lib/LTO/LTOCodeGenerator.cpp

   1 //===-LTOCodeGenerator.cpp - LLVM Link Time Optimizer ---------------------===//
   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 implements the Link Time Optimization library. This library is
  11 // intended to be used by linker to optimize code at link time.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/LTO/LTOCodeGenerator.h"
  16 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  17 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  18 #include "llvm/Bitcode/ReaderWriter.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/RuntimeLibcalls.h"
  20 #include "llvm/Config/config.h"
  21 #include "llvm/IR/Constants.h"
  22 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  23 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  24 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
  25 #include "llvm/IR/DiagnosticPrinter.h"
  26 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  27 #include "llvm/IR/Mangler.h"
  28 #include "llvm/IR/Module.h"
  29 #include "llvm/IR/Verifier.h"
  30 #include "llvm/InitializePasses.h"
  31 #include "llvm/LTO/LTOModule.h"
  32 #include "llvm/Linker/Linker.h"
  33 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  34 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  35 #include "llvm/MC/SubtargetFeature.h"
  36 #include "llvm/PassManager.h"
  37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  38 #include "llvm/Support/FileSystem.h"
  39 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  40 #include "llvm/Support/Host.h"
  41 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
  42 #include "llvm/Support/Signals.h"
  43 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  44 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  45 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  47 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  48 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  49 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  50 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  51 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  52 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  53 #include "llvm/Transforms/IPO/PassManagerBuilder.h"
  54 #include "llvm/Transforms/ObjCARC.h"
  55 #include <system_error>
  56 using namespace llvm;
  57
  58 const char* LTOCodeGenerator::getVersionString() {
  59 #ifdef LLVM_VERSION_INFO
  60   return PACKAGE_NAME " version " PACKAGE_VERSION ", " LLVM_VERSION_INFO;
  61 #else
  62   return PACKAGE_NAME " version " PACKAGE_VERSION;
  63 #endif
  64 }
  65
  66 LTOCodeGenerator::LTOCodeGenerator()
  67     : Context(getGlobalContext()), IRLinker(new Module("ld-temp.o", Context)),
  68       TargetMach(nullptr), EmitDwarfDebugInfo(false),
  69       ScopeRestrictionsDone(false), CodeModel(LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DEFAULT),
  70       DiagHandler(nullptr), DiagContext(nullptr) {
  71   initializeLTOPasses();
  72 }
  73
  74 LTOCodeGenerator::~LTOCodeGenerator() {
  75   delete TargetMach;
  76   TargetMach = nullptr;
  77
  78   IRLinker.deleteModule();
  79
  80   for (std::vector<char *>::iterator I = CodegenOptions.begin(),
  81                                      E = CodegenOptions.end();
  82        I != E; ++I)
  83     free(*I);
  84 }
  85
  86 // Initialize LTO passes. Please keep this funciton in sync with
  87 // PassManagerBuilder::populateLTOPassManager(), and make sure all LTO
  88 // passes are initialized.
