Add basic tests for PlaceSafepoints
[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 // This pass will insert:
15 //   - Call parse points ("call safepoints") for any call which may need to
16 //   reach a safepoint during the execution of the callee function.
17 //   - Backedge safepoint polls and entry safepoint polls to ensure that
18 //   executing code reaches a safepoint poll in a finite amount of time.
19 //   - We do not currently support return statepoints, but adding them would not
20 //   be hard.  They are not required for correctness - entry safepoints are an
21 //   alternative - but some GCs may prefer them.  Patches welcome.
22 //
23 //   There are restrictions on the IR accepted.  We require that:
24 //   - Pointer values may not be cast to integers and back.
25 //   - Pointers to GC objects must be tagged with address space #1
26 //   - Pointers loaded from the heap or global variables must refer to the
27 //    base of an object.  In practice, interior pointers are probably fine as
28 //   long as your GC can handle them, but exterior pointers loaded to from the
29 //   heap or globals are explicitly unsupported at this time.
30 //
31 //   In addition to these fundemental limitations, we currently do not support:
32 //   - use of indirectbr (in loops which need backedge safepoints)
33 //   - aggregate types which contain pointers to GC objects
34 //   - constant pointers to GC objects (other than null)
35 //   - use of gc_root
36 //
37 //   Patches welcome for the later class of items.
38 //
39 //   This code is organized in two key concepts:
40 //   - "parse point" - at these locations (all calls in the current
41 //   implementation), the garbage collector must be able to inspect
42 //   and modify all pointers to garbage collected objects.  The objects
43 //   may be arbitrarily relocated and thus the pointers may be modified.
44 //   - "poll" - this is a location where the compiled code needs to
45 //   check (or poll) if the running thread needs to collaborate with
46 //   the garbage collector by taking some action.  In this code, the
47 //   checking condition and action are abstracted via a frontend
48 //   provided "safepoint_poll" function.
49 //
50 //===----------------------------------------------------------------------===//
51
52 #include "llvm/Pass.h"
53 #include "llvm/PassManager.h"
54 #include "llvm/ADT/SetOperations.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::init(false));
96
97 /// If true, do not place backedge safepoints in counted loops.
98 static cl::opt<bool> SkipCounted("spp-counted", cl::init(true));
99
100 // If true, split the backedge of a loop when placing the safepoint, otherwise
101 // split the latch block itself.  Both are useful to support for
102 // experimentation, but in practice, it looks like splitting the backedge
103 // optimizes better.
104 static cl::opt<bool> SplitBackedge("spp-split-backedge", cl::init(false));
105
106 // Print tracing output
107 static cl::opt<bool> TraceLSP("spp-trace", cl::init(false));
108
109 namespace {
110
111 /** An analysis pass whose purpose is to identify each of the backedges in
112     the function which require a safepoint poll to be inserted. */
113 struct PlaceBackedgeSafepointsImpl : public LoopPass {
114   static char ID;
115
116   /// The output of the pass - gives a list of each backedge (described by
117   /// pointing at the branch) which need a poll inserted.
118   std::vector<TerminatorInst *> PollLocations;
119
120   /// True unless we're running spp-no-calls in which case we need to disable
121   /// the call dependend placement opts.
122   bool CallSafepointsEnabled;
123   PlaceBackedgeSafepointsImpl(bool CallSafepoints = false)
124       : LoopPass(ID), CallSafepointsEnabled(CallSafepoints) {
125     initializePlaceBackedgeSafepointsImplPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
126   }
127
128   bool runOnLoop(Loop *, LPPassManager &LPM) override;
129
130   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
131     // needed for determining if the loop is finite
132     AU.addRequired<ScalarEvolution>();
133     // to ensure each edge has a single backedge
134     // TODO: is this still required?
135     AU.addRequiredID(LoopSimplifyID);
136
137     // We no longer modify the IR at all in this pass.  Thus all
138     // analysis are preserved.
