7de73269cf2b67554adb316e8b3e12d24b80d9a7
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Instrumentation / PathProfiling.cpp
1 //===- PathProfiling.cpp - Inserts counters for path profiling ------------===//
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 pass instruments functions for Ball-Larus path profiling.  Ball-Larus
11 // profiling converts the CFG into a DAG by replacing backedges with edges
12 // from entry to the start block and from the end block to exit.  The paths
13 // along the new DAG are enumrated, i.e. each path is given a path number.
14 // Edges are instrumented to increment the path number register, such that the
15 // path number register will equal the path number of the path taken at the
16 // exit.
17 //
18 // This file defines classes for building a CFG for use with different stages
19 // in the Ball-Larus path profiling instrumentation [Ball96].  The
20 // requirements are formatting the llvm CFG into the Ball-Larus DAG, path
21 // numbering, finding a spanning tree, moving increments from the spanning
22 // tree to chords.
23 //
24 // Terms:
25 // DAG            - Directed Acyclic Graph.
26 // Ball-Larus DAG - A CFG with an entry node, an exit node, and backedges
27 //                  removed in the following manner.  For every backedge
28 //                  v->w, insert edge ENTRY->w and edge v->EXIT.
29 // Path Number    - The number corresponding to a specific path through a
30 //                  Ball-Larus DAG.
31 // Spanning Tree  - A subgraph, S, is a spanning tree if S covers all
32 //                  vertices and is a tree.
33 // Chord          - An edge not in the spanning tree.
34 //
35 // [Ball96]
36 //  T. Ball and J. R. Larus. "Efficient Path Profiling."
37 //  International Symposium on Microarchitecture, pages 46-57, 1996.
38 //  http://portal.acm.org/citation.cfm?id=243857
39 //
40 // [Ball94]
41 //  Thomas Ball.  "Efficiently Counting Program Events with Support for
42 //  On-line queries."
43 //  ACM Transactions on Programmmg Languages and Systems, Vol 16, No 5,
44 //  September 1994, Pages 1399-1410.
45 //===----------------------------------------------------------------------===//
46 #define DEBUG_TYPE "insert-path-profiling"
47
48 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
49 #include "ProfilingUtils.h"
50 #include "llvm/Analysis/PathNumbering.h"
51 #include "llvm/IR/Constants.h"
52 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
53 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
54 #include "llvm/IR/Instructions.h"
55 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
56 #include "llvm/IR/Module.h"
57 #include "llvm/IR/TypeBuilder.h"
58 #include "llvm/Pass.h"
59 #include "llvm/Support/CFG.h"
60 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
61 #include "llvm/Support/Compiler.h"
62 #include "llvm/Support/Debug.h"
63 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
64 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
65 #include <vector>
66
67 #define HASH_THRESHHOLD 100000
68
69 using namespace llvm;
70
71 namespace {
72 class BLInstrumentationNode;
73 class BLInstrumentationEdge;
74 class BLInstrumentationDag;
75
76 // ---------------------------------------------------------------------------
77 // BLInstrumentationNode extends BallLarusNode with member used by the
78 // instrumentation algortihms.
79 // ---------------------------------------------------------------------------
80 class BLInstrumentationNode : public BallLarusNode {
81 public:
82   // Creates a new BLInstrumentationNode from a BasicBlock.
83   BLInstrumentationNode(BasicBlock* BB);
84
85   // Get/sets the Value corresponding to the pathNumber register,
86   // constant or phinode.  Used by the instrumentation code to remember
87   // path number Values.
88   Value* getStartingPathNumber();
89   void setStartingPathNumber(Value* pathNumber);
90
91   Value* getEndingPathNumber();
92   void setEndingPathNumber(Value* pathNumber);
93
94   // Get/set the PHINode Instruction for this node.
95   PHINode* getPathPHI();
96   void setPathPHI(PHINode* pathPHI);
97
98 private:
99
100   Value* _startingPathNumber; // The Value for the current pathNumber.
101   Value* _endingPathNumber; // The Value for the current pathNumber.
102   PHINode* _pathPHI; // The PHINode for current pathNumber.
103 };
104
105 // --------------------------------------------------------------------------
106 // BLInstrumentationEdge extends BallLarusEdge with data about the
107 // instrumentation that will end up on each edge.
108 // --------------------------------------------------------------------------
109 class BLInstrumentationEdge : public BallLarusEdge {
110 public:
111   BLInstrumentationEdge(BLInstrumentationNode* source,
112                         BLInstrumentationNode* target);
113
114   // Sets the target node of this edge.  Required to split edges.
115   void setTarget(BallLarusNode* node);
116
117   // Get/set whether edge is in the spanning tree.
118   bool isInSpanningTree() const;
119   void setIsInSpanningTree(bool isInSpanningTree);
120
121   // Get/ set whether this edge will be instrumented with a path number
122   // initialization.
123   bool isInitialization() const;
124   void setIsInitialization(bool isInitialization);
125
126   // Get/set whether this edge will be instrumented with a path counter
127   // increment.  Notice this is incrementing the path counter
128   // corresponding to the path number register.  The path number
129   // increment is determined by getIncrement().
130   bool isCounterIncrement() const;
131   void setIsCounterIncrement(bool isCounterIncrement);
132
133   // Get/set the path number increment that this edge will be instrumented
134   // with.  This is distinct from the path counter increment and the
135   // weight.  The counter increment counts the number of executions of
136   // some path, whereas the path number keeps track of which path number
137   // the program is on.
138   long getIncrement() const;
139   void setIncrement(long increment);
140
141   // Get/set whether the edge has been instrumented.
142   bool hasInstrumentation();
143   void setHasInstrumentation(bool hasInstrumentation);
144
145   // Returns the successor number of this edge in the source.
146   unsigned getSuccessorNumber();
147
148 private:
149   // The increment that the code will be instrumented with.
150   long long _increment;
151
152   // Whether this edge is in the spanning tree.
153   bool _isInSpanningTree;
154
155   // Whether this edge is an initialiation of the path number.
156   bool _isInitialization;
157
158   // Whether this edge is a path counter increment.
159   bool _isCounterIncrement;
160
161   // Whether this edge has been instrumented.
162   bool _hasInstrumentation;
163 };
164
165 // ---------------------------------------------------------------------------
166 // BLInstrumentationDag extends BallLarusDag with algorithms that
167 // determine where instrumentation should be placed.
168 // ---------------------------------------------------------------------------
169 class BLInstrumentationDag : public BallLarusDag {
170 public:
171   BLInstrumentationDag(Function &F);
172
173   // Returns the Exit->Root edge. This edge is required for creating
174   // directed cycles in the algorithm for moving instrumentation off of
175   // the spanning tree
176   BallLarusEdge* getExitRootEdge();
177
178   // Returns an array of phony edges which mark those nodes
179   // with function calls
180   BLEdgeVector getCallPhonyEdges();
181
182   // Gets/sets the path counter array
183   GlobalVariable* getCounterArray();
184   void setCounterArray(GlobalVariable* c);
185
186   // Calculates the increments for the chords, thereby removing
187   // instrumentation from the spanning tree edges. Implementation is based
188   // on the algorithm in Figure 4 of [Ball94]
189   void calculateChordIncrements();
190
191   // Updates the state when an edge has been split
192   void splitUpdate(BLInstrumentationEdge* formerEdge, BasicBlock* newBlock);
193
194   // Calculates a spanning tree of the DAG ignoring cycles.  Whichever
195   // edges are in the spanning tree will not be instrumented, but this
196   // implementation does not try to minimize the instrumentation overhead
197   // by trying to find hot edges.