  89 void LTOCodeGenerator::initializeLTOPasses() {
  90   PassRegistry &R = *PassRegistry::getPassRegistry();
  91
  92   initializeInternalizePassPass(R);
  93   initializeIPSCCPPass(R);
  94   initializeGlobalOptPass(R);
  95   initializeConstantMergePass(R);
  96   initializeDAHPass(R);
  97   initializeInstCombinerPass(R);
  98   initializeSimpleInlinerPass(R);
  99   initializePruneEHPass(R);
 100   initializeGlobalDCEPass(R);
 101   initializeArgPromotionPass(R);
 102   initializeJumpThreadingPass(R);
 103   initializeSROAPass(R);
 104   initializeSROA_DTPass(R);
 105   initializeSROA_SSAUpPass(R);
 106   initializeFunctionAttrsPass(R);
 107   initializeGlobalsModRefPass(R);
 108   initializeLICMPass(R);
 109   initializeMergedLoadStoreMotionPass(R);
 110   initializeGVNPass(R);
 111   initializeMemCpyOptPass(R);
 112   initializeDCEPass(R);
 113   initializeCFGSimplifyPassPass(R);
 114 }
 115
 116 bool LTOCodeGenerator::addModule(LTOModule *mod) {
 117   bool ret = IRLinker.linkInModule(&mod->getModule());
 118
 119   const std::vector<const char*> &undefs = mod->getAsmUndefinedRefs();
 120   for (int i = 0, e = undefs.size(); i != e; ++i)
 121     AsmUndefinedRefs[undefs[i]] = 1;
 122
 123   return !ret;
 124 }
 125
 126 void LTOCodeGenerator::setTargetOptions(TargetOptions options) {
 127   Options = options;
 128 }
 129
 130 void LTOCodeGenerator::setDebugInfo(lto_debug_model debug) {
 131   switch (debug) {
 132   case LTO_DEBUG_MODEL_NONE:
 133     EmitDwarfDebugInfo = false;
 134     return;
 135
 136   case LTO_DEBUG_MODEL_DWARF:
 137     EmitDwarfDebugInfo = true;
 138     return;
 139   }
 140   llvm_unreachable("Unknown debug format!");
 141 }
 142
 143 void LTOCodeGenerator::setCodePICModel(lto_codegen_model model) {
 144   switch (model) {
 145   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
 146   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
 147   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
 148   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DEFAULT:
 149     CodeModel = model;
 150     return;
 151   }
 152   llvm_unreachable("Unknown PIC model!");
 153 }
 154
 155 bool LTOCodeGenerator::writeMergedModules(const char *path,
 156                                           std::string &errMsg) {
 157   if (!determineTarget(errMsg))
 158     return false;
 159
 160   // mark which symbols can not be internalized
 161   applyScopeRestrictions();
 162
 163   // create output file
 164   std::error_code EC;
 165   tool_output_file Out(path, EC, sys::fs::F_None);
 166   if (EC) {
 167     errMsg = "could not open bitcode file for writing: ";
 168     errMsg += path;
 169     return false;
 170   }
 171
 172   // write bitcode to it
 173   WriteBitcodeToFile(IRLinker.getModule(), Out.os());
 174   Out.os().close();
 175
 176   if (Out.os().has_error()) {
 177     errMsg = "could not write bitcode file: ";
 178     errMsg += path;
 179     Out.os().clear_error();
 180     return false;
 181   }
 182
 183   Out.keep();
 184   return true;
 185 }
 186
 187 bool LTOCodeGenerator::compile_to_file(const char** name,
 188                                        bool disableOpt,
 189                                        bool disableInline,
 190                                        bool disableGVNLoadPRE,
 191                                        bool disableVectorization,
 192                                        std::string& errMsg) {
 193   // make unique temp .o file to put generated object file
 194   SmallString<128> Filename;
 195   int FD;
 196   std::error_code EC =
 197       sys::fs::createTemporaryFile("lto-llvm", "o", FD, Filename);
 198   if (EC) {
 199     errMsg = EC.message();
 200     return false;
 201   }
 202
 203   // generate object file
 204   tool_output_file objFile(Filename.c_str(), FD);
 205
 206   bool genResult =
 207       generateObjectFile(objFile.os(), disableOpt, disableInline,
 208                          disableGVNLoadPRE, disableVectorization, errMsg);
 209   objFile.os().close();
 210   if (objFile.os().has_error()) {
 211     objFile.os().clear_error();
 212     sys::fs::remove(Twine(Filename));
