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