198   void calculateSpanningTree();
199
200   // Pushes initialization further down in order to group the first
201   // increment and initialization.
202   void pushInitialization();
203
204   // Pushes the path counter increments up in order to group the last path
205   // number increment.
206   void pushCounters();
207
208   // Removes phony edges from the successor list of the source, and the
209   // predecessor list of the target.
210   void unlinkPhony();
211
212   // Generate dot graph for the function
213   void generateDotGraph();
214
215 protected:
216   // BLInstrumentationDag creates BLInstrumentationNode objects in this
217   // method overriding the creation of BallLarusNode objects.
218   //
219   // Allows subclasses to determine which type of Node is created.
220   // Override this method to produce subclasses of BallLarusNode if
221   // necessary.
222   virtual BallLarusNode* createNode(BasicBlock* BB);
223
224   // BLInstrumentationDag create BLInstrumentationEdges.
225   //
226   // Allows subclasses to determine which type of Edge is created.
227   // Override this method to produce subclasses of BallLarusEdge if
228   // necessary.  Parameters source and target will have been created by
229   // createNode and can be cast to the subclass of BallLarusNode*
230   // returned by createNode.
231   virtual BallLarusEdge* createEdge(
232     BallLarusNode* source, BallLarusNode* target, unsigned edgeNumber);
233
234 private:
235   BLEdgeVector _treeEdges; // All edges in the spanning tree.
236   BLEdgeVector _chordEdges; // All edges not in the spanning tree.
237   GlobalVariable* _counterArray; // Array to store path counters
238
239   // Removes the edge from the appropriate predecessor and successor lists.
240   void unlinkEdge(BallLarusEdge* edge);
241
242   // Makes an edge part of the spanning tree.
243   void makeEdgeSpanning(BLInstrumentationEdge* edge);
244
245   // Pushes initialization and calls itself recursively.
246   void pushInitializationFromEdge(BLInstrumentationEdge* edge);
247
248   // Pushes path counter increments up recursively.
249   void pushCountersFromEdge(BLInstrumentationEdge* edge);
250
251   // Depth first algorithm for determining the chord increments.f
252   void calculateChordIncrementsDfs(
253     long weight, BallLarusNode* v, BallLarusEdge* e);
254
255   // Determines the relative direction of two edges.
256   int calculateChordIncrementsDir(BallLarusEdge* e, BallLarusEdge* f);
257 };
258
259 // ---------------------------------------------------------------------------
260 // PathProfiler is a module pass which instruments path profiling instructions
261 // ---------------------------------------------------------------------------
262 class PathProfiler : public ModulePass {
263 private:
264   // Current context for multi threading support.
265   LLVMContext* Context;
266
267   // Which function are we currently instrumenting
268   unsigned currentFunctionNumber;
269
270   // The function prototype in the profiling runtime for incrementing a
271   // single path counter in a hash table.
272   Constant* llvmIncrementHashFunction;
273   Constant* llvmDecrementHashFunction;
274
275   // Instruments each function with path profiling.  'main' is instrumented
276   // with code to save the profile to disk.
277   bool runOnModule(Module &M);
278
279   // Analyzes the function for Ball-Larus path profiling, and inserts code.
280   void runOnFunction(std::vector<Constant*> &ftInit, Function &F, Module &M);
281
282   // Creates an increment constant representing incr.
283   ConstantInt* createIncrementConstant(long incr, int bitsize);
284
285   // Creates an increment constant representing the value in
286   // edge->getIncrement().
287   ConstantInt* createIncrementConstant(BLInstrumentationEdge* edge);
288
289   // Finds the insertion point after pathNumber in block.  PathNumber may
290   // be NULL.
291   BasicBlock::iterator getInsertionPoint(
292     BasicBlock* block, Value* pathNumber);
293
294   // Inserts source's pathNumber Value* into target.  Target may or may not
295   // have multiple predecessors, and may or may not have its phiNode
296   // initalized.
297   void pushValueIntoNode(
298     BLInstrumentationNode* source, BLInstrumentationNode* target);
299
300   // Inserts source's pathNumber Value* into the appropriate slot of
301   // target's phiNode.
302   void pushValueIntoPHI(
303     BLInstrumentationNode* target, BLInstrumentationNode* source);
304
305   // The Value* in node, oldVal,  is updated with a Value* correspodning to
306   // oldVal + addition.
307   void insertNumberIncrement(BLInstrumentationNode* node, Value* addition,
308                              bool atBeginning);
309
310   // Creates a counter increment in the given node.  The Value* in node is
311   // taken as the index into a hash table.
312   void insertCounterIncrement(
313     Value* incValue,
314     BasicBlock::iterator insertPoint,
315     BLInstrumentationDag* dag,
316     bool increment = true);
317
318   // A PHINode is created in the node, and its values initialized to -1U.
319   void preparePHI(BLInstrumentationNode* node);
320
321   // Inserts instrumentation for the given edge
322   //
323   // Pre: The edge's source node has pathNumber set if edge is non zero
324   // path number increment.
325   //
326   // Post: Edge's target node has a pathNumber set to the path number Value
327   // corresponding to the value of the path register after edge's
328   // execution.
329   void insertInstrumentationStartingAt(
330     BLInstrumentationEdge* edge,
331     BLInstrumentationDag* dag);
332
333   // If this edge is a critical edge, then inserts a node at this edge.
334   // This edge becomes the first edge, and a new BallLarusEdge is created.
335   bool splitCritical(BLInstrumentationEdge* edge, BLInstrumentationDag* dag);
336
337   // Inserts instrumentation according to the marked edges in dag.  Phony
338   // edges must be unlinked from the DAG, but accessible from the
339   // backedges.  Dag must have initializations, path number increments, and
340   // counter increments present.
341   //
342   // Counter storage is created here.
