Adjust how we avoid poll insertion inside the poll function (NFC)
[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/PassManager.h"
53 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
54 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
55 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
56 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
57 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
58 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
59 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
60 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
61 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
62 #include "llvm/IR/CallSite.h"
63 #include "llvm/IR/Dominators.h"
64 #include "llvm/IR/Function.h"
65 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
66 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
67 #include "llvm/IR/Instructions.h"
68 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
69 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
70 #include "llvm/IR/Module.h"
71 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
72 #include "llvm/IR/Value.h"
73 #include "llvm/IR/Verifier.h"
74 #include "llvm/Support/Debug.h"
75 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
76 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
77 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
78 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
79 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
80 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
81
82 #define DEBUG_TYPE "safepoint-placement"
83 STATISTIC(NumEntrySafepoints, "Number of entry safepoints inserted");
84 STATISTIC(NumCallSafepoints, "Number of call safepoints inserted");
85 STATISTIC(NumBackedgeSafepoints, "Number of backedge safepoints inserted");
86
87 STATISTIC(CallInLoop, "Number of loops w/o safepoints due to calls in loop");
88 STATISTIC(FiniteExecution, "Number of loops w/o safepoints finite execution");
89
90 using namespace llvm;
91
92 // Ignore oppurtunities to avoid placing safepoints on backedges, useful for
93 // validation
94 static cl::opt<bool> AllBackedges("spp-all-backedges", cl::init(false));
95
96 /// If true, do not place backedge safepoints in counted loops.
97 static cl::opt<bool> SkipCounted("spp-counted", cl::init(true));
98
99 // If true, split the backedge of a loop when placing the safepoint, otherwise
100 // split the latch block itself.  Both are useful to support for
101 // experimentation, but in practice, it looks like splitting the backedge
102 // optimizes better.
103 static cl::opt<bool> SplitBackedge("spp-split-backedge", cl::init(false));
104
105 // Print tracing output
106 static cl::opt<bool> TraceLSP("spp-trace", cl::init(false));
107
108 namespace {
109
110 /** An analysis pass whose purpose is to identify each of the backedges in
111     the function which require a safepoint poll to be inserted. */
112 struct PlaceBackedgeSafepointsImpl : public LoopPass {
113   static char ID;
114
115   /// The output of the pass - gives a list of each backedge (described by
116   /// pointing at the branch) which need a poll inserted.
117   std::vector<TerminatorInst *> PollLocations;
118
119   /// True unless we're running spp-no-calls in which case we need to disable
120   /// the call dependend placement opts.
121   bool CallSafepointsEnabled;
122   PlaceBackedgeSafepointsImpl(bool CallSafepoints = false)
123       : LoopPass(ID), CallSafepointsEnabled(CallSafepoints) {
124     initializePlaceBackedgeSafepointsImplPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
125   }
126
127   bool runOnLoop(Loop *, LPPassManager &LPM) override;
128
129   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
130     // needed for determining if the loop is finite
131     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
132     // to ensure each edge has a single backedge
133     // TODO: is this still required?
134     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
135
136     // We no longer modify the IR at all in this pass.  Thus all
137     // analysis are preserved.
138     AU.setPreservesAll();
139   }
140 };
141 }
142
143 static cl::opt<bool> NoEntry("spp-no-entry", cl::init(false));
144 static cl::opt<bool> NoCall("spp-no-call", cl::init(false));
145 static cl::opt<bool> NoBackedge("spp-no-backedge", cl::init(false));
146
147 namespace {
148 struct PlaceSafepoints : public ModulePass {
149   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
150
151   bool EnableEntrySafepoints;
152   bool EnableBackedgeSafepoints;
153   bool EnableCallSafepoints;
154
155   PlaceSafepoints() : ModulePass(ID) {
156     initializePlaceSafepointsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
157     EnableEntrySafepoints = !NoEntry;
158     EnableBackedgeSafepoints = !NoBackedge;
159     EnableCallSafepoints = !NoCall;
160   }
161   bool runOnModule(Module &M) override {
162     bool modified = false;
163     for (Function &F : M) {
164       modified |= runOnFunction(F);
165     }
166     return modified;
167   }
168   bool runOnFunction(Function &F);
169
170   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
171     // We modify the graph wholesale (inlining, block insertion, etc).  We
172     // preserve nothing at the moment.  We could potentially preserve dom tree
173     // if that was worth doing
174   }
175 };
176 }
177
178 // Insert a safepoint poll immediately before the given instruction.  Does
179 // not handle the parsability of state at the runtime call, that's the
180 // callers job.