139     AU.setPreservesAll();
140   }
141 };
142 }
143
144 static cl::opt<bool> NoEntry("spp-no-entry", cl::init(false));
145 static cl::opt<bool> NoCall("spp-no-call", cl::init(false));
146 static cl::opt<bool> NoBackedge("spp-no-backedge", cl::init(false));
147
148 namespace {
149 struct PlaceSafepoints : public ModulePass {
150   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
151
152   bool EnableEntrySafepoints;
153   bool EnableBackedgeSafepoints;
154   bool EnableCallSafepoints;
155
156   PlaceSafepoints() : ModulePass(ID) {
157     initializePlaceSafepointsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
158     EnableEntrySafepoints = !NoEntry;
159     EnableBackedgeSafepoints = !NoBackedge;
160     EnableCallSafepoints = !NoCall;
161   }
162   bool runOnModule(Module &M) override {
163     bool modified = false;
164     for (Function &F : M) {
165       modified |= runOnFunction(F);
166     }
167     return modified;
168   }
169   bool runOnFunction(Function &F);
170
171   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
172     // We modify the graph wholesale (inlining, block insertion, etc).  We
173     // preserve nothing at the moment.  We could potentially preserve dom tree
174     // if that was worth doing
175   }
176 };
177 }
178
179 // Insert a safepoint poll immediately before the given instruction.  Does
180 // not handle the parsability of state at the runtime call, that's the
181 // callers job.
182 static void
183 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *after,
184                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/);
185
186 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS);
187
188 static bool needsStatepoint(const CallSite &CS) {
189   if (isGCLeafFunction(CS))
190     return false;
191   if (CS.isCall()) {
192     CallInst *call = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
193     if (call->isInlineAsm())
194       return false;
195   }
196   if (isStatepoint(CS) || isGCRelocate(CS) || isGCResult(CS)) {
197     return false;
198   }
199   return true;
200 }
201
202 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, Pass *P);
203
204 /// Returns true if this loop is known to contain a call safepoint which
205 /// must unconditionally execute on any iteration of the loop which returns
206 /// to the loop header via an edge from Pred.  Returns a conservative correct
207 /// answer; i.e. false is always valid.
208 static bool containsUnconditionalCallSafepoint(Loop *L, BasicBlock *Header,
209                                                BasicBlock *Pred,
210                                                DominatorTree &DT) {
211   // In general, we're looking for any cut of the graph which ensures
212   // there's a call safepoint along every edge between Header and Pred.
213   // For the moment, we look only for the 'cuts' that consist of a single call
214   // instruction in a block which is dominated by the Header and dominates the
215   // loop latch (Pred) block.  Somewhat surprisingly, walking the entire chain
216   // of such dominating blocks gets substaintially more occurences than just
217   // checking the Pred and Header blocks themselves.  This may be due to the
218   // density of loop exit conditions caused by range and null checks.
219   // TODO: structure this as an analysis pass, cache the result for subloops,
220   // avoid dom tree recalculations
221   assert(DT.dominates(Header, Pred) && "loop latch not dominated by header?");
222
223   BasicBlock *Current = Pred;
224   while (true) {
225     for (Instruction &I : *Current) {
226       if (CallSite CS = &I)
227         // Note: Technically, needing a safepoint isn't quite the right
228         // condition here.  We should instead be checking if the target method
229         // has an
230         // unconditional poll. In practice, this is only a theoretical concern
231         // since we don't have any methods with conditional-only safepoint
232         // polls.
233         if (needsStatepoint(CS))
234           return true;
235     }
236
237     if (Current == Header)
238       break;
239     Current = DT.getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
240   }
241
242   return false;
243 }
244
245 /// Returns true if this loop is known to terminate in a finite number of
246 /// iterations.  Note that this function may return false for a loop which
247 /// does actual terminate in a finite constant number of iterations due to
248 /// conservatism in the analysis.
249 static bool mustBeFiniteCountedLoop(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
250                                     BasicBlock *Pred) {
251   // Only used when SkipCounted is off
252   const unsigned upperTripBound = 8192;
253
254   // A conservative bound on the loop as a whole.
255   const SCEV *MaxTrips = SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
256   if (MaxTrips != SE->getCouldNotCompute()) {
257     if (SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
258       return true;
259     if (SkipCounted &&
260         SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().isIntN(32))
261       return true;
262   }
263
264   // If this is a conditional branch to the header with the alternate path
265   // being outside the loop, we can ask questions about the execution frequency
266   // of the exit block.
267   if (L->isLoopExiting(Pred)) {
268     // This returns an exact expression only.  TODO: We really only need an
269     // upper bound here, but SE doesn't expose that.
