06b642c73c3a6d924d3be5d06b3d9e5b4af12be6
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / PlaceSafepoints.cpp
1 //===- PlaceSafepoints.cpp - Place GC Safepoints --------------------------===//
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 // Place garbage collection safepoints at appropriate locations in the IR. This
11 // does not make relocation semantics or variable liveness explicit.  That's
12 // done by RewriteStatepointsForGC.
13 //
14 // Terminology:
15 // - A call is said to be "parseable" if there is a stack map generated for the
16 // return PC of the call.  A runtime can determine where values listed in the
17 // deopt arguments and (after RewriteStatepointsForGC) gc arguments are located
18 // on the stack when the code is suspended inside such a call.  Every parse
19 // point is represented by a call wrapped in an gc.statepoint intrinsic.  
20 // - A "poll" is an explicit check in the generated code to determine if the
21 // runtime needs the generated code to cooperate by calling a helper routine
22 // and thus suspending its execution at a known state. The call to the helper
23 // routine will be parseable.  The (gc & runtime specific) logic of a poll is
24 // assumed to be provided in a function of the name "gc.safepoint_poll".
25 //
26 // We aim to insert polls such that running code can quickly be brought to a
27 // well defined state for inspection by the collector.  In the current
28 // implementation, this is done via the insertion of poll sites at method entry
29 // and the backedge of most loops.  We try to avoid inserting more polls than
30 // are neccessary to ensure a finite period between poll sites.  This is not
31 // because the poll itself is expensive in the generated code; it's not.  Polls
32 // do tend to impact the optimizer itself in negative ways; we'd like to avoid
33 // perturbing the optimization of the method as much as we can.
34 //
35 // We also need to make most call sites parseable.  The callee might execute a
36 // poll (or otherwise be inspected by the GC).  If so, the entire stack
37 // (including the suspended frame of the current method) must be parseable.
38 //
39 // This pass will insert:
40 // - Call parse points ("call safepoints") for any call which may need to
41 // reach a safepoint during the execution of the callee function.
42 // - Backedge safepoint polls and entry safepoint polls to ensure that
43 // executing code reaches a safepoint poll in a finite amount of time.
44 //
45 // We do not currently support return statepoints, but adding them would not
46 // be hard.  They are not required for correctness - entry safepoints are an
47 // alternative - but some GCs may prefer them.  Patches welcome.
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #include "llvm/Pass.h"
52 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
53 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
54 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
55 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
56 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
57 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
58 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
59 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
60 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
61 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
62 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
63 #include "llvm/IR/CallSite.h"
64 #include "llvm/IR/Dominators.h"
65 #include "llvm/IR/Function.h"
66 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
67 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
68 #include "llvm/IR/Instructions.h"
69 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
70 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
71 #include "llvm/IR/Module.h"
72 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
73 #include "llvm/IR/Value.h"
74 #include "llvm/IR/Verifier.h"
75 #include "llvm/Support/Debug.h"
76 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
77 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
78 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
79 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
80 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
81 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
82
83 #define DEBUG_TYPE "safepoint-placement"
84 STATISTIC(NumEntrySafepoints, "Number of entry safepoints inserted");
85 STATISTIC(NumCallSafepoints, "Number of call safepoints inserted");
86 STATISTIC(NumBackedgeSafepoints, "Number of backedge safepoints inserted");
87
88 STATISTIC(CallInLoop, "Number of loops w/o safepoints due to calls in loop");
89 STATISTIC(FiniteExecution, "Number of loops w/o safepoints finite execution");
90
91 using namespace llvm;
92
93 // Ignore oppurtunities to avoid placing safepoints on backedges, useful for
94 // validation
95 static cl::opt<bool> AllBackedges("spp-all-backedges", cl::Hidden,
96                                   cl::init(false));
97
98 /// If true, do not place backedge safepoints in counted loops.
99 static cl::opt<bool> SkipCounted("spp-counted", cl::Hidden, cl::init(true));
100
101 // If true, split the backedge of a loop when placing the safepoint, otherwise
102 // split the latch block itself.  Both are useful to support for
103 // experimentation, but in practice, it looks like splitting the backedge
104 // optimizes better.
105 static cl::opt<bool> SplitBackedge("spp-split-backedge", cl::Hidden,
106                                    cl::init(false));
107
108 // Print tracing output
109 static cl::opt<bool> TraceLSP("spp-trace", cl::Hidden, cl::init(false));
110
111 namespace {
112
113 /// An analysis pass whose purpose is to identify each of the backedges in
114 /// the function which require a safepoint poll to be inserted.