181 static void
182 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *after,
183                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/);
184
185 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS);
186
187 static bool needsStatepoint(const CallSite &CS) {
188   if (isGCLeafFunction(CS))
189     return false;
190   if (CS.isCall()) {
191     CallInst *call = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
192     if (call->isInlineAsm())
193       return false;
194   }
195   if (isStatepoint(CS) || isGCRelocate(CS) || isGCResult(CS)) {
196     return false;
197   }
198   return true;
199 }
200
201 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, Pass *P);
202
203 /// Returns true if this loop is known to contain a call safepoint which
204 /// must unconditionally execute on any iteration of the loop which returns
205 /// to the loop header via an edge from Pred.  Returns a conservative correct
206 /// answer; i.e. false is always valid.
207 static bool containsUnconditionalCallSafepoint(Loop *L, BasicBlock *Header,
208                                                BasicBlock *Pred,
209                                                DominatorTree &DT) {
210   // In general, we're looking for any cut of the graph which ensures
211   // there's a call safepoint along every edge between Header and Pred.
212   // For the moment, we look only for the 'cuts' that consist of a single call
213   // instruction in a block which is dominated by the Header and dominates the
214   // loop latch (Pred) block.  Somewhat surprisingly, walking the entire chain
215   // of such dominating blocks gets substaintially more occurences than just
216   // checking the Pred and Header blocks themselves.  This may be due to the
217   // density of loop exit conditions caused by range and null checks.
218   // TODO: structure this as an analysis pass, cache the result for subloops,
219   // avoid dom tree recalculations
220   assert(DT.dominates(Header, Pred) && "loop latch not dominated by header?");
221
222   BasicBlock *Current = Pred;
223   while (true) {
224     for (Instruction &I : *Current) {
225       if (CallSite CS = &I)
226         // Note: Technically, needing a safepoint isn't quite the right
227         // condition here.  We should instead be checking if the target method
228         // has an
229         // unconditional poll. In practice, this is only a theoretical concern
230         // since we don't have any methods with conditional-only safepoint
231         // polls.
232         if (needsStatepoint(CS))
233           return true;
234     }
235
236     if (Current == Header)
237       break;
238     Current = DT.getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
239   }
240
241   return false;
242 }
243
244 /// Returns true if this loop is known to terminate in a finite number of
245 /// iterations.  Note that this function may return false for a loop which
246 /// does actual terminate in a finite constant number of iterations due to
247 /// conservatism in the analysis.
248 static bool mustBeFiniteCountedLoop(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
249                                     BasicBlock *Pred) {
250   // Only used when SkipCounted is off
251   const unsigned upperTripBound = 8192;
252
253   // A conservative bound on the loop as a whole.
254   const SCEV *MaxTrips = SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
255   if (MaxTrips != SE->getCouldNotCompute()) {
256     if (SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
257       return true;
258     if (SkipCounted &&
259         SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().isIntN(32))
260       return true;
261   }
262
263   // If this is a conditional branch to the header with the alternate path
264   // being outside the loop, we can ask questions about the execution frequency
265   // of the exit block.
266   if (L->isLoopExiting(Pred)) {
267     // This returns an exact expression only.  TODO: We really only need an
268     // upper bound here, but SE doesn't expose that.