270     const SCEV *MaxExec = SE->getExitCount(L, Pred);
271     if (MaxExec != SE->getCouldNotCompute()) {
272       if (SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().ult(upperTripBound))
273         return true;
274       if (SkipCounted &&
275           SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().isIntN(32))
276         return true;
277     }
278   }
279
280   return /* not finite */ false;
281 }
282
283 static void scanOneBB(Instruction *start, Instruction *end,
284                       std::vector<CallInst *> &calls,
285                       std::set<BasicBlock *> &seen,
286                       std::vector<BasicBlock *> &worklist) {
287   for (BasicBlock::iterator itr(start);
288        itr != start->getParent()->end() && itr != BasicBlock::iterator(end);
289        itr++) {
290     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*itr)) {
291       calls.push_back(CI);
292     }
293     // FIXME: This code does not handle invokes
294     assert(!dyn_cast<InvokeInst>(&*itr) &&
295            "support for invokes in poll code needed");
296     // Only add the successor blocks if we reach the terminator instruction
297     // without encountering end first
298     if (itr->isTerminator()) {
299       BasicBlock *BB = itr->getParent();
300       for (succ_iterator PI = succ_begin(BB), E = succ_end(BB); PI != E; ++PI) {
301         BasicBlock *Succ = *PI;
302         if (seen.count(Succ) == 0) {
303           worklist.push_back(Succ);
304           seen.insert(Succ);
305         }
306       }
307     }
308   }
309 }
310 static void scanInlinedCode(Instruction *start, Instruction *end,
311                             std::vector<CallInst *> &calls,
312                             std::set<BasicBlock *> &seen) {
313   calls.clear();
314   std::vector<BasicBlock *> worklist;
315   seen.insert(start->getParent());
316   scanOneBB(start, end, calls, seen, worklist);
317   while (!worklist.empty()) {
318     BasicBlock *BB = worklist.back();
319     worklist.pop_back();
320     scanOneBB(&*BB->begin(), end, calls, seen, worklist);
321   }
322 }
323
324 bool PlaceBackedgeSafepointsImpl::runOnLoop(Loop *L, LPPassManager &LPM) {
325   ScalarEvolution *SE = &getAnalysis<ScalarEvolution>();
326
327   // Loop through all predecessors of the loop header and identify all
328   // backedges.  We need to place a safepoint on every backedge (potentially).
329   // Note: Due to LoopSimplify there should only be one.  Assert?  Or can we
330   // relax this?
331   BasicBlock *header = L->getHeader();
332
333   // TODO: Use the analysis pass infrastructure for this.  There is no reason
334   // to recalculate this here.
335   DominatorTree DT;
336   DT.recalculate(*header->getParent());
337
338   bool modified = false;
339   for (pred_iterator PI = pred_begin(header), E = pred_end(header); PI != E;
340        PI++) {
341     BasicBlock *pred = *PI;
342     if (!L->contains(pred)) {
343       // This is not a backedge, it's coming from outside the loop
344       continue;
345     }
346
347     // Make a policy decision about whether this loop needs a safepoint or
348     // not.  Note that this is about unburdening the optimizer in loops, not
349     // avoiding the runtime cost of the actual safepoint.
350     if (!AllBackedges) {
351       if (mustBeFiniteCountedLoop(L, SE, pred)) {
352         if (TraceLSP)
353           errs() << "skipping safepoint placement in finite loop\n";
354         FiniteExecution++;
355         continue;
356       }
357       if (CallSafepointsEnabled &&
358           containsUnconditionalCallSafepoint(L, header, pred, DT)) {
359         // Note: This is only semantically legal since we won't do any further
360         // IPO or inlining before the actual call insertion..  If we hadn't, we
361         // might latter loose this call safepoint.
362         if (TraceLSP)
363           errs() << "skipping safepoint placement due to unconditional call\n";
364         CallInLoop++;
365         continue;
366       }
367     }
368
369     // TODO: We can create an inner loop which runs a finite number of
370     // iterations with an outer loop which contains a safepoint.  This would
371     // not help runtime performance that much, but it might help our ability to
372     // optimize the inner loop.
373
374     // We're unconditionally going to modify this loop.