343   void insertInstrumentation( BLInstrumentationDag& dag, Module &M);
344
345 public:
346   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
347   PathProfiler() : ModulePass(ID) {
348     initializePathProfilerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
349   }
350
351   virtual const char *getPassName() const {
352     return "Path Profiler";
353   }
354 };
355 } // end anonymous namespace
356
357 // Should we print the dot-graphs
358 static cl::opt<bool> DotPathDag("path-profile-pathdag", cl::Hidden,
359         cl::desc("Output the path profiling DAG for each function."));
360
361 // Register the path profiler as a pass
362 char PathProfiler::ID = 0;
363 INITIALIZE_PASS(PathProfiler, "insert-path-profiling",
364                 "Insert instrumentation for Ball-Larus path profiling",
365                 false, false)
366
367 ModulePass *llvm::createPathProfilerPass() { return new PathProfiler(); }
368
369 namespace llvm {
370   class PathProfilingFunctionTable {};
371
372   // Type for global array storing references to hashes or arrays
373   template<bool xcompile> class TypeBuilder<PathProfilingFunctionTable,
374                                             xcompile> {
375   public:
376     static StructType *get(LLVMContext& C) {
377       return( StructType::get(
378                 TypeBuilder<types::i<32>, xcompile>::get(C), // type
379                 TypeBuilder<types::i<32>, xcompile>::get(C), // array size
380                 TypeBuilder<types::i<8>*, xcompile>::get(C), // array/hash ptr
381                 NULL));
382     }
383   };
384
385   typedef TypeBuilder<PathProfilingFunctionTable, true>
386   ftEntryTypeBuilder;
387
388   // BallLarusEdge << operator overloading
389   raw_ostream& operator<<(raw_ostream& os,
390                           const BLInstrumentationEdge& edge)
391       LLVM_ATTRIBUTE_USED;
392   raw_ostream& operator<<(raw_ostream& os,
393                           const BLInstrumentationEdge& edge) {
394     os << "[" << edge.getSource()->getName() << " -> "
395        << edge.getTarget()->getName() << "] init: "
396        << (edge.isInitialization() ? "yes" : "no")
397        << " incr:" << edge.getIncrement() << " cinc: "
398        << (edge.isCounterIncrement() ? "yes" : "no");
399     return(os);
400   }
401 }
402
403 // Creates a new BLInstrumentationNode from a BasicBlock.
404 BLInstrumentationNode::BLInstrumentationNode(BasicBlock* BB) :
405   BallLarusNode(BB),
406   _startingPathNumber(NULL), _endingPathNumber(NULL), _pathPHI(NULL) {}
407
408 // Constructor for BLInstrumentationEdge.
409 BLInstrumentationEdge::BLInstrumentationEdge(BLInstrumentationNode* source,
410                                              BLInstrumentationNode* target)
411   : BallLarusEdge(source, target, 0),
412     _increment(0), _isInSpanningTree(false), _isInitialization(false),
413     _isCounterIncrement(false), _hasInstrumentation(false) {}
414
415 // Sets the target node of this edge.  Required to split edges.
416 void BLInstrumentationEdge::setTarget(BallLarusNode* node) {
417   _target = node;
418 }
419
420 // Returns whether this edge is in the spanning tree.
421 bool BLInstrumentationEdge::isInSpanningTree() const {
422   return(_isInSpanningTree);
423 }
424
425 // Sets whether this edge is in the spanning tree.
426 void BLInstrumentationEdge::setIsInSpanningTree(bool isInSpanningTree) {
427   _isInSpanningTree = isInSpanningTree;
428 }
429
430 // Returns whether this edge will be instrumented with a path number
431 // initialization.
432 bool BLInstrumentationEdge::isInitialization() const {
433   return(_isInitialization);
434 }
435
436 // Sets whether this edge will be instrumented with a path number
437 // initialization.
438 void BLInstrumentationEdge::setIsInitialization(bool isInitialization) {
439   _isInitialization = isInitialization;
440 }
441
442 // Returns whether this edge will be instrumented with a path counter
443 // increment.  Notice this is incrementing the path counter
444 // corresponding to the path number register.  The path number
445 // increment is determined by getIncrement().
446 bool BLInstrumentationEdge::isCounterIncrement() const {
447   return(_isCounterIncrement);
448 }
449
450 // Sets whether this edge will be instrumented with a path counter
451 // increment.
452 void BLInstrumentationEdge::setIsCounterIncrement(bool isCounterIncrement) {
453   _isCounterIncrement = isCounterIncrement;
454 }
455
456 // Gets the path number increment that this edge will be instrumented
457 // with.  This is distinct from the path counter increment and the
458 // weight.  The counter increment is counts the number of executions of
459 // some path, whereas the path number keeps track of which path number
460 // the program is on.
461 long BLInstrumentationEdge::getIncrement() const {
462   return(_increment);
463 }
464
465 // Set whether this edge will be instrumented with a path number
466 // increment.
467 void BLInstrumentationEdge::setIncrement(long increment) {
468   _increment = increment;
469 }
470
471 // True iff the edge has already been instrumented.
472 bool BLInstrumentationEdge::hasInstrumentation() {
473   return(_hasInstrumentation);
474 }
475
476 // Set whether this edge has been instrumented.
477 void BLInstrumentationEdge::setHasInstrumentation(bool hasInstrumentation) {
478   _hasInstrumentation = hasInstrumentation;
479 }
480
481 // Returns the successor number of this edge in the source.
482 unsigned BLInstrumentationEdge::getSuccessorNumber() {
483   BallLarusNode* sourceNode = getSource();
484   BallLarusNode* targetNode = getTarget();
485   BasicBlock* source = sourceNode->getBlock();
486   BasicBlock* target = targetNode->getBlock();
487
488   if(source == NULL || target == NULL)
489     return(0);
490
491   TerminatorInst* terminator = source->getTerminator();
492
493         unsigned i;
494   for(i=0; i < terminator->getNumSuccessors(); i++) {
495     if(terminator->getSuccessor(i) == target)
496       break;
497   }
498
499   return(i);
500 }
501
502 // BLInstrumentationDag constructor initializes a DAG for the given Function.
503 BLInstrumentationDag::BLInstrumentationDag(Function &F) : BallLarusDag(F),
504                                                           _counterArray(0) {
505 }
506
507 // Returns the Exit->Root edge. This edge is required for creating
508 // directed cycles in the algorithm for moving instrumentation off of
509 // the spanning tree
510 BallLarusEdge* BLInstrumentationDag::getExitRootEdge() {
511   BLEdgeIterator erEdge = getExit()->succBegin();
512   return(*erEdge);
513 }
514
515 BLEdgeVector BLInstrumentationDag::getCallPhonyEdges () {
516   BLEdgeVector callEdges;
517
518   for( BLEdgeIterator edge = _edges.begin(), end = _edges.end();
519        edge != end; edge++ ) {
520     if( (*edge)->getType() == BallLarusEdge::CALLEDGE_PHONY )
521       callEdges.push_back(*edge);
522   }
523
524   return callEdges;
525 }
526
527 // Gets the path counter array
528 GlobalVariable* BLInstrumentationDag::getCounterArray() {
529   return _counterArray;
530 }
531
532 void BLInstrumentationDag::setCounterArray(GlobalVariable* c) {
533   _counterArray = c;
534 }
535
536 // Calculates the increment for the chords, thereby removing
537 // instrumentation from the spanning tree edges. Implementation is based on
538 // the algorithm in Figure 4 of [Ball94]
539 void BLInstrumentationDag::calculateChordIncrements() {
540   calculateChordIncrementsDfs(0, getRoot(), NULL);
541
542   BLInstrumentationEdge* chord;
543   for(BLEdgeIterator chordEdge = _chordEdges.begin(),
544       end = _chordEdges.end(); chordEdge != end; chordEdge++) {
545     chord = (BLInstrumentationEdge*) *chordEdge;
546     chord->setIncrement(chord->getIncrement() + chord->getWeight());
547   }
548 }
549
550 // Updates the state when an edge has been split
551 void BLInstrumentationDag::splitUpdate(BLInstrumentationEdge* formerEdge,
552                                        BasicBlock* newBlock) {
553   BallLarusNode* oldTarget = formerEdge->getTarget();
554   BallLarusNode* newNode = addNode(newBlock);
555   formerEdge->setTarget(newNode);
556   newNode->addPredEdge(formerEdge);
557
558   DEBUG(dbgs() << "  Edge split: " << *formerEdge << "\n");
559
560   oldTarget->removePredEdge(formerEdge);
561   BallLarusEdge* newEdge = addEdge(newNode, oldTarget,0);
562
563   if( formerEdge->getType() == BallLarusEdge::BACKEDGE ||
564                         formerEdge->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE) {
565                 newEdge->setType(formerEdge->getType());
566     newEdge->setPhonyRoot(formerEdge->getPhonyRoot());
567     newEdge->setPhonyExit(formerEdge->getPhonyExit());
568     formerEdge->setType(BallLarusEdge::NORMAL);
569                 formerEdge->setPhonyRoot(NULL);
570     formerEdge->setPhonyExit(NULL);
571   }
572 }
573
574 // Calculates a spanning tree of the DAG ignoring cycles.  Whichever
575 // edges are in the spanning tree will not be instrumented, but this
576 // implementation does not try to minimize the instrumentation overhead
577 // by trying to find hot edges.
