       // Only virtual registers in the way, we may be able to spill them.
 249       PhysRegSpillCands.push_back(PhysReg);
 250       continue;
 251
 252     default:
 253       // RegMask or RegUnit interference.
 254       continue;
 255     }
 256   }
 257
 258   // Try to spill another interfering reg with less spill weight.
 259   for (SmallVectorImpl<unsigned>::iterator PhysRegI = PhysRegSpillCands.begin(),
 260        PhysRegE = PhysRegSpillCands.end(); PhysRegI != PhysRegE; ++PhysRegI) {
 261     if (!spillInterferences(VirtReg, *PhysRegI, SplitVRegs))
 262       continue;
 263
 264     assert(!Matrix->checkInterference(VirtReg, *PhysRegI) &&
 265            "Interference after spill.");
 266     // Tell the caller to allocate to this newly freed physical register.
 267     return *PhysRegI;
 268   }
 269
 270   // No other spill candidates were found, so spill the current VirtReg.
 271   DEBUG(dbgs() << "spilling: " << VirtReg << '\n');
 272   if (!VirtReg.isSpillable())
 273     return ~0u;
 274   LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, SplitVRegs, *MF, *LIS, VRM);
 275   spiller().spill(LRE);
 276
 277   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
 278   // the caller not to allocate anything during this round.
 279   return 0;
 280 }
 281
 282 bool RABasic::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
 283   DEBUG(dbgs() << "********** BASIC REGISTER ALLOCATION **********\n"
 284                << "********** Function: "
 285                << ((Value*)mf.getFunction())->getName() << '\n');
 286
 287   MF = &mf;
 288   DEBUG(RMF = &getAnalysis<RenderMachineFunction>());
 289
 290   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(), getAnalysis<LiveIntervals>());
 291   Matrix = &getAnalysis<LiveRegMatrix>();
 292   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
 293
 294   allocatePhysRegs();
 295
 296   // Diagnostic output before rewriting
 297   DEBUG(dbgs() << "Post alloc VirtRegMap:\n" << *VRM << "\n");
 298
 299   // optional HTML output
 300   DEBUG(RMF->renderMachineFunction("After basic register allocation.", VRM));
 301
 302   releaseMemory();
 303   return true;
 304 }
 305
 306 FunctionPass* llvm::createBasicRegisterAllocator()
 307 {
 308   return new RABasic();
 309 }