375     modified = true;
376
377     // Safepoint insertion would involve creating a new basic block (as the
378     // target of the current backedge) which does the safepoint (of all live
379     // variables) and branches to the true header
380     TerminatorInst *term = pred->getTerminator();
381
382     if (TraceLSP) {
383       errs() << "[LSP] terminator instruction: ";
384       term->dump();
385     }
386
387     PollLocations.push_back(term);
388   }
389
390   return modified;
391 }
392
393 static Instruction *findLocationForEntrySafepoint(Function &F,
394                                                   DominatorTree &DT) {
395
396   // Conceptually, this poll needs to be on method entry, but in
397   // practice, we place it as late in the entry block as possible.  We
398   // can place it as late as we want as long as it dominates all calls
399   // that can grow the stack.  This, combined with backedge polls,
400   // give us all the progress guarantees we need.
401
402   // Due to the way the frontend generates IR, we may have a couple of initial
403   // basic blocks before the first bytecode.  These will be single-entry
404   // single-exit blocks which conceptually are just part of the first 'real
405   // basic block'.  Since we don't have deopt state until the first bytecode,
406   // walk forward until we've found the first unconditional branch or merge.
407
408   // hasNextInstruction and nextInstruction are used to iterate
409   // through a "straight line" execution sequence.
410
411   auto hasNextInstruction = [](Instruction *I) {
412     if (!I->isTerminator()) {
413       return true;
414     }
415     BasicBlock *nextBB = I->getParent()->getUniqueSuccessor();
416     return nextBB && (nextBB->getUniquePredecessor() != nullptr);
417   };
418
419   auto nextInstruction = [&hasNextInstruction](Instruction *I) {
420     assert(hasNextInstruction(I) &&
421            "first check if there is a next instruction!");
422     if (I->isTerminator()) {
423       return I->getParent()->getUniqueSuccessor()->begin();
424     } else {
425       return std::next(BasicBlock::iterator(I));
426     }
427   };
428
429   Instruction *cursor = nullptr;
430   for (cursor = F.getEntryBlock().begin(); hasNextInstruction(cursor);
431        cursor = nextInstruction(cursor)) {
432
433     // We need to stop going forward as soon as we see a call that can
434     // grow the stack (i.e. the call target has a non-zero frame
435     // size).
436     if (CallSite CS = cursor) {
437       (void)CS; // Silence an unused variable warning by gcc 4.8.2
438       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(cursor)) {
439         // llvm.assume(...) are not really calls.
440         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume) {
441           continue;
442         }
443       }
444       break;
445     }
446   }
447
448   assert((hasNextInstruction(cursor) || cursor->isTerminator()) &&
449          "either we stopped because of a call, or because of terminator");
450
451   if (cursor->isTerminator()) {
452     return cursor;
453   }
454
455   BasicBlock *BB = cursor->getParent();
456   SplitBlock(BB, cursor, nullptr);
457
458   // Note: SplitBlock modifies the DT.  Simply passing a Pass (which is a
459   // module pass) is not enough.
460   DT.recalculate(F);
461 #ifndef NDEBUG
462   // SplitBlock updates the DT
463   DT.verifyDomTree();
464 #endif
465
466   return BB->getTerminator();
467 }
468
469 /// Identify the list of call sites which need to be have parseable state
470 static void findCallSafepoints(Function &F,
471                                std::vector<CallSite> &Found /*rval*/) {
472   assert(Found.empty() && "must be empty!");
473   for (inst_iterator itr = inst_begin(F), end = inst_end(F); itr != end;
474        itr++) {
475     Instruction *inst = &*itr;
476     if (isa<CallInst>(inst) || isa<InvokeInst>(inst)) {
477       CallSite CS(inst);
478
479       // No safepoint needed or wanted
480       if (!needsStatepoint(CS)) {
481         continue;
482       }
483
484       Found.push_back(CS);
485     }
486   }
487 }
488
489 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
490 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
491 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
492 template <typename T> static void unique_unsorted(std::vector<T> &vec) {
493   std::set<T> seen;
494   std::vector<T> tmp;
495   vec.reserve(vec.size());
496   std::swap(tmp, vec);
497   for (auto V : tmp) {
498     if (seen.insert(V).second) {
499       vec.push_back(V);
500     }
501   }
502 }
503
504 static std::string GCSafepointPollName("gc.safepoint_poll");
505
506 static bool isGCSafepointPoll(Function &F) {
507   return F.getName().equals(GCSafepointPollName);
508 }
509
510 bool PlaceSafepoints::runOnFunction(Function &F) {
511   if (F.isDeclaration() || F.empty()) {
512     // This is a declaration, nothing to do.  Must exit early to avoid crash in
513     // dom tree calculation
514     return false;
515   }
516
517   bool modified = false;
518
519   // In various bits below, we rely on the fact that uses are reachable from
520   // defs.  When there are basic blocks unreachable from the entry, dominance
521   // and reachablity queries return non-sensical results.  Thus, we preprocess
522   // the function to ensure these properties hold.