115 struct PlaceBackedgeSafepointsImpl : public FunctionPass {
116   static char ID;
117
118   /// The output of the pass - gives a list of each backedge (described by
119   /// pointing at the branch) which need a poll inserted.
120   std::vector<TerminatorInst *> PollLocations;
121
122   /// True unless we're running spp-no-calls in which case we need to disable
123   /// the call dependend placement opts.
124   bool CallSafepointsEnabled;
125
126   ScalarEvolution *SE = nullptr;
127   DominatorTree *DT = nullptr;
128   LoopInfo *LI = nullptr;
129   
130   PlaceBackedgeSafepointsImpl(bool CallSafepoints = false)
131       : FunctionPass(ID), CallSafepointsEnabled(CallSafepoints) {
132     initializePlaceBackedgeSafepointsImplPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
133   }
134
135   bool runOnLoop(Loop *);
136   void runOnLoopAndSubLoops(Loop *L) {
137     // Visit all the subloops
138     for (auto I = L->begin(), E = L->end(); I != E; I++)
139       runOnLoopAndSubLoops(*I);
140     runOnLoop(L);
141   }
142   
143   bool runOnFunction(Function &F) {
144     SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
145     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
146     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
147     for (auto I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; I++) {
148       runOnLoopAndSubLoops(*I);
149     }
150     return false;
151   }
152   
153   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
154     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
155     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
156     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
157     // We no longer modify the IR at all in this pass.  Thus all
158     // analysis are preserved.
159     AU.setPreservesAll();
160   }
161 };
162 }
163
164 static cl::opt<bool> NoEntry("spp-no-entry", cl::Hidden, cl::init(false));
165 static cl::opt<bool> NoCall("spp-no-call", cl::Hidden, cl::init(false));
166 static cl::opt<bool> NoBackedge("spp-no-backedge", cl::Hidden, cl::init(false));
167
168 namespace {
169 struct PlaceSafepoints : public ModulePass {
170   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
171
172   PlaceSafepoints() : ModulePass(ID) {
173     initializePlaceSafepointsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
174   }
175   bool runOnModule(Module &M) override {
176     bool modified = false;
177     for (Function &F : M) {
178       modified |= runOnFunction(F);
179     }
180     return modified;
181   }
182   bool runOnFunction(Function &F);
183
184   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
185     // We modify the graph wholesale (inlining, block insertion, etc).  We
186     // preserve nothing at the moment.  We could potentially preserve dom tree
187     // if that was worth doing
188   }
189 };
190 }
191
192 // Insert a safepoint poll immediately before the given instruction.  Does
193 // not handle the parsability of state at the runtime call, that's the
194 // callers job.
195 static void
196 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *after,
197                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/);
198
199 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS);
200
201 static bool needsStatepoint(const CallSite &CS) {
202   if (isGCLeafFunction(CS))
203     return false;
204   if (CS.isCall()) {
205     CallInst *call = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
206     if (call->isInlineAsm())
207       return false;
208   }
209   if (isStatepoint(CS) || isGCRelocate(CS) || isGCResult(CS)) {
210     return false;
211   }
212   return true;
213 }
214
215 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, Pass *P);
216
217 /// Returns true if this loop is known to contain a call safepoint which
218 /// must unconditionally execute on any iteration of the loop which returns
219 /// to the loop header via an edge from Pred.  Returns a conservative correct
220 /// answer; i.e. false is always valid.
221 static bool containsUnconditionalCallSafepoint(Loop *L, BasicBlock *Header,
222                                                BasicBlock *Pred,
223                                                DominatorTree &DT) {
224   // In general, we're looking for any cut of the graph which ensures
225   // there's a call safepoint along every edge between Header and Pred.
226   // For the moment, we look only for the 'cuts' that consist of a single call
227   // instruction in a block which is dominated by the Header and dominates the
228   // loop latch (Pred) block.  Somewhat surprisingly, walking the entire chain
229   // of such dominating blocks gets substaintially more occurences than just
230   // checking the Pred and Header blocks themselves.  This may be due to the
231   // density of loop exit conditions caused by range and null checks.