269     const SCEV *MaxExec = SE->getExitCount(L, Pred);
270     if (MaxExec != SE->getCouldNotCompute()) {
271       if (SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
272         return true;
273       if (SkipCounted &&
274           SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().isIntN(32))
275         return true;
276     }
277   }
278
279   return /* not finite */ false;
280 }
281
282 static void scanOneBB(Instruction *start, Instruction *end,
283                       std::vector<CallInst *> &calls,
284                       std::set<BasicBlock *> &seen,
285                       std::vector<BasicBlock *> &worklist) {
286   for (BasicBlock::iterator itr(start);
287        itr != start->getParent()->end() && itr != BasicBlock::iterator(end);
288        itr++) {
289     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*itr)) {
290       calls.push_back(CI);
291     }
292     // FIXME: This code does not handle invokes
293     assert(!dyn_cast<InvokeInst>(&*itr) &&
294            "support for invokes in poll code needed");
295     // Only add the successor blocks if we reach the terminator instruction
296     // without encountering end first
297     if (itr->isTerminator()) {
298       BasicBlock *BB = itr->getParent();
299       for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
300         if (seen.count(Succ) == 0) {
301           worklist.push_back(Succ);
302           seen.insert(Succ);
303         }
304       }
305     }
306   }
307 }
308 static void scanInlinedCode(Instruction *start, Instruction *end,
309                             std::vector<CallInst *> &calls,
310                             std::set<BasicBlock *> &seen) {
311   calls.clear();
312   std::vector<BasicBlock *> worklist;
313   seen.insert(start->getParent());
314   scanOneBB(start, end, calls, seen, worklist);
315   while (!worklist.empty()) {
316     BasicBlock *BB = worklist.back();
317     worklist.pop_back();
318     scanOneBB(&*BB->begin(), end, calls, seen, worklist);
319   }
320 }
321
322 bool PlaceBackedgeSafepointsImpl::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
323   ScalarEvolution *SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
324
325   // Loop through all predecessors of the loop header and identify all
326   // backedges.  We need to place a safepoint on every backedge (potentially).
327   // Note: Due to LoopSimplify there should only be one.  Assert?  Or can we
328   // relax this?
329   BasicBlock *header = L->getHeader();
330
331   // TODO: Use the analysis pass infrastructure for this.  There is no reason
332   // to recalculate this here.
333   DominatorTree DT;
334   DT.recalculate(*header->getParent());
335
336   bool modified = false;
337   for (BasicBlock *pred : predecessors(header)) {
338     if (!L->contains(pred)) {
339       // This is not a backedge, it's coming from outside the loop
340       continue;
341     }
342
343     // Make a policy decision about whether this loop needs a safepoint or
344     // not.  Note that this is about unburdening the optimizer in loops, not
345     // avoiding the runtime cost of the actual safepoint.
346     if (!AllBackedges) {
347       if (mustBeFiniteCountedLoop(L, SE, pred)) {
348         if (TraceLSP)
349           errs() << "skipping safepoint placement in finite loop\n";
350         FiniteExecution++;
351         continue;
352       }
353       if (CallSafepointsEnabled &&
354           containsUnconditionalCallSafepoint(L, header, pred, DT)) {
355         // Note: This is only semantically legal since we won't do any further
356         // IPO or inlining before the actual call insertion..  If we hadn't, we
357         // might latter loose this call safepoint.
358         if (TraceLSP)
359           errs() << "skipping safepoint placement due to unconditional call\n";
360         CallInLoop++;
361         continue;
362       }
363     }
364
365     // TODO: We can create an inner loop which runs a finite number of
366     // iterations with an outer loop which contains a safepoint.  This would
367     // not help runtime performance that much, but it might help our ability to
368     // optimize the inner loop.
369
370     // We're unconditionally going to modify this loop.