523   modified |= removeUnreachableBlocks(F);
524
525   // STEP 1 - Insert the safepoint polling locations.  We do not need to
526   // actually insert parse points yet.  That will be done for all polls and
527   // calls in a single pass.
528
529   // Note: With the migration, we need to recompute this for each 'pass'.  Once
530   // we merge these, we'll do it once before the analysis
531   DominatorTree DT;
532
533   std::vector<CallSite> ParsePointNeeded;
534
535   if (EnableBackedgeSafepoints && !isGCSafepointPoll(F)) {
536     // Construct a pass manager to run the LoopPass backedge logic.  We
537     // need the pass manager to handle scheduling all the loop passes
538     // appropriately.  Doing this by hand is painful and just not worth messing
539     // with for the moment.
540     FunctionPassManager FPM(F.getParent());
541     bool CanAssumeCallSafepoints = EnableCallSafepoints &&
542       !isGCSafepointPoll(F);
543     PlaceBackedgeSafepointsImpl *PBS =
544       new PlaceBackedgeSafepointsImpl(CanAssumeCallSafepoints);
545     FPM.add(PBS);
546     // Note: While the analysis pass itself won't modify the IR, LoopSimplify
547     // (which it depends on) may.  i.e. analysis must be recalculated after run
548     FPM.run(F);
549
550     // We preserve dominance information when inserting the poll, otherwise
551     // we'd have to recalculate this on every insert
552     DT.recalculate(F);
553
554     // Insert a poll at each point the analysis pass identified
555     for (size_t i = 0; i < PBS->PollLocations.size(); i++) {
556       // We are inserting a poll, the function is modified
557       modified = true;
558
559       // The poll location must be the terminator of a loop latch block.
560       TerminatorInst *Term = PBS->PollLocations[i];
561
562       std::vector<CallSite> ParsePoints;
563       if (SplitBackedge) {
564         // Split the backedge of the loop and insert the poll within that new
565         // basic block.  This creates a loop with two latches per original
566         // latch (which is non-ideal), but this appears to be easier to
567         // optimize in practice than inserting the poll immediately before the
568         // latch test.
569
570         // Since this is a latch, at least one of the successors must dominate
571         // it. Its possible that we have a) duplicate edges to the same header
572         // and b) edges to distinct loop headers.  We need to insert pools on
573         // each. (Note: This still relies on LoopSimplify.)
574         DenseSet<BasicBlock *> Headers;
575         for (unsigned i = 0; i < Term->getNumSuccessors(); i++) {
576           BasicBlock *Succ = Term->getSuccessor(i);
577           if (DT.dominates(Succ, Term->getParent())) {
578             Headers.insert(Succ);
579           }
580         }
581         assert(!Headers.empty() && "poll location is not a loop latch?");
582
583         // The split loop structure here is so that we only need to recalculate
584         // the dominator tree once.  Alternatively, we could just keep it up to
585         // date and use a more natural merged loop.
586         DenseSet<BasicBlock *> SplitBackedges;
587         for (BasicBlock *Header : Headers) {
588           BasicBlock *NewBB = SplitEdge(Term->getParent(), Header, nullptr);
589           SplitBackedges.insert(NewBB);
590         }
591         DT.recalculate(F);
592         for (BasicBlock *NewBB : SplitBackedges) {
593           InsertSafepointPoll(DT, NewBB->getTerminator(), ParsePoints);
594           NumBackedgeSafepoints++;
595         }
596
597       } else {
598         // Split the latch block itself, right before the terminator.
599         InsertSafepointPoll(DT, Term, ParsePoints);
600         NumBackedgeSafepoints++;
601       }
602
603       // Record the parse points for later use
604       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), ParsePoints.begin(),
605                               ParsePoints.end());
606     }
607   }
608
609   if (EnableEntrySafepoints && !isGCSafepointPoll(F)) {
610     DT.recalculate(F);
611     Instruction *term = findLocationForEntrySafepoint(F, DT);
612     if (!term) {
613       // policy choice not to insert?