232   // TODO: structure this as an analysis pass, cache the result for subloops,
233   // avoid dom tree recalculations
234   assert(DT.dominates(Header, Pred) && "loop latch not dominated by header?");
235
236   BasicBlock *Current = Pred;
237   while (true) {
238     for (Instruction &I : *Current) {
239       if (auto CS = CallSite(&I))
240         // Note: Technically, needing a safepoint isn't quite the right
241         // condition here.  We should instead be checking if the target method
242         // has an
243         // unconditional poll. In practice, this is only a theoretical concern
244         // since we don't have any methods with conditional-only safepoint
245         // polls.
246         if (needsStatepoint(CS))
247           return true;
248     }
249
250     if (Current == Header)
251       break;
252     Current = DT.getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
253   }
254
255   return false;
256 }
257
258 /// Returns true if this loop is known to terminate in a finite number of
259 /// iterations.  Note that this function may return false for a loop which
260 /// does actual terminate in a finite constant number of iterations due to
261 /// conservatism in the analysis.
262 static bool mustBeFiniteCountedLoop(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
263                                     BasicBlock *Pred) {
264   // Only used when SkipCounted is off
265   const unsigned upperTripBound = 8192;
266
267   // A conservative bound on the loop as a whole.
268   const SCEV *MaxTrips = SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
269   if (MaxTrips != SE->getCouldNotCompute()) {
270     if (SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
271       return true;
272     if (SkipCounted &&
273         SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().isIntN(32))
274       return true;
275   }
276
277   // If this is a conditional branch to the header with the alternate path
278   // being outside the loop, we can ask questions about the execution frequency
279   // of the exit block.
280   if (L->isLoopExiting(Pred)) {
281     // This returns an exact expression only.  TODO: We really only need an
282     // upper bound here, but SE doesn't expose that.
283     const SCEV *MaxExec = SE->getExitCount(L, Pred);
284     if (MaxExec != SE->getCouldNotCompute()) {
285       if (SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
286         return true;
287       if (SkipCounted &&
288           SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().isIntN(32))
289         return true;
290     }
291   }
292
293   return /* not finite */ false;
294 }
295
296 static void scanOneBB(Instruction *start, Instruction *end,
297                       std::vector<CallInst *> &calls,
298                       std::set<BasicBlock *> &seen,
299                       std::vector<BasicBlock *> &worklist) {
300   for (BasicBlock::iterator itr(start);
301        itr != start->getParent()->end() && itr != BasicBlock::iterator(end);
302        itr++) {
303     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*itr)) {
304       calls.push_back(CI);
305     }
306     // FIXME: This code does not handle invokes
307     assert(!dyn_cast<InvokeInst>(&*itr) &&
308            "support for invokes in poll code needed");
309     // Only add the successor blocks if we reach the terminator instruction
310     // without encountering end first
311     if (itr->isTerminator()) {
312       BasicBlock *BB = itr->getParent();
313       for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
314         if (seen.count(Succ) == 0) {
315           worklist.push_back(Succ);
316           seen.insert(Succ);
317         }
318       }
319     }
320   }
321 }
322 static void scanInlinedCode(Instruction *start, Instruction *end,
323                             std::vector<CallInst *> &calls,
324                             std::set<BasicBlock *> &seen) {
325   calls.clear();
326   std::vector<BasicBlock *> worklist;
327   seen.insert(start->getParent());
328   scanOneBB(start, end, calls, seen, worklist);
329   while (!worklist.empty()) {
330     BasicBlock *BB = worklist.back();
331     worklist.pop_back();
332     scanOneBB(&*BB->begin(), end, calls, seen, worklist);
333   }
334 }
335
336 bool PlaceBackedgeSafepointsImpl::runOnLoop(Loop *L) {
337   // Loop through all loop latches (branches controlling backedges).  We need
338   // to place a safepoint on every backedge (potentially). 
339   // Note: In common usage, there will be only one edge due to LoopSimplify
340   // having run sometime earlier in the pipeline, but this code must be correct
341   // w.r.t. loops with multiple backedges.
342   BasicBlock *header = L->getHeader();
343   SmallVector<BasicBlock*, 16> LoopLatches;
344   L->getLoopLatches(LoopLatches);
345   for (BasicBlock *pred : LoopLatches) {
346     assert(L->contains(pred));
347
348     // Make a policy decision about whether this loop needs a safepoint or
349     // not.  Note that this is about unburdening the optimizer in loops, not
350     // avoiding the runtime cost of the actual safepoint.
351     if (!AllBackedges) {
352       if (mustBeFiniteCountedLoop(L, SE, pred)) {
353         if (TraceLSP)
354           errs() << "skipping safepoint placement in finite loop\n";
355         FiniteExecution++;
356         continue;
357       }
358       if (CallSafepointsEnabled &&
359           containsUnconditionalCallSafepoint(L, header, pred, *DT)) {
360         // Note: This is only semantically legal since we won't do any further
361         // IPO or inlining before the actual call insertion..  If we hadn't, we
362         // might latter loose this call safepoint.