371     modified = true;
372
373     // Safepoint insertion would involve creating a new basic block (as the
374     // target of the current backedge) which does the safepoint (of all live
375     // variables) and branches to the true header
376     TerminatorInst *term = pred->getTerminator();
377
378     if (TraceLSP) {
379       errs() << "[LSP] terminator instruction: ";
380       term->dump();
381     }
382
383     PollLocations.push_back(term);
384   }
385
386   return modified;
387 }
388
389 static Instruction *findLocationForEntrySafepoint(Function &F,
390                                                   DominatorTree &DT) {
391
392   // Conceptually, this poll needs to be on method entry, but in
393   // practice, we place it as late in the entry block as possible.  We
394   // can place it as late as we want as long as it dominates all calls
395   // that can grow the stack.  This, combined with backedge polls,
396   // give us all the progress guarantees we need.
397
398   // Due to the way the frontend generates IR, we may have a couple of initial
399   // basic blocks before the first bytecode.  These will be single-entry
400   // single-exit blocks which conceptually are just part of the first 'real
401   // basic block'.  Since we don't have deopt state until the first bytecode,
402   // walk forward until we've found the first unconditional branch or merge.
403
404   // hasNextInstruction and nextInstruction are used to iterate
405   // through a "straight line" execution sequence.
406
407   auto hasNextInstruction = [](Instruction *I) {
408     if (!I->isTerminator()) {
409       return true;
410     }
411     BasicBlock *nextBB = I->getParent()->getUniqueSuccessor();
412     return nextBB && (nextBB->getUniquePredecessor() != nullptr);
413   };
414
415   auto nextInstruction = [&hasNextInstruction](Instruction *I) {
416     assert(hasNextInstruction(I) &&
417            "first check if there is a next instruction!");
418     if (I->isTerminator()) {
419       return I->getParent()->getUniqueSuccessor()->begin();
420     } else {
421       return std::next(BasicBlock::iterator(I));
422     }
423   };
424
425   Instruction *cursor = nullptr;
426   for (cursor = F.getEntryBlock().begin(); hasNextInstruction(cursor);
427        cursor = nextInstruction(cursor)) {
428
429     // We need to stop going forward as soon as we see a call that can
430     // grow the stack (i.e. the call target has a non-zero frame
431     // size).
432     if (CallSite CS = cursor) {
433       (void)CS; // Silence an unused variable warning by gcc 4.8.2
434       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(cursor)) {
435         // llvm.assume(...) are not really calls.
436         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume) {
437           continue;
438         }
439       }
440       break;
441     }
442   }
443
444   assert((hasNextInstruction(cursor) || cursor->isTerminator()) &&
445          "either we stopped because of a call, or because of terminator");
446
447   if (cursor->isTerminator()) {
448     return cursor;
449   }
450
451   BasicBlock *BB = cursor->getParent();
452   SplitBlock(BB, cursor, nullptr);
453
454   // Note: SplitBlock modifies the DT.  Simply passing a Pass (which is a
455   // module pass) is not enough.
456   DT.recalculate(F);
457 #ifndef NDEBUG
458   // SplitBlock updates the DT
459   DT.verifyDomTree();
460 #endif
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 bool PlaceSafepoints::runOnFunction(Function &F) {
506   if (F.isDeclaration() || F.empty()) {
507     // This is a declaration, nothing to do.  Must exit early to avoid crash in
508     // dom tree calculation
509     return false;
510   }
511
512   if (isGCSafepointPoll(F)) {
513     // Given we're inlining this inside of safepoint poll insertion, this
514     // doesn't make any sense.  Note that we do make any contained calls
515     // parseable after we inline a poll.  
516     return false;
517   }
518
519   bool modified = false;
520
521   // In various bits below, we rely on the fact that uses are reachable from
522   // defs.  When there are basic blocks unreachable from the entry, dominance
523   // and reachablity queries return non-sensical results.  Thus, we preprocess
524   // the function to ensure these properties hold.
525   modified |= removeUnreachableBlocks(F);
526
527   // STEP 1 - Insert the safepoint polling locations.  We do not need to
528   // actually insert parse points yet.  That will be done for all polls and
529   // calls in a single pass.