 213     return false;
 214   }
 215
 216   objFile.keep();
 217   if (!genResult) {
 218     sys::fs::remove(Twine(Filename));
 219     return false;
 220   }
 221
 222   NativeObjectPath = Filename.c_str();
 223   *name = NativeObjectPath.c_str();
 224   return true;
 225 }
 226
 227 const void* LTOCodeGenerator::compile(size_t* length,
 228                                       bool disableOpt,
 229                                       bool disableInline,
 230                                       bool disableGVNLoadPRE,
 231                                       bool disableVectorization,
 232                                       std::string& errMsg) {
 233   const char *name;
 234   if (!compile_to_file(&name, disableOpt, disableInline, disableGVNLoadPRE,
 235                        disableVectorization, errMsg))
 236     return nullptr;
 237
 238   // read .o file into memory buffer
 239   ErrorOr<std::unique_ptr<MemoryBuffer>> BufferOrErr =
 240       MemoryBuffer::getFile(name, -1, false);
 241   if (std::error_code EC = BufferOrErr.getError()) {
 242     errMsg = EC.message();
 243     sys::fs::remove(NativeObjectPath);
 244     return nullptr;
 245   }
 246   NativeObjectFile = std::move(*BufferOrErr);
 247
 248   // remove temp files
 249   sys::fs::remove(NativeObjectPath);
 250
 251   // return buffer, unless error
 252   if (!NativeObjectFile)
 253     return nullptr;
 254   *length = NativeObjectFile->getBufferSize();
 255   return NativeObjectFile->getBufferStart();
 256 }
 257
 258 bool LTOCodeGenerator::determineTarget(std::string &errMsg) {
 259   if (TargetMach)
 260     return true;
 261
 262   std::string TripleStr = IRLinker.getModule()->getTargetTriple();
 263   if (TripleStr.empty())
 264     TripleStr = sys::getDefaultTargetTriple();
 265   llvm::Triple Triple(TripleStr);
 266
 267   // create target machine from info for merged modules
 268   const Target *march = TargetRegistry::lookupTarget(TripleStr, errMsg);
 269   if (!march)
 270     return false;
 271
 272   // The relocation model is actually a static member of TargetMachine and
 273   // needs to be set before the TargetMachine is instantiated.
 274   Reloc::Model RelocModel = Reloc::Default;
 275   switch (CodeModel) {
 276   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
 277     RelocModel = Reloc::Static;
 278     break;
 279   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
 280     RelocModel = Reloc::PIC_;
 281     break;
 282   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
 283     RelocModel = Reloc::DynamicNoPIC;
 284     break;
 285   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DEFAULT:
 286     // RelocModel is already the default, so leave it that way.
 287     break;
 288   }
 289
 290   // Construct LTOModule, hand over ownership of module and target. Use MAttr as
 291   // the default set of features.
 292   SubtargetFeatures Features(MAttr);
 293   Features.getDefaultSubtargetFeatures(Triple);
 294   std::string FeatureStr = Features.getString();
 295   // Set a default CPU for Darwin triples.
 296   if (MCpu.empty() && Triple.isOSDarwin()) {
 297     if (Triple.getArch() == llvm::Triple::x86_64)
 298       MCpu = "core2";
 299     else if (Triple.getArch() == llvm::Triple::x86)
 300       MCpu = "yonah";
 301     else if (Triple.getArch() == llvm::Triple::aarch64)
 302       MCpu = "cyclone";
 303   }
 304
 305   TargetMach = march->createTargetMachine(TripleStr, MCpu, FeatureStr, Options,
 306                                           RelocModel, CodeModel::Default,
 307                                           CodeGenOpt::Aggressive);
 308   return true;
 309 }
 310
 311 void LTOCodeGenerator::
 312 applyRestriction(GlobalValue &GV,
 313                  ArrayRef<StringRef> Libcalls,
 314                  std::vector<const char*> &MustPreserveList,
 315                  SmallPtrSetImpl<GlobalValue*> &AsmUsed,
 316                  Mangler &Mangler) {
 317   // There are no restrictions to apply to declarations.
 318   if (GV.isDeclaration())
 319     return;
 320
 321   // There is nothing more restrictive than private linkage.