363         if (TraceLSP)
364           errs() << "skipping safepoint placement due to unconditional call\n";
365         CallInLoop++;
366         continue;
367       }
368     }
369
370     // TODO: We can create an inner loop which runs a finite number of
371     // iterations with an outer loop which contains a safepoint.  This would
372     // not help runtime performance that much, but it might help our ability to
373     // optimize the inner loop.
374
375     // Safepoint insertion would involve creating a new basic block (as the
376     // target of the current backedge) which does the safepoint (of all live
377     // variables) and branches to the true header
378     TerminatorInst *term = pred->getTerminator();
379
380     if (TraceLSP) {
381       errs() << "[LSP] terminator instruction: ";
382       term->dump();
383     }
384
385     PollLocations.push_back(term);
386   }
387
388   return false;
389 }
390
391 static Instruction *findLocationForEntrySafepoint(Function &F,
392                                                   DominatorTree &DT) {
393
394   // Conceptually, this poll needs to be on method entry, but in
395   // practice, we place it as late in the entry block as possible.  We
396   // can place it as late as we want as long as it dominates all calls
397   // that can grow the stack.  This, combined with backedge polls,
398   // give us all the progress guarantees we need.
399
400   // Due to the way the frontend generates IR, we may have a couple of initial
401   // basic blocks before the first bytecode.  These will be single-entry
402   // single-exit blocks which conceptually are just part of the first 'real
403   // basic block'.  Since we don't have deopt state until the first bytecode,
404   // walk forward until we've found the first unconditional branch or merge.
405
406   // hasNextInstruction and nextInstruction are used to iterate
407   // through a "straight line" execution sequence.
408
409   auto hasNextInstruction = [](Instruction *I) {
410     if (!I->isTerminator()) {
411       return true;
412     }
413     BasicBlock *nextBB = I->getParent()->getUniqueSuccessor();
414     return nextBB && (nextBB->getUniquePredecessor() != nullptr);
415   };
416
417   auto nextInstruction = [&hasNextInstruction](Instruction *I) {
418     assert(hasNextInstruction(I) &&
419            "first check if there is a next instruction!");
420     if (I->isTerminator()) {
421       return I->getParent()->getUniqueSuccessor()->begin();
422     } else {
423       return std::next(BasicBlock::iterator(I));
424     }
425   };
426
427   Instruction *cursor = nullptr;
428   for (cursor = F.getEntryBlock().begin(); hasNextInstruction(cursor);
429        cursor = nextInstruction(cursor)) {
430
431     // We need to stop going forward as soon as we see a call that can
432     // grow the stack (i.e. the call target has a non-zero frame
433     // size).
434     if (CallSite(cursor)) {
435       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(cursor)) {
436         // llvm.assume(...) are not really calls.
437         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume) {
438           continue;
439         }
440         // llvm.frameescape() intrinsic is not a real call. The intrinsic can 
441         // exist only in the entry block.
442         // Inserting a statepoint before llvm.frameescape() may split the 
443         // entry block, and push the intrinsic out of the entry block.
444         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::frameescape) {
445           continue;
446         }
447       }
448       break;
449     }
450   }
451
452   assert((hasNextInstruction(cursor) || cursor->isTerminator()) &&
453          "either we stopped because of a call, or because of terminator");
454
455   if (cursor->isTerminator()) {
456     return cursor;
457   }
458
459   BasicBlock *BB = cursor->getParent();
460   SplitBlock(BB, cursor, nullptr);
461
462   // Note: SplitBlock modifies the DT.  Simply passing a Pass (which is a
463   // module pass) is not enough.