614     } else {
615       std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
616       InsertSafepointPoll(DT, term, RuntimeCalls);
617       modified = true;
618       NumEntrySafepoints++;
619       ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
620                               RuntimeCalls.end());
621     }
622   }
623
624   if (EnableCallSafepoints && !isGCSafepointPoll(F)) {
625     DT.recalculate(F);
626     std::vector<CallSite> Calls;
627     findCallSafepoints(F, Calls);
628     NumCallSafepoints += Calls.size();
629     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), Calls.begin(), Calls.end());
630   }
631
632   // Unique the vectors since we can end up with duplicates if we scan the call
633   // site for call safepoints after we add it for entry or backedge.  The
634   // only reason we need tracking at all is that some functions might have
635   // polls but not call safepoints and thus we might miss marking the runtime
636   // calls for the polls. (This is useful in test cases!)
637   unique_unsorted(ParsePointNeeded);
638
639   // Any parse point (no matter what source) will be handled here
640   DT.recalculate(F); // Needed?
641
642   // We're about to start modifying the function
643   if (!ParsePointNeeded.empty())
644     modified = true;
645
646   // Now run through and insert the safepoints, but do _NOT_ update or remove
647   // any existing uses.  We have references to live variables that need to
648   // survive to the last iteration of this loop.
649   std::vector<Value *> Results;
650   Results.reserve(ParsePointNeeded.size());
651   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
652     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
653     Value *GCResult = ReplaceWithStatepoint(CS, nullptr);
654     Results.push_back(GCResult);
655   }
656   assert(Results.size() == ParsePointNeeded.size());
657
658   // Adjust all users of the old call sites to use the new ones instead
659   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
660     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
661     Value *GCResult = Results[i];
662     if (GCResult) {
663       // In case if we inserted result in a different basic block than the
664       // original safepoint (this can happen for invokes). We need to be sure
665       // that
666       // original result value was not used in any of the phi nodes at the
667       // beginning of basic block with gc result. Because we know that all such
668       // blocks will have single predecessor we can safely assume that all phi
669       // nodes have single entry (because of normalizeBBForInvokeSafepoint).
670       // Just remove them all here.
671       if (CS.isInvoke()) {
672         FoldSingleEntryPHINodes(cast<Instruction>(GCResult)->getParent(),
673                                 nullptr);
674         assert(
675             !isa<PHINode>(cast<Instruction>(GCResult)->getParent()->begin()));
676       }
677
678       // Replace all uses with the new call
679       CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(GCResult);
680     }
681
682     // Now that we've handled all uses, remove the original call itself
683     // Note: The insert point can't be the deleted instruction!
684     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
685   }
686   return modified;
687 }
688
689 char PlaceBackedgeSafepointsImpl::ID = 0;
690 char PlaceSafepoints::ID = 0;
691
692 ModulePass *llvm::createPlaceSafepointsPass() { return new PlaceSafepoints(); }
693
694 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
695                       "place-backedge-safepoints-impl",
696                       "Place Backedge Safepoints", false, false)
697 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolution)
698 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopSimplify)
699 INITIALIZE_PASS_END(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
700                     "place-backedge-safepoints-impl",
701                     "Place Backedge Safepoints", false, false)
702
703 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
704                       false, false)
705 INITIALIZE_PASS_END(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
706                     false, false)
707
708 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS) {
709   Instruction *inst = CS.getInstruction();
710   if (isa<IntrinsicInst>(inst)) {
711     // Most LLVM intrinsics are things which can never take a safepoint.
712     // As a result, we don't need to have the stack parsable at the
713     // callsite.  This is a highly useful optimization since intrinsic
714     // calls are fairly prevelent, particularly in debug builds.
715     return true;
716   }
717
718   // If this function is marked explicitly as a leaf call, we don't need to
719   // place a safepoint of it.  In fact, for correctness we *can't* in many
720   // cases.  Note: Indirect calls return Null for the called function,
721   // these obviously aren't runtime functions with attributes
722   // TODO: Support attributes on the call site as well.
723   const Function *F = CS.getCalledFunction();
724   bool isLeaf =
725       F &&
726       F->getFnAttribute("gc-leaf-function").getValueAsString().equals("true");
727   if (isLeaf) {
728     return true;
729   }
730   return false;
731 }
732
733 static void
734 InsertSafepointPoll(DominatorTree &DT, Instruction *term,
735                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/) {
736   Module *M = term->getParent()->getParent()->getParent();
737   assert(M);
738
739   // Inline the safepoint poll implementation - this will get all the branch,
740   // control flow, etc..  Most importantly, it will introduce the actual slow
741   // path call - where we need to insert a safepoint (parsepoint).