 322   if (GV.hasPrivateLinkage())
 323     return;
 324
 325   SmallString<64> Buffer;
 326   TargetMach->getNameWithPrefix(Buffer, &GV, Mangler);
 327
 328   if (MustPreserveSymbols.count(Buffer))
 329     MustPreserveList.push_back(GV.getName().data());
 330   if (AsmUndefinedRefs.count(Buffer))
 331     AsmUsed.insert(&GV);
 332
 333   // Conservatively append user-supplied runtime library functions to
 334   // llvm.compiler.used.  These could be internalized and deleted by
 335   // optimizations like -globalopt, causing problems when later optimizations
 336   // add new library calls (e.g., llvm.memset => memset and printf => puts).
 337   // Leave it to the linker to remove any dead code (e.g. with -dead_strip).
 338   if (isa<Function>(GV) &&
 339       std::binary_search(Libcalls.begin(), Libcalls.end(), GV.getName()))
 340     AsmUsed.insert(&GV);
 341 }
 342
 343 static void findUsedValues(GlobalVariable *LLVMUsed,
 344                            SmallPtrSetImpl<GlobalValue*> &UsedValues) {
 345   if (!LLVMUsed) return;
 346
 347   ConstantArray *Inits = cast<ConstantArray>(LLVMUsed->getInitializer());
 348   for (unsigned i = 0, e = Inits->getNumOperands(); i != e; ++i)
 349     if (GlobalValue *GV =
 350         dyn_cast<GlobalValue>(Inits->getOperand(i)->stripPointerCasts()))
 351       UsedValues.insert(GV);
 352 }
 353
 354 static void accumulateAndSortLibcalls(std::vector<StringRef> &Libcalls,
 355                                       const TargetLibraryInfo& TLI,
 356                                       const TargetLowering *Lowering)
 357 {
 358   // TargetLibraryInfo has info on C runtime library calls on the current
 359   // target.
 360   for (unsigned I = 0, E = static_cast<unsigned>(LibFunc::NumLibFuncs);
 361        I != E; ++I) {
 362     LibFunc::Func F = static_cast<LibFunc::Func>(I);
 363     if (TLI.has(F))
 364       Libcalls.push_back(TLI.getName(F));
 365   }
 366
 367   // TargetLowering has info on library calls that CodeGen expects to be
 368   // available, both from the C runtime and compiler-rt.
 369   if (Lowering)
 370     for (unsigned I = 0, E = static_cast<unsigned>(RTLIB::UNKNOWN_LIBCALL);
 371          I != E; ++I)
 372       if (const char *Name
 373           = Lowering->getLibcallName(static_cast<RTLIB::Libcall>(I)))
 374         Libcalls.push_back(Name);
 375
 376   array_pod_sort(Libcalls.begin(), Libcalls.end());
 377   Libcalls.erase(std::unique(Libcalls.begin(), Libcalls.end()),
 378                  Libcalls.end());
 379 }
 380
 381 void LTOCodeGenerator::applyScopeRestrictions() {
 382   if (ScopeRestrictionsDone)
 383     return;
 384   Module *mergedModule = IRLinker.getModule();
 385
 386   // Start off with a verification pass.