530
531   // Note: With the migration, we need to recompute this for each 'pass'.  Once
532   // we merge these, we'll do it once before the analysis
533   DominatorTree DT;
534
535   std::vector<CallSite> ParsePointNeeded;
536
537   if (EnableBackedgeSafepoints) {
538     // Construct a pass manager to run the LoopPass backedge logic.  We
539     // need the pass manager to handle scheduling all the loop passes
540     // appropriately.  Doing this by hand is painful and just not worth messing
541     // with for the moment.
542     FunctionPassManager FPM(F.getParent());
543     bool CanAssumeCallSafepoints = EnableCallSafepoints;
544     PlaceBackedgeSafepointsImpl *PBS =
545       new PlaceBackedgeSafepointsImpl(CanAssumeCallSafepoints);
546     FPM.add(PBS);
547     // Note: While the analysis pass itself won't modify the IR, LoopSimplify
548     // (which it depends on) may.  i.e. analysis must be recalculated after run
549     FPM.run(F);
550
551     // We preserve dominance information when inserting the poll, otherwise
552     // we'd have to recalculate this on every insert
553     DT.recalculate(F);
554
555     // Insert a poll at each point the analysis pass identified
556     for (size_t i = 0; i < PBS->PollLocations.size(); i++) {
557       // We are inserting a poll, the function is modified
558       modified = true;
559
560       // The poll location must be the terminator of a loop latch block.
561       TerminatorInst *Term = PBS->PollLocations[i];
562
563       std::vector<CallSite> ParsePoints;
564       if (SplitBackedge) {
565         // Split the backedge of the loop and insert the poll within that new
566         // basic block.  This creates a loop with two latches per original
567         // latch (which is non-ideal), but this appears to be easier to
568         // optimize in practice than inserting the poll immediately before the
569         // latch test.
570
571         // Since this is a latch, at least one of the successors must dominate
572         // it. Its possible that we have a) duplicate edges to the same header
573         // and b) edges to distinct loop headers.  We need to insert pools on
574         // each. (Note: This still relies on LoopSimplify.)
575         DenseSet<BasicBlock *> Headers;
576         for (unsigned i = 0; i < Term->getNumSuccessors(); i++) {
577           BasicBlock *Succ = Term->getSuccessor(i);
578           if (DT.dominates(Succ, Term->getParent())) {
579             Headers.insert(Succ);
580           }
581         }
582         assert(!Headers.empty() && "poll location is not a loop latch?");
583
584         // The split loop structure here is so that we only need to recalculate
585         // the dominator tree once.  Alternatively, we could just keep it up to
586         // date and use a more natural merged loop.
587         DenseSet<BasicBlock *> SplitBackedges;
588         for (BasicBlock *Header : Headers) {
589           BasicBlock *NewBB = SplitEdge(Term->getParent(), Header, nullptr);
590           SplitBackedges.insert(NewBB);
591         }
592         DT.recalculate(F);
593         for (BasicBlock *NewBB : SplitBackedges) {
594           InsertSafepointPoll(DT, NewBB->getTerminator(), ParsePoints);
595           NumBackedgeSafepoints++;
596         }
597
598       } else {
599         // Split the latch block itself, right before the terminator.
600         InsertSafepointPoll(DT, Term, ParsePoints);
601         NumBackedgeSafepoints++;
602       }
603
604       // Record the parse points for later use
605       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), ParsePoints.begin(),
606                               ParsePoints.end());
607     }
608   }
609
610   if (EnableEntrySafepoints) {
611     DT.recalculate(F);
612     Instruction *term = findLocationForEntrySafepoint(F, DT);
613     if (!term) {
614       // policy choice not to insert?
615     } else {
616       std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
617       InsertSafepointPoll(DT, term, RuntimeCalls);
618       modified = true;
619       NumEntrySafepoints++;
620       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
621                               RuntimeCalls.end());
622     }
623   }
624
625   if (EnableCallSafepoints) {
626     DT.recalculate(F);
627     std::vector<CallSite> Calls;
628     findCallSafepoints(F, Calls);
629     NumCallSafepoints += Calls.size();
630     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), Calls.begin(), Calls.end());
631   }
632
633   // Unique the vectors since we can end up with duplicates if we scan the call
634   // site for call safepoints after we add it for entry or backedge.  The
635   // only reason we need tracking at all is that some functions might have
636   // polls but not call safepoints and thus we might miss marking the runtime
637   // calls for the polls. (This is useful in test cases!)