578 void BLInstrumentationDag::calculateSpanningTree() {
579   std::stack<BallLarusNode*> dfsStack;
580
581   for(BLNodeIterator nodeIt = _nodes.begin(), end = _nodes.end();
582       nodeIt != end; nodeIt++) {
583     (*nodeIt)->setColor(BallLarusNode::WHITE);
584   }
585
586   dfsStack.push(getRoot());
587   while(dfsStack.size() > 0) {
588     BallLarusNode* node = dfsStack.top();
589     dfsStack.pop();
590
591     if(node->getColor() == BallLarusNode::WHITE)
592       continue;
593
594     BallLarusNode* nextNode;
595     bool forward = true;
596     BLEdgeIterator succEnd = node->succEnd();
597
598     node->setColor(BallLarusNode::WHITE);
599     // first iterate over successors then predecessors
600     for(BLEdgeIterator edge = node->succBegin(), predEnd = node->predEnd();
601         edge != predEnd; edge++) {
602       if(edge == succEnd) {
603         edge = node->predBegin();
604         forward = false;
605       }
606
607       // Ignore split edges
608       if ((*edge)->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE)
609         continue;
610
611       nextNode = forward? (*edge)->getTarget(): (*edge)->getSource();
612       if(nextNode->getColor() != BallLarusNode::WHITE) {
613         nextNode->setColor(BallLarusNode::WHITE);
614         makeEdgeSpanning((BLInstrumentationEdge*)(*edge));
615       }
616     }
617   }
618
619   for(BLEdgeIterator edge = _edges.begin(), end = _edges.end();
620       edge != end; edge++) {
621     BLInstrumentationEdge* instEdge = (BLInstrumentationEdge*) (*edge);
622       // safe since createEdge is overriden
623     if(!instEdge->isInSpanningTree() && (*edge)->getType()
624         != BallLarusEdge::SPLITEDGE)
625       _chordEdges.push_back(instEdge);
626   }
627 }
628
629 // Pushes initialization further down in order to group the first
630 // increment and initialization.
631 void BLInstrumentationDag::pushInitialization() {
632   BLInstrumentationEdge* exitRootEdge =
633                 (BLInstrumentationEdge*) getExitRootEdge();
634   exitRootEdge->setIsInitialization(true);
635   pushInitializationFromEdge(exitRootEdge);
636 }
637
638 // Pushes the path counter increments up in order to group the last path
639 // number increment.
640 void BLInstrumentationDag::pushCounters() {
641   BLInstrumentationEdge* exitRootEdge =
642     (BLInstrumentationEdge*) getExitRootEdge();
643   exitRootEdge->setIsCounterIncrement(true);
644   pushCountersFromEdge(exitRootEdge);
645 }
646
647 // Removes phony edges from the successor list of the source, and the
648 // predecessor list of the target.
649 void BLInstrumentationDag::unlinkPhony() {
650   BallLarusEdge* edge;
651
652   for(BLEdgeIterator next = _edges.begin(),
653       end = _edges.end(); next != end; next++) {
654     edge = (*next);
655
656     if( edge->getType() == BallLarusEdge::BACKEDGE_PHONY ||
657         edge->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE_PHONY ||
658         edge->getType() == BallLarusEdge::CALLEDGE_PHONY ) {
659       unlinkEdge(edge);
660     }
661   }
662 }
663
664 // Generate a .dot graph to represent the DAG and pathNumbers
665 void BLInstrumentationDag::generateDotGraph() {
666   std::string errorInfo;
667   std::string functionName = getFunction().getName().str();
668   std::string filename = "pathdag." + functionName + ".dot";
669
670   DEBUG (dbgs() << "Writing '" << filename << "'...\n");
671   raw_fd_ostream dotFile(filename.c_str(), errorInfo);
672
673   if (!errorInfo.empty()) {
674     errs() << "Error opening '" << filename.c_str() <<"' for writing!";
675     errs() << "\n";
676     return;
677   }
678
679   dotFile << "digraph " << functionName << " {\n";
680
681   for( BLEdgeIterator edge = _edges.begin(), end = _edges.end();
682        edge != end; edge++) {
683     std::string sourceName = (*edge)->getSource()->getName();
684     std::string targetName = (*edge)->getTarget()->getName();
685
686     dotFile << "\t\"" << sourceName.c_str() << "\" -> \""
687             << targetName.c_str() << "\" ";
688
689     long inc = ((BLInstrumentationEdge*)(*edge))->getIncrement();
690
691     switch( (*edge)->getType() ) {
692     case BallLarusEdge::NORMAL:
693       dotFile << "[label=" << inc << "] [color=black];\n";
694       break;
695
696     case BallLarusEdge::BACKEDGE:
697       dotFile << "[color=cyan];\n";
698       break;
699
700     case BallLarusEdge::BACKEDGE_PHONY:
701       dotFile << "[label=" << inc
702               << "] [color=blue];\n";
703       break;
704
705     case BallLarusEdge::SPLITEDGE:
706       dotFile << "[color=violet];\n";
707       break;
708
709     case BallLarusEdge::SPLITEDGE_PHONY:
710       dotFile << "[label=" << inc << "] [color=red];\n";
711       break;
712
713     case BallLarusEdge::CALLEDGE_PHONY:
714       dotFile << "[label=" << inc     << "] [color=green];\n";
715       break;
716     }
717   }
718
719   dotFile << "}\n";
720 }
721
722 // Allows subclasses to determine which type of Node is created.
723 // Override this method to produce subclasses of BallLarusNode if
724 // necessary. The destructor of BallLarusDag will call free on each pointer
725 // created.
726 BallLarusNode* BLInstrumentationDag::createNode(BasicBlock* BB) {
727   return( new BLInstrumentationNode(BB) );
728 }
729
730 // Allows subclasses to determine which type of Edge is created.
731 // Override this method to produce subclasses of BallLarusEdge if
732 // necessary. The destructor of BallLarusDag will call free on each pointer
733 // created.
734 BallLarusEdge* BLInstrumentationDag::createEdge(BallLarusNode* source,
735                                                 BallLarusNode* target, unsigned edgeNumber) {
736   // One can cast from BallLarusNode to BLInstrumentationNode since createNode
737   // is overriden to produce BLInstrumentationNode.