 387   PassManager passes;
 388   passes.add(createVerifierPass());
 389   passes.add(createDebugInfoVerifierPass());
 390
 391   // mark which symbols can not be internalized
 392   Mangler Mangler(TargetMach->getSubtargetImpl()->getDataLayout());
 393   std::vector<const char*> MustPreserveList;
 394   SmallPtrSet<GlobalValue*, 8> AsmUsed;
 395   std::vector<StringRef> Libcalls;
 396   TargetLibraryInfo TLI(Triple(TargetMach->getTargetTriple()));
 397   accumulateAndSortLibcalls(
 398       Libcalls, TLI, TargetMach->getSubtargetImpl()->getTargetLowering());
 399
 400   for (Module::iterator f = mergedModule->begin(),
 401          e = mergedModule->end(); f != e; ++f)
 402     applyRestriction(*f, Libcalls, MustPreserveList, AsmUsed, Mangler);
 403   for (Module::global_iterator v = mergedModule->global_begin(),
 404          e = mergedModule->global_end(); v !=  e; ++v)
 405     applyRestriction(*v, Libcalls, MustPreserveList, AsmUsed, Mangler);
 406   for (Module::alias_iterator a = mergedModule->alias_begin(),
 407          e = mergedModule->alias_end(); a != e; ++a)
 408     applyRestriction(*a, Libcalls, MustPreserveList, AsmUsed, Mangler);
 409
 410   GlobalVariable *LLVMCompilerUsed =
 411     mergedModule->getGlobalVariable("llvm.compiler.used");
 412   findUsedValues(LLVMCompilerUsed, AsmUsed);
 413   if (LLVMCompilerUsed)
 414     LLVMCompilerUsed->eraseFromParent();
 415
 416   if (!AsmUsed.empty()) {
 417     llvm::Type *i8PTy = llvm::Type::getInt8PtrTy(Context);
 418     std::vector<Constant*> asmUsed2;
 419     for (auto *GV : AsmUsed) {
 420       Constant *c = ConstantExpr::getBitCast(GV, i8PTy);
 421       asmUsed2.push_back(c);
 422     }
 423
 424     llvm::ArrayType *ATy = llvm::ArrayType::get(i8PTy, asmUsed2.size());
 425     LLVMCompilerUsed =
 426       new llvm::GlobalVariable(*mergedModule, ATy, false,
 427                                llvm::GlobalValue::AppendingLinkage,
 428                                llvm::ConstantArray::get(ATy, asmUsed2),
 429                                "llvm.compiler.used");
 430
 431     LLVMCompilerUsed->setSection("llvm.metadata");
 432   }
 433
 434   passes.add(createInternalizePass(MustPreserveList));
 435
 436   // apply scope restrictions
 437   passes.run(*mergedModule);
 438
 439   ScopeRestrictionsDone = true;
 440 }
 441
 442 /// Optimize merged modules using various IPO passes
 443 bool LTOCodeGenerator::generateObjectFile(raw_ostream &out,
 444                                           bool DisableOpt,
 445                                           bool DisableInline,
 446                                           bool DisableGVNLoadPRE,
 447                                           bool DisableVectorization,
 448                                           std::string &errMsg) {
 449   if (!this->determineTarget(errMsg))
 450     return false;
 451
 452   Module *mergedModule = IRLinker.getModule();
 453
 454   // Mark which symbols can not be internalized
 455   this->applyScopeRestrictions();
 456
 457   // Instantiate the pass manager to organize the passes.
 458   PassManager passes;
 459
 460   // Add an appropriate DataLayout instance for this module...
 461   mergedModule->setDataLayout(TargetMach->getSubtargetImpl()->getDataLayout());
 462
 463   Triple TargetTriple(TargetMach->getTargetTriple());
 464   PassManagerBuilder PMB;
 465   PMB.DisableGVNLoadPRE = DisableGVNLoadPRE;
 466   PMB.LoopVectorize = !DisableVectorization;
 467   PMB.SLPVectorize = !DisableVectorization;
 468   if (!DisableInline)
 469     PMB.Inliner = createFunctionInliningPass();
 470   PMB.LibraryInfo = new TargetLibraryInfo(TargetTriple);
 471   if (DisableOpt)
 472     PMB.OptLevel = 0;
 473   PMB.VerifyInput = true;
 474   PMB.VerifyOutput = true;
 475
 476   PMB.populateLTOPassManager(passes, TargetMach);
 477
 478   PassManager codeGenPasses;
 479
 480   codeGenPasses.add(new DataLayoutPass());
 481
 482   formatted_raw_ostream Out(out);
 483
 484   // If the bitcode files contain ARC code and were compiled with optimization,
 485   // the ObjCARCContractPass must be run, so do it unconditionally here.