464   DT.recalculate(F);
465
466   // SplitBlock updates the DT
467   DEBUG(DT.verifyDomTree());
468
469   return BB->getTerminator();
470 }
471
472 /// Identify the list of call sites which need to be have parseable state
473 static void findCallSafepoints(Function &F,
474                                std::vector<CallSite> &Found /*rval*/) {
475   assert(Found.empty() && "must be empty!");
476   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
477     Instruction *inst = &I;
478     if (isa<CallInst>(inst) || isa<InvokeInst>(inst)) {
479       CallSite CS(inst);
480
481       // No safepoint needed or wanted
482       if (!needsStatepoint(CS)) {
483         continue;
484       }
485
486       Found.push_back(CS);
487     }
488   }
489 }
490
491 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
492 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
493 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
494 template <typename T> static void unique_unsorted(std::vector<T> &vec) {
495   std::set<T> seen;
496   std::vector<T> tmp;
497   vec.reserve(vec.size());
498   std::swap(tmp, vec);
499   for (auto V : tmp) {
500     if (seen.insert(V).second) {
501       vec.push_back(V);
502     }
503   }
504 }
505
506 static std::string GCSafepointPollName("gc.safepoint_poll");
507
508 static bool isGCSafepointPoll(Function &F) {
509   return F.getName().equals(GCSafepointPollName);
510 }
511
512 /// Returns true if this function should be rewritten to include safepoint
513 /// polls and parseable call sites.  The main point of this function is to be
514 /// an extension point for custom logic. 
515 static bool shouldRewriteFunction(Function &F) {
516   // TODO: This should check the GCStrategy
517   if (F.hasGC()) {
518     const std::string StatepointExampleName("statepoint-example");
519     return StatepointExampleName == F.getGC();
520   } else
521     return false;
522 }
523
524 // TODO: These should become properties of the GCStrategy, possibly with
525 // command line overrides.
526 static bool enableEntrySafepoints(Function &F) { return !NoEntry; }
527 static bool enableBackedgeSafepoints(Function &F) { return !NoBackedge; }
528 static bool enableCallSafepoints(Function &F) { return !NoCall; }
529
530 // Normalize basic block to make it ready to be target of invoke statepoint.
531 // Ensure that 'BB' does not have phi nodes. It may require spliting it.
532 static BasicBlock *normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB,
533                                                BasicBlock *InvokeParent) {
534   BasicBlock *ret = BB;
535
536   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
537     ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "");
538   }
539
540   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
541   // from it
542   FoldSingleEntryPHINodes(ret);
543   assert(!isa<PHINode>(ret->begin()));
544
545   return ret;
546 }
547
548 bool PlaceSafepoints::runOnFunction(Function &F) {
549   if (F.isDeclaration() || F.empty()) {
550     // This is a declaration, nothing to do.  Must exit early to avoid crash in
551     // dom tree calculation
552     return false;
553   }
554
555   if (isGCSafepointPoll(F)) {
556     // Given we're inlining this inside of safepoint poll insertion, this
557     // doesn't make any sense.  Note that we do make any contained calls
558     // parseable after we inline a poll.  
559     return false;
560   }
561
562   if (!shouldRewriteFunction(F))
563     return false;
564
565   bool modified = false;
566
567   // In various bits below, we rely on the fact that uses are reachable from
568   // defs.  When there are basic blocks unreachable from the entry, dominance
569   // and reachablity queries return non-sensical results.  Thus, we preprocess
570   // the function to ensure these properties hold.
571   modified |= removeUnreachableBlocks(F);
572
573   // STEP 1 - Insert the safepoint polling locations.  We do not need to
574   // actually insert parse points yet.  That will be done for all polls and
575   // calls in a single pass.
576
577   // Note: With the migration, we need to recompute this for each 'pass'.  Once
578   // we merge these, we'll do it once before the analysis
579   DominatorTree DT;
580
581   std::vector<CallSite> ParsePointNeeded;
582
583   if (enableBackedgeSafepoints(F)) {
584     // Construct a pass manager to run the LoopPass backedge logic.  We
585     // need the pass manager to handle scheduling all the loop passes
586     // appropriately.  Doing this by hand is painful and just not worth messing
587     // with for the moment.
588     legacy::FunctionPassManager FPM(F.getParent());
589     bool CanAssumeCallSafepoints = enableCallSafepoints(F);
590     PlaceBackedgeSafepointsImpl *PBS =
591       new PlaceBackedgeSafepointsImpl(CanAssumeCallSafepoints);
592     FPM.add(PBS);
593     FPM.run(F);
594
595     // We preserve dominance information when inserting the poll, otherwise
596     // we'd have to recalculate this on every insert
597     DT.recalculate(F);
598
599     auto &PollLocations = PBS->PollLocations;
600
601     auto OrderByBBName = [](Instruction *a, Instruction *b) {
602       return a->getParent()->getName() < b->getParent()->getName();
603     };
604     // We need the order of list to be stable so that naming ends up stable
605     // when we split edges.  This makes test cases much easier to write.