742   FunctionType *ftype =
743       FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), false);
744   assert(ftype && "null?");
745   // Note: This cast can fail if there's a function of the same name with a
746   // different type inserted previously
747   Function *F =
748       dyn_cast<Function>(M->getOrInsertFunction("gc.safepoint_poll", ftype));
749   assert(F && !F->empty() && "definition must exist");
750   CallInst *poll = CallInst::Create(F, "", term);
751
752   // Record some information about the call site we're replacing
753   BasicBlock *OrigBB = term->getParent();
754   BasicBlock::iterator before(poll), after(poll);
755   bool isBegin(false);
756   if (before == term->getParent()->begin()) {
757     isBegin = true;
758   } else {
759     before--;
760   }
761   after++;
762   assert(after != poll->getParent()->end() && "must have successor");
763   assert(DT.dominates(before, after) && "trivially true");
764
765   // do the actual inlining
766   InlineFunctionInfo IFI;
767   bool inlineStatus = InlineFunction(poll, IFI);
768   assert(inlineStatus && "inline must succeed");
769   (void)inlineStatus; // suppress warning in release-asserts
770
771   // Check post conditions
772   assert(IFI.StaticAllocas.empty() && "can't have allocs");
773
774   std::vector<CallInst *> calls; // new calls
775   std::set<BasicBlock *> BBs;    // new BBs + insertee
776   // Include only the newly inserted instructions, Note: begin may not be valid
777   // if we inserted to the beginning of the basic block
778   BasicBlock::iterator start;
779   if (isBegin) {
780     start = OrigBB->begin();
781   } else {
782     start = before;
783     start++;
784   }
785
786   // If your poll function includes an unreachable at the end, that's not
787   // valid.  Bugpoint likes to create this, so check for it.
788   assert(isPotentiallyReachable(&*start, &*after, nullptr, nullptr) &&
789          "malformed poll function");
790
791   scanInlinedCode(&*(start), &*(after), calls, BBs);
792
793   // Recompute since we've invalidated cached data.  Conceptually we
794   // shouldn't need to do this, but implementation wise we appear to.  Needed
795   // so we can insert safepoints correctly.
796   // TODO: update more cheaply
797   DT.recalculate(*after->getParent()->getParent());
798
799   assert(!calls.empty() && "slow path not found for safepoint poll");
800
801   // Record the fact we need a parsable state at the runtime call contained in
802   // the poll function.  This is required so that the runtime knows how to
803   // parse the last frame when we actually take  the safepoint (i.e. execute
804   // the slow path)
805   assert(ParsePointsNeeded.empty());
806   for (size_t i = 0; i < calls.size(); i++) {
807
808     // No safepoint needed or wanted
809     if (!needsStatepoint(calls[i])) {
810       continue;
811     }
812
813     // These are likely runtime calls.  Should we assert that via calling
814     // convention or something?
815     ParsePointsNeeded.push_back(CallSite(calls[i]));
816   }
817   assert(ParsePointsNeeded.size() <= calls.size());
818 }
819
820 // Normalize basic block to make it ready to be target of invoke statepoint.
821 // It means spliting it to have single predecessor. Return newly created BB
822 // ready to be successor of invoke statepoint.
823 static BasicBlock *normalizeBBForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB,
824                                                  BasicBlock *InvokeParent) {
825   BasicBlock *ret = BB;
826
827   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
828     ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "");
829   }
830
831   // Another requirement for such basic blocks is to not have any phi nodes.
832   // Since we just ensured that new BB will have single predecessor,
833   // all phi nodes in it will have one value. Here it would be naturall place
834   // to
835   // remove them all. But we can not do this because we are risking to remove
836   // one of the values stored in liveset of another statepoint. We will do it
837   // later after placing all safepoints.
838
839   return ret;
840 }
841
842 /// Replaces the given call site (Call or Invoke) with a gc.statepoint
843 /// intrinsic with an empty deoptimization arguments list.  This does
844 /// NOT do explicit relocation for GC support.