 486   codeGenPasses.add(createObjCARCContractPass());
 487
 488   if (TargetMach->addPassesToEmitFile(codeGenPasses, Out,
 489                                       TargetMachine::CGFT_ObjectFile)) {
 490     errMsg = "target file type not supported";
 491     return false;
 492   }
 493
 494   // Run our queue of passes all at once now, efficiently.
 495   passes.run(*mergedModule);
 496
 497   // Run the code generator, and write assembly file
 498   codeGenPasses.run(*mergedModule);
 499
 500   return true;
 501 }
 502
 503 /// setCodeGenDebugOptions - Set codegen debugging options to aid in debugging
 504 /// LTO problems.
 505 void LTOCodeGenerator::setCodeGenDebugOptions(const char *options) {
 506   for (std::pair<StringRef, StringRef> o = getToken(options);
 507        !o.first.empty(); o = getToken(o.second)) {
 508     // ParseCommandLineOptions() expects argv[0] to be program name. Lazily add
 509     // that.
 510     if (CodegenOptions.empty())
 511       CodegenOptions.push_back(strdup("libLLVMLTO"));
 512     CodegenOptions.push_back(strdup(o.first.str().c_str()));
 513   }
 514 }
 515
 516 void LTOCodeGenerator::parseCodeGenDebugOptions() {
 517   // if options were requested, set them
 518   if (!CodegenOptions.empty())
 519     cl::ParseCommandLineOptions(CodegenOptions.size(),
 520                                 const_cast<char **>(&CodegenOptions[0]));
 521 }
 522
 523 void LTOCodeGenerator::DiagnosticHandler(const DiagnosticInfo &DI,
 524                                          void *Context) {
 525   ((LTOCodeGenerator *)Context)->DiagnosticHandler2(DI);
 526 }
 527
 528 void LTOCodeGenerator::DiagnosticHandler2(const DiagnosticInfo &DI) {
 529   // Map the LLVM internal diagnostic severity to the LTO diagnostic severity.
 530   lto_codegen_diagnostic_severity_t Severity;
 531   switch (DI.getSeverity()) {
 532   case DS_Error:
 533     Severity = LTO_DS_ERROR;
 534     break;
 535   case DS_Warning:
 536     Severity = LTO_DS_WARNING;
 537     break;
 538   case DS_Remark:
 539     Severity = LTO_DS_REMARK;
 540     break;
 541   case DS_Note:
 542     Severity = LTO_DS_NOTE;
 543     break;
 544   }
 545   // Create the string that will be reported to the external diagnostic handler.
 546   std::string MsgStorage;
 547   raw_string_ostream Stream(MsgStorage);
 548   DiagnosticPrinterRawOStream DP(Stream);
 549   DI.print(DP);
 550   Stream.flush();
 551
 552   // If this method has been called it means someone has set up an external
 553   // diagnostic handler. Assert on that.
 554   assert(DiagHandler && "Invalid diagnostic handler");
 555   (*DiagHandler)(Severity, MsgStorage.c_str(), DiagContext);
 556 }
 557
 558 void
 559 LTOCodeGenerator::setDiagnosticHandler(lto_diagnostic_handler_t DiagHandler,
 560                                        void *Ctxt) {
 561   this->DiagHandler = DiagHandler;
 562   this->DiagContext = Ctxt;
 563   if (!DiagHandler)
 564     return Context.setDiagnosticHandler(nullptr, nullptr);
 565   // Register the LTOCodeGenerator stub in the LLVMContext to forward the
 566   // diagnostic to the external DiagHandler.
 567   Context.setDiagnosticHandler(LTOCodeGenerator::DiagnosticHandler, this,
 568                                /* RespectFilters */ true);
 569 }