738   return( new BLInstrumentationEdge((BLInstrumentationNode*)source,
739                                     (BLInstrumentationNode*)target) );
740 }
741
742 // Sets the Value corresponding to the pathNumber register, constant,
743 // or phinode.  Used by the instrumentation code to remember path
744 // number Values.
745 Value* BLInstrumentationNode::getStartingPathNumber(){
746   return(_startingPathNumber);
747 }
748
749 // Sets the Value of the pathNumber.  Used by the instrumentation code.
750 void BLInstrumentationNode::setStartingPathNumber(Value* pathNumber) {
751   DEBUG(dbgs() << "  SPN-" << getName() << " <-- " << (pathNumber ?
752                                                        pathNumber->getName() :
753                                                        "unused") << "\n");
754   _startingPathNumber = pathNumber;
755 }
756
757 Value* BLInstrumentationNode::getEndingPathNumber(){
758   return(_endingPathNumber);
759 }
760
761 void BLInstrumentationNode::setEndingPathNumber(Value* pathNumber) {
762   DEBUG(dbgs() << "  EPN-" << getName() << " <-- "
763                << (pathNumber ? pathNumber->getName() : "unused") << "\n");
764   _endingPathNumber = pathNumber;
765 }
766
767 // Get the PHINode Instruction for this node.  Used by instrumentation
768 // code.
769 PHINode* BLInstrumentationNode::getPathPHI() {
770   return(_pathPHI);
771 }
772
773 // Set the PHINode Instruction for this node.  Used by instrumentation
774 // code.
775 void BLInstrumentationNode::setPathPHI(PHINode* pathPHI) {
776   _pathPHI = pathPHI;
777 }
778
779 // Removes the edge from the appropriate predecessor and successor
780 // lists.
781 void BLInstrumentationDag::unlinkEdge(BallLarusEdge* edge) {
782   if(edge == getExitRootEdge())
783     DEBUG(dbgs() << " Removing exit->root edge\n");
784
785   edge->getSource()->removeSuccEdge(edge);
786   edge->getTarget()->removePredEdge(edge);
787 }
788
789 // Makes an edge part of the spanning tree.
790 void BLInstrumentationDag::makeEdgeSpanning(BLInstrumentationEdge* edge) {
791   edge->setIsInSpanningTree(true);
792   _treeEdges.push_back(edge);
793 }
794
795 // Pushes initialization and calls itself recursively.
796 void BLInstrumentationDag::pushInitializationFromEdge(
797   BLInstrumentationEdge* edge) {
798   BallLarusNode* target;
799
800   target = edge->getTarget();
801   if( target->getNumberPredEdges() > 1 || target == getExit() ) {
802     return;
803   } else {
804     for(BLEdgeIterator next = target->succBegin(),
805           end = target->succEnd(); next != end; next++) {
806       BLInstrumentationEdge* intoEdge = (BLInstrumentationEdge*) *next;
807
808       // Skip split edges
809       if (intoEdge->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE)
810         continue;
811
812       intoEdge->setIncrement(intoEdge->getIncrement() +
813                              edge->getIncrement());
814       intoEdge->setIsInitialization(true);
815       pushInitializationFromEdge(intoEdge);
816     }
817
818     edge->setIncrement(0);
819     edge->setIsInitialization(false);
820   }
821 }
822
823 // Pushes path counter increments up recursively.
824 void BLInstrumentationDag::pushCountersFromEdge(BLInstrumentationEdge* edge) {
825   BallLarusNode* source;
826
827   source = edge->getSource();
828   if(source->getNumberSuccEdges() > 1 || source == getRoot()
829      || edge->isInitialization()) {
830     return;
831   } else {
832     for(BLEdgeIterator previous = source->predBegin(),
833           end = source->predEnd(); previous != end; previous++) {
834       BLInstrumentationEdge* fromEdge = (BLInstrumentationEdge*) *previous;
835
836       // Skip split edges
837       if (fromEdge->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE)
838         continue;
839
840       fromEdge->setIncrement(fromEdge->getIncrement() +
841                              edge->getIncrement());
842       fromEdge->setIsCounterIncrement(true);
843       pushCountersFromEdge(fromEdge);
844     }
845
846     edge->setIncrement(0);
847     edge->setIsCounterIncrement(false);
848   }
849 }
850
851 // Depth first algorithm for determining the chord increments.
852 void BLInstrumentationDag::calculateChordIncrementsDfs(long weight,
853                                                        BallLarusNode* v, BallLarusEdge* e) {
854   BLInstrumentationEdge* f;
855
856   for(BLEdgeIterator treeEdge = _treeEdges.begin(),
857         end = _treeEdges.end(); treeEdge != end; treeEdge++) {
858     f = (BLInstrumentationEdge*) *treeEdge;
859     if(e != f && v == f->getTarget()) {
860       calculateChordIncrementsDfs(
861         calculateChordIncrementsDir(e,f)*(weight) +
862         f->getWeight(), f->getSource(), f);
863     }
864     if(e != f && v == f->getSource()) {
865       calculateChordIncrementsDfs(
866         calculateChordIncrementsDir(e,f)*(weight) +
867         f->getWeight(), f->getTarget(), f);
868     }
869   }
870
871   for(BLEdgeIterator chordEdge = _chordEdges.begin(),
872         end = _chordEdges.end(); chordEdge != end; chordEdge++) {
873     f = (BLInstrumentationEdge*) *chordEdge;
874     if(v == f->getSource() || v == f->getTarget()) {
875       f->setIncrement(f->getIncrement() +
876                       calculateChordIncrementsDir(e,f)*weight);
877     }
878   }
879 }
880
881 // Determines the relative direction of two edges.
882 int BLInstrumentationDag::calculateChordIncrementsDir(BallLarusEdge* e,
883                                                       BallLarusEdge* f) {
884   if( e == NULL)
885     return(1);
886   else if(e->getSource() == f->getTarget()
887           || e->getTarget() == f->getSource())
888     return(1);
889
890   return(-1);
891 }
892
893 // Creates an increment constant representing incr.
894 ConstantInt* PathProfiler::createIncrementConstant(long incr,
895                                                    int bitsize) {
896   return(ConstantInt::get(IntegerType::get(*Context, 32), incr));
897 }
898
899 // Creates an increment constant representing the value in
900 // edge->getIncrement().
901 ConstantInt* PathProfiler::createIncrementConstant(
902   BLInstrumentationEdge* edge) {
903   return(createIncrementConstant(edge->getIncrement(), 32));
904 }
905
906 // Finds the insertion point after pathNumber in block.  PathNumber may
907 // be NULL.
908 BasicBlock::iterator PathProfiler::getInsertionPoint(BasicBlock* block, Value*
909                                                      pathNumber) {
910   if(pathNumber == NULL || isa<ConstantInt>(pathNumber)
911      || (((Instruction*)(pathNumber))->getParent()) != block) {
912     return(block->getFirstInsertionPt());
913   } else {
914     Instruction* pathNumberInst = (Instruction*) (pathNumber);
915     BasicBlock::iterator insertPoint;
916     BasicBlock::iterator end = block->end();
917
918     for(insertPoint = block->begin();
919         insertPoint != end; insertPoint++) {
920       Instruction* insertInst = &(*insertPoint);
921
922       if(insertInst == pathNumberInst)
923         return(++insertPoint);
924     }
925
926     return(insertPoint);
927   }
928 }
929
930 // A PHINode is created in the node, and its values initialized to -1U.