638   unique_unsorted(ParsePointNeeded);
639
640   // Any parse point (no matter what source) will be handled here
641   DT.recalculate(F); // Needed?
642
643   // We're about to start modifying the function
644   if (!ParsePointNeeded.empty())
645     modified = true;
646
647   // Now run through and insert the safepoints, but do _NOT_ update or remove
648   // any existing uses.  We have references to live variables that need to
649   // survive to the last iteration of this loop.
650   std::vector<Value *> Results;
651   Results.reserve(ParsePointNeeded.size());
652   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
653     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
654     Value *GCResult = ReplaceWithStatepoint(CS, nullptr);
655     Results.push_back(GCResult);
656   }
657   assert(Results.size() == ParsePointNeeded.size());
658
659   // Adjust all users of the old call sites to use the new ones instead
660   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
661     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
662     Value *GCResult = Results[i];
663     if (GCResult) {
664       // In case if we inserted result in a different basic block than the
665       // original safepoint (this can happen for invokes). We need to be sure
666       // that
667       // original result value was not used in any of the phi nodes at the
668       // beginning of basic block with gc result. Because we know that all such
669       // blocks will have single predecessor we can safely assume that all phi
670       // nodes have single entry (because of normalizeBBForInvokeSafepoint).
671       // Just remove them all here.
672       if (CS.isInvoke()) {
673         FoldSingleEntryPHINodes(cast<Instruction>(GCResult)->getParent(),
674                                 nullptr);
675         assert(
676             !isa<PHINode>(cast<Instruction>(GCResult)->getParent()->begin()));
677       }
678
679       // Replace all uses with the new call
680       CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(GCResult);
681     }
682
683     // Now that we've handled all uses, remove the original call itself
684     // Note: The insert point can't be the deleted instruction!
685     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
686   }
687   return modified;
688 }
689
690 char PlaceBackedgeSafepointsImpl::ID = 0;
691 char PlaceSafepoints::ID = 0;
692
693 ModulePass *llvm::createPlaceSafepointsPass() { return new PlaceSafepoints(); }
694
695 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
696                       "place-backedge-safepoints-impl",
697                       "Place Backedge Safepoints", false, false)
698 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
699 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
700 INITIALIZE_PASS_END(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
701                     "place-backedge-safepoints-impl",
702                     "Place Backedge Safepoints", false, false)
703
704 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
705                       false, false)
706 INITIALIZE_PASS_END(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
707                     false, false)
708
709 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS) {
710   Instruction *inst = CS.getInstruction();
711   if (isa<IntrinsicInst>(inst)) {
712     // Most LLVM intrinsics are things which can never take a safepoint.
713     // As a result, we don't need to have the stack parsable at the
714     // callsite.  This is a highly useful optimization since intrinsic
715     // calls are fairly prevelent, particularly in debug builds.
716     return true;
717   }
718
719   // If this function is marked explicitly as a leaf call, we don't need to
720   // place a safepoint of it.  In fact, for correctness we *can't* in many
721   // cases.  Note: Indirect calls return Null for the called function,
722   // these obviously aren't runtime functions with attributes
723   // TODO: Support attributes on the call site as well.
724   const Function *F = CS.getCalledFunction();
725   bool isLeaf =
726       F &&
727       F->getFnAttribute("gc-leaf-function").getValueAsString().equals("true");
728   if (isLeaf) {
729     return true;
730   }
731   return false;
732 }
733
734 static void
735 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *term,
736                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/) {
737   Module *M = term->getParent()->getParent()->getParent();
738   assert(M);
739
740   // Inline the safepoint poll implementation - this will get all the branch,
741   // control flow, etc..  Most importantly, it will introduce the actual slow
742   // path call - where we need to insert a safepoint (parsepoint).