606     std::sort(PollLocations.begin(), PollLocations.end(), OrderByBBName);
607
608     // We can sometimes end up with duplicate poll locations.  This happens if
609     // a single loop is visited more than once.   The fact this happens seems
610     // wrong, but it does happen for the split-backedge.ll test case.
611     PollLocations.erase(std::unique(PollLocations.begin(),
612                                     PollLocations.end()),
613                         PollLocations.end());
614
615     // Insert a poll at each point the analysis pass identified
616     for (size_t i = 0; i < PollLocations.size(); i++) {
617       // We are inserting a poll, the function is modified
618       modified = true;
619
620       // The poll location must be the terminator of a loop latch block.
621       TerminatorInst *Term = PollLocations[i];
622
623       std::vector<CallSite> ParsePoints;
624       if (SplitBackedge) {
625         // Split the backedge of the loop and insert the poll within that new
626         // basic block.  This creates a loop with two latches per original
627         // latch (which is non-ideal), but this appears to be easier to
628         // optimize in practice than inserting the poll immediately before the
629         // latch test.
630
631         // Since this is a latch, at least one of the successors must dominate
632         // it. Its possible that we have a) duplicate edges to the same header
633         // and b) edges to distinct loop headers.  We need to insert pools on
634         // each.
635         SetVector<BasicBlock *> Headers;
636         for (unsigned i = 0; i < Term->getNumSuccessors(); i++) {
637           BasicBlock *Succ = Term->getSuccessor(i);
638           if (DT.dominates(Succ, Term->getParent())) {
639             Headers.insert(Succ);
640           }
641         }
642         assert(!Headers.empty() && "poll location is not a loop latch?");
643
644         // The split loop structure here is so that we only need to recalculate
645         // the dominator tree once.  Alternatively, we could just keep it up to
646         // date and use a more natural merged loop.
647         SetVector<BasicBlock *> SplitBackedges;
648         for (BasicBlock *Header : Headers) {
649           BasicBlock *NewBB = SplitEdge(Term->getParent(), Header, nullptr);
650           SplitBackedges.insert(NewBB);
651         }
652         DT.recalculate(F);
653         for (BasicBlock *NewBB : SplitBackedges) {
654           std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
655           InsertSafepointPoll(DT, NewBB->getTerminator(), RuntimeCalls);
656           NumBackedgeSafepoints++;
657           ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
658                                   RuntimeCalls.end());
659         }
660
661       } else {
662         // Split the latch block itself, right before the terminator.
663         std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
664         InsertSafepointPoll(DT, Term, RuntimeCalls);
665         NumBackedgeSafepoints++;
666         ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
667                                 RuntimeCalls.end());
668       }
669
670       // Record the parse points for later use
671       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), ParsePoints.begin(),
672                               ParsePoints.end());
673     }
674   }
675
676   if (enableEntrySafepoints(F)) {
677     DT.recalculate(F);
678     Instruction *term = findLocationForEntrySafepoint(F, DT);
679     if (!term) {
680       // policy choice not to insert?
681     } else {
682       std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
683       InsertSafepointPoll(DT, term, RuntimeCalls);
684       modified = true;
685       NumEntrySafepoints++;
686       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
687                               RuntimeCalls.end());
688     }
689   }
690
691   if (enableCallSafepoints(F)) {
692     DT.recalculate(F);
693     std::vector<CallSite> Calls;
694     findCallSafepoints(F, Calls);
695     NumCallSafepoints += Calls.size();
696     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), Calls.begin(), Calls.end());
697   }
698
699   // Unique the vectors since we can end up with duplicates if we scan the call
700   // site for call safepoints after we add it for entry or backedge.  The
701   // only reason we need tracking at all is that some functions might have
702   // polls but not call safepoints and thus we might miss marking the runtime
703   // calls for the polls. (This is useful in test cases!)
704   unique_unsorted(ParsePointNeeded);
705
706   // Any parse point (no matter what source) will be handled here
707   DT.recalculate(F); // Needed?
708
709   // We're about to start modifying the function
710   if (!ParsePointNeeded.empty())
711     modified = true;
712
713   // Now run through and insert the safepoints, but do _NOT_ update or remove
714   // any existing uses.  We have references to live variables that need to
715   // survive to the last iteration of this loop.
716   std::vector<Value *> Results;
717   Results.reserve(ParsePointNeeded.size());
718   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
719     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
720
721     // For invoke statepoints we need to remove all phi nodes at the normal
722     // destination block.