931 void PathProfiler::preparePHI(BLInstrumentationNode* node) {
932   BasicBlock* block = node->getBlock();
933   BasicBlock::iterator insertPoint = block->getFirstInsertionPt();
934   pred_iterator PB = pred_begin(node->getBlock()),
935           PE = pred_end(node->getBlock());
936   PHINode* phi = PHINode::Create(Type::getInt32Ty(*Context),
937                                  std::distance(PB, PE), "pathNumber",
938                                  insertPoint );
939   node->setPathPHI(phi);
940   node->setStartingPathNumber(phi);
941   node->setEndingPathNumber(phi);
942
943   for(pred_iterator predIt = PB; predIt != PE; predIt++) {
944     BasicBlock* pred = (*predIt);
945
946     if(pred != NULL)
947       phi->addIncoming(createIncrementConstant((long)-1, 32), pred);
948   }
949 }
950
951 // Inserts source's pathNumber Value* into target.  Target may or may not
952 // have multiple predecessors, and may or may not have its phiNode
953 // initalized.
954 void PathProfiler::pushValueIntoNode(BLInstrumentationNode* source,
955                                      BLInstrumentationNode* target) {
956   if(target->getBlock() == NULL)
957     return;
958
959
960   if(target->getNumberPredEdges() <= 1) {
961     assert(target->getStartingPathNumber() == NULL &&
962            "Target already has path number");
963     target->setStartingPathNumber(source->getEndingPathNumber());
964     target->setEndingPathNumber(source->getEndingPathNumber());
965     DEBUG(dbgs() << "  Passing path number"
966           << (source->getEndingPathNumber() ? "" : " (null)")
967           << " value through.\n");
968   } else {
969     if(target->getPathPHI() == NULL) {
970       DEBUG(dbgs() << "  Initializing PHI node for block '"
971             << target->getName() << "'\n");
972       preparePHI(target);
973     }
974     pushValueIntoPHI(target, source);
975     DEBUG(dbgs() << "  Passing number value into PHI for block '"
976           << target->getName() << "'\n");
977   }
978 }
979
980 // Inserts source's pathNumber Value* into the appropriate slot of
981 // target's phiNode.
982 void PathProfiler::pushValueIntoPHI(BLInstrumentationNode* target,
983                                     BLInstrumentationNode* source) {
984   PHINode* phi = target->getPathPHI();
985   assert(phi != NULL && "  Tried to push value into node with PHI, but node"
986          " actually had no PHI.");
987   phi->removeIncomingValue(source->getBlock(), false);
988   phi->addIncoming(source->getEndingPathNumber(), source->getBlock());
989 }
990
991 // The Value* in node, oldVal,  is updated with a Value* correspodning to
992 // oldVal + addition.
993 void PathProfiler::insertNumberIncrement(BLInstrumentationNode* node,
994                                          Value* addition, bool atBeginning) {
995   BasicBlock* block = node->getBlock();
996   assert(node->getStartingPathNumber() != NULL);
997   assert(node->getEndingPathNumber() != NULL);
998
999   BasicBlock::iterator insertPoint;
1000
1001   if( atBeginning )
1002     insertPoint = block->getFirstInsertionPt();
1003   else
1004     insertPoint = block->getTerminator();
1005
1006   DEBUG(errs() << "  Creating addition instruction.\n");
1007   Value* newpn = BinaryOperator::Create(Instruction::Add,
1008                                         node->getStartingPathNumber(),
1009                                         addition, "pathNumber", insertPoint);
1010
1011   node->setEndingPathNumber(newpn);
1012
1013   if( atBeginning )
1014     node->setStartingPathNumber(newpn);
1015 }
1016
1017 // Creates a counter increment in the given node.  The Value* in node is
1018 // taken as the index into an array or hash table.  The hash table access
1019 // is a call to the runtime.
1020 void PathProfiler::insertCounterIncrement(Value* incValue,
1021                                           BasicBlock::iterator insertPoint,
1022                                           BLInstrumentationDag* dag,
1023                                           bool increment) {
1024   // Counter increment for array
1025   if( dag->getNumberOfPaths() <= HASH_THRESHHOLD ) {
1026     // Get pointer to the array location
1027     std::vector<Value*> gepIndices(2);
1028     gepIndices[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(*Context));
1029     gepIndices[1] = incValue;
1030
1031     GetElementPtrInst* pcPointer =
1032       GetElementPtrInst::Create(dag->getCounterArray(), gepIndices,
1033                                 "counterInc", insertPoint);
1034
1035     // Load from the array - call it oldPC
1036     LoadInst* oldPc = new LoadInst(pcPointer, "oldPC", insertPoint);
1037
1038     // Test to see whether adding 1 will overflow the counter
1039     ICmpInst* isMax = new ICmpInst(insertPoint, CmpInst::ICMP_ULT, oldPc,
1040                                    createIncrementConstant(0xffffffff, 32),
1041                                    "isMax");
1042
1043     // Select increment for the path counter based on overflow
1044     SelectInst* inc =
1045       SelectInst::Create( isMax, createIncrementConstant(increment?1:-1,32),
1046                           createIncrementConstant(0,32),
1047                           "pathInc", insertPoint);
1048
1049     // newPc = oldPc + inc
1050     BinaryOperator* newPc = BinaryOperator::Create(Instruction::Add,
1051                                                    oldPc, inc, "newPC",
1052                                                    insertPoint);
1053
1054     // Store back in to the array
1055     new StoreInst(newPc, pcPointer, insertPoint);
1056   } else { // Counter increment for hash
1057     std::vector<Value*> args(2);
1058     args[0] = ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(*Context),
1059                                currentFunctionNumber);
1060     args[1] = incValue;
1061
1062     CallInst::Create(
1063       increment ? llvmIncrementHashFunction : llvmDecrementHashFunction,
1064       args, "", insertPoint);
1065   }
1066 }
1067
1068 // Inserts instrumentation for the given edge
1069 //
1070 // Pre: The edge's source node has pathNumber set if edge is non zero
1071 // path number increment.
1072 //
1073 // Post: Edge's target node has a pathNumber set to the path number Value
1074 // corresponding to the value of the path register after edge's
1075 // execution.
1076 //
1077 // FIXME: This should be reworked so it's not recursive.
1078 void PathProfiler::insertInstrumentationStartingAt(BLInstrumentationEdge* edge,
1079                                                    BLInstrumentationDag* dag) {
1080   // Mark the edge as instrumented
1081   edge->setHasInstrumentation(true);
1082   DEBUG(dbgs() << "\nInstrumenting edge: " << (*edge) << "\n");
1083
1084   // create a new node for this edge's instrumentation
1085   splitCritical(edge, dag);
1086
1087   BLInstrumentationNode* sourceNode = (BLInstrumentationNode*)edge->getSource();
1088   BLInstrumentationNode* targetNode = (BLInstrumentationNode*)edge->getTarget();
1089   BLInstrumentationNode* instrumentNode;
1090   BLInstrumentationNode* nextSourceNode;
1091
1092   bool atBeginning = false;
1093
1094   // Source node has only 1 successor so any information can be simply
1095   // inserted in to it without splitting
1096   if( sourceNode->getBlock() && sourceNode->getNumberSuccEdges() <= 1) {
1097     DEBUG(dbgs() << "  Potential instructions to be placed in: "
1098           << sourceNode->getName() << " (at end)\n");
1099     instrumentNode = sourceNode;
1100     nextSourceNode = targetNode; // ... since we never made any new nodes
1101   }
1102
1103   // The target node only has one predecessor, so we can safely insert edge
1104   // instrumentation into it. If there was splitting, it must have been
1105   // successful.