743   FunctionType *ftype =
744       FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), false);
745   assert(ftype && "null?");
746   // Note: This cast can fail if there's a function of the same name with a
747   // different type inserted previously
748   Function *F =
749       dyn_cast<Function>(M->getOrInsertFunction("gc.safepoint_poll", ftype));
750   assert(F && "void @gc.safepoint_poll() must be defined");
751   assert(!F->empty() && "gc.safepoint_poll must be a non-empty function");
752   CallInst *poll = CallInst::Create(F, "", term);
753
754   // Record some information about the call site we're replacing
755   BasicBlock *OrigBB = term->getParent();
756   BasicBlock::iterator before(poll), after(poll);
757   bool isBegin(false);
758   if (before == term->getParent()->begin()) {
759     isBegin = true;
760   } else {
761     before--;
762   }
763   after++;
764   assert(after != poll->getParent()->end() && "must have successor");
765   assert(DT.dominates(before, after) && "trivially true");
766
767   // do the actual inlining
768   InlineFunctionInfo IFI;
769   bool inlineStatus = InlineFunction(poll, IFI);
770   assert(inlineStatus && "inline must succeed");
771   (void)inlineStatus; // suppress warning in release-asserts
772
773   // Check post conditions
774   assert(IFI.StaticAllocas.empty() && "can't have allocs");
775
776   std::vector<CallInst *> calls; // new calls
777   std::set<BasicBlock *> BBs;    // new BBs + insertee
778   // Include only the newly inserted instructions, Note: begin may not be valid
779   // if we inserted to the beginning of the basic block
780   BasicBlock::iterator start;
781   if (isBegin) {
782     start = OrigBB->begin();
783   } else {
784     start = before;
785     start++;
786   }
787
788   // If your poll function includes an unreachable at the end, that's not
789   // valid.  Bugpoint likes to create this, so check for it.
790   assert(isPotentiallyReachable(&*start, &*after, nullptr, nullptr) &&
791          "malformed poll function");
792
793   scanInlinedCode(&*(start), &*(after), calls, BBs);
794
795   // Recompute since we've invalidated cached data.  Conceptually we
796   // shouldn't need to do this, but implementation wise we appear to.  Needed
797   // so we can insert safepoints correctly.
798   // TODO: update more cheaply
799   DT.recalculate(*after->getParent()->getParent());
800
801   assert(!calls.empty() && "slow path not found for safepoint poll");
802
803   // Record the fact we need a parsable state at the runtime call contained in
804   // the poll function.  This is required so that the runtime knows how to
805   // parse the last frame when we actually take  the safepoint (i.e. execute
806   // the slow path)
807   assert(ParsePointsNeeded.empty());
808   for (size_t i = 0; i < calls.size(); i++) {
809
810     // No safepoint needed or wanted
811     if (!needsStatepoint(calls[i])) {
812       continue;
813     }
814
815     // These are likely runtime calls.  Should we assert that via calling
816     // convention or something?
817     ParsePointsNeeded.push_back(CallSite(calls[i]));
818   }
819   assert(ParsePointsNeeded.size() <= calls.size());
820 }
821
822 // Normalize basic block to make it ready to be target of invoke statepoint.
823 // It means spliting it to have single predecessor. Return newly created BB
824 // ready to be successor of invoke statepoint.
825 static BasicBlock *normalizeBBForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB,
826                                                  BasicBlock *InvokeParent) {
827   BasicBlock *ret = BB;
828
829   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
830     ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "");
831   }
832
833   // Another requirement for such basic blocks is to not have any phi nodes.
834   // Since we just ensured that new BB will have single predecessor,
835   // all phi nodes in it will have one value. Here it would be naturall place
836   // to
837   // remove them all. But we can not do this because we are risking to remove
838   // one of the values stored in liveset of another statepoint. We will do it
839   // later after placing all safepoints.
840
841   return ret;
842 }
843
844 /// Replaces the given call site (Call or Invoke) with a gc.statepoint
845 /// intrinsic with an empty deoptimization arguments list.  This does
846 /// NOT do explicit relocation for GC support.