723     // Reason for this is that we can place gc_result only after last phi node
724     // in basic block. We will get malformed code after RAUW for the
725     // gc_result if one of this phi nodes uses result from the invoke.
726     if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(CS.getInstruction())) {
727       normalizeForInvokeSafepoint(Invoke->getNormalDest(),
728                                   Invoke->getParent());
729     }
730
731     Value *GCResult = ReplaceWithStatepoint(CS, nullptr);
732     Results.push_back(GCResult);
733   }
734   assert(Results.size() == ParsePointNeeded.size());
735
736   // Adjust all users of the old call sites to use the new ones instead
737   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
738     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
739     Value *GCResult = Results[i];
740     if (GCResult) {
741       // Can not RAUW for the gc result in case of phi nodes preset.
742       assert(!isa<PHINode>(cast<Instruction>(GCResult)->getParent()->begin()));
743
744       // Replace all uses with the new call
745       CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(GCResult);
746     }
747
748     // Now that we've handled all uses, remove the original call itself
749     // Note: The insert point can't be the deleted instruction!
750     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
751   }
752   return modified;
753 }
754
755 char PlaceBackedgeSafepointsImpl::ID = 0;
756 char PlaceSafepoints::ID = 0;
757
758 ModulePass *llvm::createPlaceSafepointsPass() { return new PlaceSafepoints(); }
759
760 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
761                       "place-backedge-safepoints-impl",
762                       "Place Backedge Safepoints", false, false)
763 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
764 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
765 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
766 INITIALIZE_PASS_END(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
767                     "place-backedge-safepoints-impl",
768                     "Place Backedge Safepoints", false, false)
769
770 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
771                       false, false)
772 INITIALIZE_PASS_END(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
773                     false, false)
774
775 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS) {
776   Instruction *inst = CS.getInstruction();
777   if (isa<IntrinsicInst>(inst)) {
778     // Most LLVM intrinsics are things which can never take a safepoint.
779     // As a result, we don't need to have the stack parsable at the
780     // callsite.  This is a highly useful optimization since intrinsic
781     // calls are fairly prevelent, particularly in debug builds.
782     return true;
783   }
784
785   // If this function is marked explicitly as a leaf call, we don't need to
786   // place a safepoint of it.  In fact, for correctness we *can't* in many
787   // cases.  Note: Indirect calls return Null for the called function,
788   // these obviously aren't runtime functions with attributes
789   // TODO: Support attributes on the call site as well.
790   const Function *F = CS.getCalledFunction();
791   bool isLeaf =
792       F &&
793       F->getFnAttribute("gc-leaf-function").getValueAsString().equals("true");
794   if (isLeaf) {
795     return true;
796   }
797   return false;
798 }
799
800 static void
801 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *term,
802                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/) {
803   Module *M = term->getParent()->getParent()->getParent();
804   assert(M);
805
806   // Inline the safepoint poll implementation - this will get all the branch,
807   // control flow, etc..  Most importantly, it will introduce the actual slow
808   // path call - where we need to insert a safepoint (parsepoint).
809   FunctionType *ftype =
810       FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), false);
811   assert(ftype && "null?");
812   // Note: This cast can fail if there's a function of the same name with a
813   // different type inserted previously
814   Function *F =
815       dyn_cast<Function>(M->getOrInsertFunction("gc.safepoint_poll", ftype));
816   assert(F && "void @gc.safepoint_poll() must be defined");
817   assert(!F->empty() && "gc.safepoint_poll must be a non-empty function");
818   CallInst *poll = CallInst::Create(F, "", term);
819
820   // Record some information about the call site we're replacing
821   BasicBlock *OrigBB = term->getParent();
822   BasicBlock::iterator before(poll), after(poll);
823   bool isBegin(false);
824   if (before == term->getParent()->begin()) {
825     isBegin = true;
826   } else {
827     before--;
828   }
829   after++;
830   assert(after != poll->getParent()->end() && "must have successor");
831   assert(DT.dominates(before, after) && "trivially true");
832
833   // do the actual inlining
834   InlineFunctionInfo IFI;
835   bool inlineStatus = InlineFunction(poll, IFI);
836   assert(inlineStatus && "inline must succeed");
837   (void)inlineStatus; // suppress warning in release-asserts
838
839   // Check post conditions
840   assert(IFI.StaticAllocas.empty() && "can't have allocs");
841
842   std::vector<CallInst *> calls; // new calls
843   std::set<BasicBlock *> BBs;    // new BBs + insertee
844   // Include only the newly inserted instructions, Note: begin may not be valid
845   // if we inserted to the beginning of the basic block
846   BasicBlock::iterator start;
847   if (isBegin) {
848     start = OrigBB->begin();
849   } else {
850     start = before;
851     start++;
852   }
853
854   // If your poll function includes an unreachable at the end, that's not
855   // valid.  Bugpoint likes to create this, so check for it.