1106   else if( targetNode->getNumberPredEdges() == 1 ) {
1107     DEBUG(dbgs() << "  Potential instructions to be placed in: "
1108           << targetNode->getName() << " (at beginning)\n");
1109     pushValueIntoNode(sourceNode, targetNode);
1110     instrumentNode = targetNode;
1111     nextSourceNode = NULL; // ... otherwise we'll just keep splitting
1112     atBeginning = true;
1113   }
1114
1115   // Somehow, splitting must have failed.
1116   else {
1117     errs() << "Instrumenting could not split a critical edge.\n";
1118     DEBUG(dbgs() << "  Couldn't split edge " << (*edge) << ".\n");
1119     return;
1120   }
1121
1122   // Insert instrumentation if this is a back or split edge
1123   if( edge->getType() == BallLarusEdge::BACKEDGE ||
1124       edge->getType() == BallLarusEdge::SPLITEDGE ) {
1125     BLInstrumentationEdge* top =
1126       (BLInstrumentationEdge*) edge->getPhonyRoot();
1127     BLInstrumentationEdge* bottom =
1128       (BLInstrumentationEdge*) edge->getPhonyExit();
1129
1130     assert( top->isInitialization() && " Top phony edge did not"
1131             " contain a path number initialization.");
1132     assert( bottom->isCounterIncrement() && " Bottom phony edge"
1133             " did not contain a path counter increment.");
1134
1135     // split edge has yet to be initialized
1136     if( !instrumentNode->getEndingPathNumber() ) {
1137       instrumentNode->setStartingPathNumber(createIncrementConstant(0,32));
1138       instrumentNode->setEndingPathNumber(createIncrementConstant(0,32));
1139     }
1140
1141     BasicBlock::iterator insertPoint = atBeginning ?
1142       instrumentNode->getBlock()->getFirstInsertionPt() :
1143       instrumentNode->getBlock()->getTerminator();
1144
1145     // add information from the bottom edge, if it exists
1146     if( bottom->getIncrement() ) {
1147       Value* newpn =
1148         BinaryOperator::Create(Instruction::Add,
1149                                instrumentNode->getStartingPathNumber(),
1150                                createIncrementConstant(bottom),
1151                                "pathNumber", insertPoint);
1152       instrumentNode->setEndingPathNumber(newpn);
1153     }
1154
1155     insertCounterIncrement(instrumentNode->getEndingPathNumber(),
1156                            insertPoint, dag);
1157
1158     if( atBeginning )
1159       instrumentNode->setStartingPathNumber(createIncrementConstant(top));
1160
1161     instrumentNode->setEndingPathNumber(createIncrementConstant(top));
1162
1163     // Check for path counter increments
1164     if( top->isCounterIncrement() ) {
1165       insertCounterIncrement(instrumentNode->getEndingPathNumber(),
1166                              instrumentNode->getBlock()->getTerminator(),dag);
1167       instrumentNode->setEndingPathNumber(0);
1168     }
1169   }
1170
1171   // Insert instrumentation if this is a normal edge
1172   else {
1173     BasicBlock::iterator insertPoint = atBeginning ?
1174       instrumentNode->getBlock()->getFirstInsertionPt() :
1175       instrumentNode->getBlock()->getTerminator();
1176
1177     if( edge->isInitialization() ) { // initialize path number
1178       instrumentNode->setEndingPathNumber(createIncrementConstant(edge));
1179     } else if( edge->getIncrement() )       {// increment path number
1180       Value* newpn =
1181         BinaryOperator::Create(Instruction::Add,
1182                                instrumentNode->getStartingPathNumber(),
1183                                createIncrementConstant(edge),
1184                                "pathNumber", insertPoint);
1185       instrumentNode->setEndingPathNumber(newpn);
1186
1187       if( atBeginning )
1188         instrumentNode->setStartingPathNumber(newpn);
1189     }
1190
1191     // Check for path counter increments
1192     if( edge->isCounterIncrement() ) {
1193       insertCounterIncrement(instrumentNode->getEndingPathNumber(),
1194                              insertPoint, dag);
1195       instrumentNode->setEndingPathNumber(0);
1196     }
1197   }
1198
1199   // Push it along
1200   if (nextSourceNode && instrumentNode->getEndingPathNumber())
1201     pushValueIntoNode(instrumentNode, nextSourceNode);
1202
1203   // Add all the successors
1204   for( BLEdgeIterator next = targetNode->succBegin(),
1205          end = targetNode->succEnd(); next != end; next++ ) {
1206     // So long as it is un-instrumented, add it to the list
1207     if( !((BLInstrumentationEdge*)(*next))->hasInstrumentation() )
1208       insertInstrumentationStartingAt((BLInstrumentationEdge*)*next,dag);
1209     else
1210       DEBUG(dbgs() << "  Edge " << *(BLInstrumentationEdge*)(*next)
1211             << " already instrumented.\n");
1212   }
1213 }
1214
1215 // Inserts instrumentation according to the marked edges in dag.  Phony edges
1216 // must be unlinked from the DAG, but accessible from the backedges.  Dag
1217 // must have initializations, path number increments, and counter increments
1218 // present.
1219 //
1220 // Counter storage is created here.