845 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, /* to replace */
846                                     Pass *P) {
847   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
848   Function *F = BB->getParent();
849   Module *M = F->getParent();
850   assert(M && "must be set");
851
852   // TODO: technically, a pass is not allowed to get functions from within a
853   // function pass since it might trigger a new function addition.  Refactor
854   // this logic out to the initialization of the pass.  Doesn't appear to
855   // matter in practice.
856
857   // Fill in the one generic type'd argument (the function is also vararg)
858   std::vector<Type *> argTypes;
859   argTypes.push_back(CS.getCalledValue()->getType());
860
861   Function *gc_statepoint_decl = Intrinsic::getDeclaration(
862       M, Intrinsic::experimental_gc_statepoint, argTypes);
863
864   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
865   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
866   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
867   // be replacing a terminator.
868   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
869   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
870   // First, create the statepoint (with all live ptrs as arguments).
871   std::vector<llvm::Value *> args;
872   // target, #call args, unused, call args..., #deopt args, deopt args..., gc args...
873   Value *Target = CS.getCalledValue();
874   args.push_back(Target);
875   int callArgSize = CS.arg_size();
876   args.push_back(
877       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), callArgSize));
878   // TODO: add a 'Needs GC-rewrite' later flag
879   args.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), 0));
880
881   // Copy all the arguments of the original call
882   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
883
884   // # of deopt arguments: this pass currently does not support the
885   // identification of deopt arguments.  If this is interesting to you,
886   // please ask on llvm-dev.
887   args.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()), 0));
888
889   // Note: The gc args are not filled in at this time, that's handled by
890   // RewriteStatepointsForGC (which is currently under review).
891
892   // Create the statepoint given all the arguments
893   Instruction *token = nullptr;
894   AttributeSet return_attributes;
895   if (CS.isCall()) {
896     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
897     CallInst *call =
898         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
899     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
900     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
901
902     // Before we have to worry about GC semantics, all attributes are legal
903     AttributeSet new_attrs = toReplace->getAttributes();
904     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
905     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
906     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
907     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
908     // TODO: handle param attributes
909
910     token = call;
911
912     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
913     // the old call (which we're about to delete)
914     BasicBlock::iterator next(toReplace);
915     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
916     next++;
917     Instruction *IP = &*(next);
918     Builder.SetInsertPoint(IP);
919     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
920
921   } else if (CS.isInvoke()) {
922     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
923
924     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
925     // moment at which point this will become the new terminator for the
926     // original block.
927     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
928         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
929         toReplace->getUnwindDest(), args, "", toReplace->getParent());
930     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
931
932     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
933     // function attributes.
934     AttributeSet new_attrs = toReplace->getAttributes();
935     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
936     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
937     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
938     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
939
940     token = invoke;
941
942     // We'll insert the gc.result into the normal block
943     BasicBlock *normalDest = normalizeBBForInvokeSafepoint(
944         toReplace->getNormalDest(), invoke->getParent());
945     Instruction *IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
946     Builder.SetInsertPoint(IP);
947   } else {
948     llvm_unreachable("unexpect type of CallSite");
949   }
950   assert(token);
951
952   // Handle the return value of the original call - update all uses to use a
953   // gc_result hanging off the statepoint node we just inserted
954
955   // Only add the gc_result iff there is actually a used result
956   if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
957     Instruction *gc_result = nullptr;
958     std::vector<Type *> types;     // one per 'any' type
959     types.push_back(CS.getType()); // result type
960     auto get_gc_result_id = [&](Type &Ty) {
961       if (Ty.isIntegerTy()) {
962         return Intrinsic::experimental_gc_result_int;
963       } else if (Ty.isFloatingPointTy()) {
964         return Intrinsic::experimental_gc_result_float;
965       } else if (Ty.isPointerTy()) {
966         return Intrinsic::experimental_gc_result_ptr;
967       } else {
968         llvm_unreachable("non java type encountered");
969       }
970     };
971     Intrinsic::ID Id = get_gc_result_id(*CS.getType());
972     Value *gc_result_func = Intrinsic::getDeclaration(M, Id, types);
973
974     std::vector<Value *> args;
975     args.push_back(token);
976     gc_result = Builder.CreateCall(
977         gc_result_func, args,
978         CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "");
979
980     cast<CallInst>(gc_result)->setAttributes(return_attributes);
981     return gc_result;
982   } else {
983     // No return value for the call.
984     return nullptr;
985   }
986 }