856   assert(isPotentiallyReachable(&*start, &*after, nullptr, nullptr) &&
857          "malformed poll function");
858
859   scanInlinedCode(&*(start), &*(after), calls, BBs);
860
861   // Recompute since we've invalidated cached data.  Conceptually we
862   // shouldn't need to do this, but implementation wise we appear to.  Needed
863   // so we can insert safepoints correctly.
864   // TODO: update more cheaply
865   DT.recalculate(*after->getParent()->getParent());
866
867   assert(!calls.empty() && "slow path not found for safepoint poll");
868
869   // Record the fact we need a parsable state at the runtime call contained in
870   // the poll function.  This is required so that the runtime knows how to
871   // parse the last frame when we actually take  the safepoint (i.e. execute
872   // the slow path)
873   assert(ParsePointsNeeded.empty());
874   for (size_t i = 0; i < calls.size(); i++) {
875
876     // No safepoint needed or wanted
877     if (!needsStatepoint(calls[i])) {
878       continue;
879     }
880
881     // These are likely runtime calls.  Should we assert that via calling
882     // convention or something?
883     ParsePointsNeeded.push_back(CallSite(calls[i]));
884   }
885   assert(ParsePointsNeeded.size() <= calls.size());
886 }
887
888 /// Replaces the given call site (Call or Invoke) with a gc.statepoint
889 /// intrinsic with an empty deoptimization arguments list.  This does
890 /// NOT do explicit relocation for GC support.
891 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, /* to replace */
892                                     Pass *P) {
893   assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent() &&
894          "must be set");
895
896   // TODO: technically, a pass is not allowed to get functions from within a
897   // function pass since it might trigger a new function addition.  Refactor
898   // this logic out to the initialization of the pass.  Doesn't appear to
899   // matter in practice.
900
901   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
902   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
903   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
904   // be replacing a terminator.
905   IRBuilder<> Builder(CS.getInstruction());
906
907   // Note: The gc args are not filled in at this time, that's handled by
908   // RewriteStatepointsForGC (which is currently under review).
909
910   // Create the statepoint given all the arguments
911   Instruction *Token = nullptr;
912   AttributeSet OriginalAttrs;
913
914   if (CS.isCall()) {
915     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
916     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
917         CS.getCalledValue(), makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()), None,
918         None, "safepoint_token");
919     Call->setTailCall(ToReplace->isTailCall());
920     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
921
922     // Before we have to worry about GC semantics, all attributes are legal
923     // TODO: handle param attributes
924     OriginalAttrs = ToReplace->getAttributes();
925
926     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
927     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
928     // gc_result intrinsic.
929     Call->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
930
931     Token = Call;
932
933     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
934     // the old call (which we're about to delete).
935     assert(ToReplace->getNextNode() && "not a terminator, must have next");
936     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
937     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
938   } else if (CS.isInvoke()) {
939     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
940
941     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
942     // moment at which point this will become the new terminator for the
943     // original block.
944     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getParent());
945     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
946         CS.getCalledValue(), ToReplace->getNormalDest(),
947         ToReplace->getUnwindDest(), makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()),
948         Builder.getInt32(0), None, "safepoint_token");
949
950     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
951     // function attributes.
952     OriginalAttrs = ToReplace->getAttributes();
953
954     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
955     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
956     // gc_result intrinsic.
957     Invoke->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
958
959     Token = Invoke;
960
961     // We'll insert the gc.result into the normal block
962     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
963     // Can not insert gc.result in case of phi nodes preset.
964     // Should have removed this cases prior to runnning this function
965     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
966     Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
967     Builder.SetInsertPoint(IP);
968   } else {
969     llvm_unreachable("unexpect type of CallSite");
970   }
971   assert(Token);
972
973   // Handle the return value of the original call - update all uses to use a
974   // gc_result hanging off the statepoint node we just inserted
975
976   // Only add the gc_result iff there is actually a used result
977   if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
978     std::string TakenName =
979         CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
980     CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), TakenName);
981     GCResult->setAttributes(OriginalAttrs.getRetAttributes());
982     return GCResult;
983   } else {
984     // No return value for the call.
985     return nullptr;
986   }
987 }