1221 void PathProfiler::insertInstrumentation(
1222   BLInstrumentationDag& dag, Module &M) {
1223
1224   BLInstrumentationEdge* exitRootEdge =
1225     (BLInstrumentationEdge*) dag.getExitRootEdge();
1226   insertInstrumentationStartingAt(exitRootEdge, &dag);
1227
1228   // Iterate through each call edge and apply the appropriate hash increment
1229   // and decrement functions
1230   BLEdgeVector callEdges = dag.getCallPhonyEdges();
1231   for( BLEdgeIterator edge = callEdges.begin(),
1232          end = callEdges.end(); edge != end; edge++ ) {
1233     BLInstrumentationNode* node =
1234       (BLInstrumentationNode*)(*edge)->getSource();
1235     BasicBlock::iterator insertPoint = node->getBlock()->getFirstInsertionPt();
1236
1237     // Find the first function call
1238     while( ((Instruction&)(*insertPoint)).getOpcode() != Instruction::Call )
1239       insertPoint++;
1240
1241     DEBUG(dbgs() << "\nInstrumenting method call block '"
1242                  << node->getBlock()->getName() << "'\n");
1243     DEBUG(dbgs() << "   Path number initialized: "
1244                  << ((node->getStartingPathNumber()) ? "yes" : "no") << "\n");
1245
1246     Value* newpn;
1247     if( node->getStartingPathNumber() ) {
1248       long inc = ((BLInstrumentationEdge*)(*edge))->getIncrement();
1249       if ( inc )
1250         newpn = BinaryOperator::Create(Instruction::Add,
1251                                        node->getStartingPathNumber(),
1252                                        createIncrementConstant(inc,32),
1253                                        "pathNumber", insertPoint);
1254       else
1255         newpn = node->getStartingPathNumber();
1256     } else {
1257       newpn = (Value*)createIncrementConstant(
1258         ((BLInstrumentationEdge*)(*edge))->getIncrement(), 32);
1259     }
1260
1261     insertCounterIncrement(newpn, insertPoint, &dag);
1262     insertCounterIncrement(newpn, node->getBlock()->getTerminator(),
1263                            &dag, false);
1264   }
1265 }
1266
1267 // Entry point of the module
1268 void PathProfiler::runOnFunction(std::vector<Constant*> &ftInit,
1269                                  Function &F, Module &M) {
1270   // Build DAG from CFG
1271   BLInstrumentationDag dag = BLInstrumentationDag(F);
1272   dag.init();
1273
1274   // give each path a unique integer value
1275   dag.calculatePathNumbers();
1276
1277   // modify path increments to increase the efficiency
1278   // of instrumentation
1279   dag.calculateSpanningTree();
1280   dag.calculateChordIncrements();
1281   dag.pushInitialization();
1282   dag.pushCounters();
1283   dag.unlinkPhony();
1284
1285   // potentially generate .dot graph for the dag
1286   if (DotPathDag)
1287     dag.generateDotGraph ();
1288
1289   // Should we store the information in an array or hash
1290   if( dag.getNumberOfPaths() <= HASH_THRESHHOLD ) {
1291     Type* t = ArrayType::get(Type::getInt32Ty(*Context),
1292                                    dag.getNumberOfPaths());
1293
1294     dag.setCounterArray(new GlobalVariable(M, t, false,
1295                                            GlobalValue::InternalLinkage,
1296                                            Constant::getNullValue(t), ""));
1297   }
1298
1299   insertInstrumentation(dag, M);
1300
1301   // Add to global function reference table
1302   unsigned type;
1303   Type* voidPtr = TypeBuilder<types::i<8>*, true>::get(*Context);
1304
1305   if( dag.getNumberOfPaths() <= HASH_THRESHHOLD )
1306     type = ProfilingArray;
1307   else
1308     type = ProfilingHash;
1309
1310   std::vector<Constant*> entryArray(3);
1311   entryArray[0] = createIncrementConstant(type,32);
1312   entryArray[1] = createIncrementConstant(dag.getNumberOfPaths(),32);
1313   entryArray[2] = dag.getCounterArray() ?
1314     ConstantExpr::getBitCast(dag.getCounterArray(), voidPtr) :
1315     Constant::getNullValue(voidPtr);
1316
1317   StructType* at = ftEntryTypeBuilder::get(*Context);
1318   ConstantStruct* functionEntry =
1319     (ConstantStruct*)ConstantStruct::get(at, entryArray);
1320   ftInit.push_back(functionEntry);
1321 }
1322
1323 // Output the bitcode if we want to observe instrumentation changess
1324 #define PRINT_MODULE dbgs() <<                               \
1325   "\n\n============= MODULE BEGIN ===============\n" << M << \
1326   "\n============== MODULE END ================\n"
1327
1328 bool PathProfiler::runOnModule(Module &M) {
1329   Context = &M.getContext();
1330
1331   DEBUG(dbgs()
1332         << "****************************************\n"
1333         << "****************************************\n"
1334         << "**                                    **\n"
1335         << "**   PATH PROFILING INSTRUMENTATION   **\n"
1336         << "**                                    **\n"
1337         << "****************************************\n"
1338         << "****************************************\n");
1339
1340   // No main, no instrumentation!
1341   Function *Main = M.getFunction("main");
1342
1343   // Using fortran? ... this kind of works
1344   if (!Main)
1345     Main = M.getFunction("MAIN__");
1346
1347   if (!Main) {
1348     errs() << "WARNING: cannot insert path profiling into a module"
1349            << " with no main function!\n";
1350     return false;
1351   }
1352
1353   llvmIncrementHashFunction = M.getOrInsertFunction(
1354     "llvm_increment_path_count",
1355     Type::getVoidTy(*Context), // return type
1356     Type::getInt32Ty(*Context), // function number
1357     Type::getInt32Ty(*Context), // path number
1358     NULL );
1359
1360   llvmDecrementHashFunction = M.getOrInsertFunction(
1361     "llvm_decrement_path_count",
1362     Type::getVoidTy(*Context), // return type
1363     Type::getInt32Ty(*Context), // function number
1364     Type::getInt32Ty(*Context), // path number
1365     NULL );
1366
1367   std::vector<Constant*> ftInit;
1368   unsigned functionNumber = 0;
1369   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; F++) {
1370     if (F->isDeclaration())
1371       continue;
1372
1373     DEBUG(dbgs() << "Function: " << F->getName() << "\n");
1374     functionNumber++;
1375
1376     // set function number
1377     currentFunctionNumber = functionNumber;
1378     runOnFunction(ftInit, *F, M);
1379   }
1380
1381   Type *t = ftEntryTypeBuilder::get(*Context);
1382   ArrayType* ftArrayType = ArrayType::get(t, ftInit.size());
1383   Constant* ftInitConstant = ConstantArray::get(ftArrayType, ftInit);
1384
1385   DEBUG(dbgs() << " ftArrayType:" << *ftArrayType << "\n");
1386
1387   GlobalVariable* functionTable =
1388     new GlobalVariable(M, ftArrayType, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1389                        ftInitConstant, "functionPathTable");
1390   Type *eltType = ftArrayType->getTypeAtIndex((unsigned)0);
1391   InsertProfilingInitCall(Main, "llvm_start_path_profiling", functionTable,
1392                           PointerType::getUnqual(eltType));
1393
1394   DEBUG(PRINT_MODULE);
1395
1396   return true;
1397 }
1398
1399 // If this edge is a critical edge, then inserts a node at this edge.
1400 // This edge becomes the first edge, and a new BallLarusEdge is created.
1401 // Returns true if the edge was split
1402 bool PathProfiler::splitCritical(BLInstrumentationEdge* edge,
1403                                  BLInstrumentationDag* dag) {
1404   unsigned succNum = edge->getSuccessorNumber();
1405   BallLarusNode* sourceNode = edge->getSource();
1406   BallLarusNode* targetNode = edge->getTarget();
1407   BasicBlock* sourceBlock = sourceNode->getBlock();
1408   BasicBlock* targetBlock = targetNode->getBlock();
1409
1410   if(sourceBlock == NULL || targetBlock == NULL
1411      || sourceNode->getNumberSuccEdges() <= 1
1412      || targetNode->getNumberPredEdges() == 1 ) {
1413     return(false);
1414   }
1415
1416   TerminatorInst* terminator = sourceBlock->getTerminator();
1417
1418   if( SplitCriticalEdge(terminator, succNum, this, false)) {
1419     BasicBlock* newBlock = terminator->getSuccessor(succNum);
1420     dag->splitUpdate(edge, newBlock);
1421     return(true);
1422   } else
1423     return(false);
1424 }