847 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, /* to replace */
848                                     Pass *P) {
849   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
850   Function *F = BB->getParent();
851   Module *M = F->getParent();
852   assert(M && "must be set");
853
854   // TODO: technically, a pass is not allowed to get functions from within a
855   // function pass since it might trigger a new function addition.  Refactor
856   // this logic out to the initialization of the pass.  Doesn't appear to
857   // matter in practice.
858
859   // Fill in the one generic type'd argument (the function is also vararg)
860   std::vector<Type *> argTypes;
861   argTypes.push_back(CS.getCalledValue()->getType());
862
863   Function *gc_statepoint_decl = Intrinsic::getDeclaration(
864       M, Intrinsic::experimental_gc_statepoint, argTypes);
865
866   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
867   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
868   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
869   // be replacing a terminator.
870   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
871   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
872   // First, create the statepoint (with all live ptrs as arguments).
873   std::vector<llvm::Value *> args;
874   // target, #call args, unused, call args..., #deopt args, deopt args..., gc args...
875   Value *Target = CS.getCalledValue();
876   args.push_back(Target);
877   int callArgSize = CS.arg_size();
878   args.push_back(
879       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), callArgSize));
880   // TODO: add a 'Needs GC-rewrite' later flag
881   args.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), 0));
882
883   // Copy all the arguments of the original call
884   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
885
886   // # of deopt arguments: this pass currently does not support the
887   // identification of deopt arguments.  If this is interesting to you,
888   // please ask on llvm-dev.
889   args.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), 0));
890
891   // Note: The gc args are not filled in at this time, that's handled by
892   // RewriteStatepointsForGC (which is currently under review).
893
894   // Create the statepoint given all the arguments
895   Instruction *token = nullptr;
896   AttributeSet return_attributes;
897   if (CS.isCall()) {
898     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
899     CallInst *call =
900         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
901     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
902     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
903
904     // Before we have to worry about GC semantics, all attributes are legal
905     AttributeSet new_attrs = toReplace->getAttributes();
906     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
907     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
908     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
909     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
910     // TODO: handle param attributes
911
912     token = call;
913
914     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
915     // the old call (which we're about to delete)
916     BasicBlock::iterator next(toReplace);
917     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
918     next++;
919     Instruction *IP = &*(next);
920     Builder.SetInsertPoint(IP);
921     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
922
923   } else if (CS.isInvoke()) {
924     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
925
926     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
927     // moment at which point this will become the new terminator for the
928     // original block.
929     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
930         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
931         toReplace->getUnwindDest(), args, "", toReplace->getParent());
932     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
933
934     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
935     // function attributes.
936     AttributeSet new_attrs = toReplace->getAttributes();
937     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
938     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
939     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
940     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
941
942     token = invoke;
943
944     // We'll insert the gc.result into the normal block
945     BasicBlock *normalDest = normalizeBBForInvokeSafepoint(
946         toReplace->getNormalDest(), invoke->getParent());
947     Instruction *IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
948     Builder.SetInsertPoint(IP);
949   } else {
950     llvm_unreachable("unexpect type of CallSite");
951   }
952   assert(token);
953
954   // Handle the return value of the original call - update all uses to use a
955   // gc_result hanging off the statepoint node we just inserted
956
957   // Only add the gc_result iff there is actually a used result
958   if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
959     Instruction *gc_result = nullptr;
960     std::vector<Type *> types;     // one per 'any' type
961     types.push_back(CS.getType()); // result type
962     Intrinsic::ID Id = Intrinsic::experimental_gc_result;
963     Value *gc_result_func = Intrinsic::getDeclaration(M, Id, types);
964
965     std::vector<Value *> args;
966     args.push_back(token);
967     gc_result = Builder.CreateCall(
968         gc_result_func, args,
969         CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "");
970
971     cast<CallInst>(gc_result)->setAttributes(return_attributes);
972     return gc_result;
973   } else {
974     // No return value for the call.
975     return nullptr;
976   }
977 }