[PlaceSafepoints] Make the width of a counted loop settable.
[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 necessary 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/ADT/StringRef.h"
57 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
58 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
59 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolution.h"
60 #include "llvm/Analysis/ScalarEvolutionExpressions.h"
61 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
62 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
63 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
64 #include "llvm/IR/CallSite.h"
65 #include "llvm/IR/Dominators.h"
66 #include "llvm/IR/Function.h"
67 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
68 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
69 #include "llvm/IR/Instructions.h"
70 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
71 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
72 #include "llvm/IR/Module.h"
73 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
74 #include "llvm/IR/Value.h"
75 #include "llvm/IR/Verifier.h"
76 #include "llvm/Support/Debug.h"
77 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
78 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
79 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
80 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
81 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
82 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
83
84 #define DEBUG_TYPE "safepoint-placement"
85 STATISTIC(NumEntrySafepoints, "Number of entry safepoints inserted");
86 STATISTIC(NumCallSafepoints, "Number of call safepoints inserted");
87 STATISTIC(NumBackedgeSafepoints, "Number of backedge safepoints inserted");
88
89 STATISTIC(CallInLoop, "Number of loops w/o safepoints due to calls in loop");
90 STATISTIC(FiniteExecution, "Number of loops w/o safepoints finite execution");
91
92 using namespace llvm;
93
94 // Ignore opportunities to avoid placing safepoints on backedges, useful for
95 // validation
96 static cl::opt<bool> AllBackedges("spp-all-backedges", cl::Hidden,
97                                   cl::init(false));
98
99 /// How narrow does the trip count of a loop have to be to have to be considered
100 /// "counted"?  Counted loops do not get safepoints at backedges.
101 static cl::opt<int> CountedLoopTripWidth("spp-counted-loop-trip-width",
102                                          cl::Hidden, cl::init(32));
103
104 // If true, split the backedge of a loop when placing the safepoint, otherwise
105 // split the latch block itself.  Both are useful to support for
106 // experimentation, but in practice, it looks like splitting the backedge
107 // optimizes better.
108 static cl::opt<bool> SplitBackedge("spp-split-backedge", cl::Hidden,
109                                    cl::init(false));
110
111 // Print tracing output
112 static cl::opt<bool> TraceLSP("spp-trace", cl::Hidden, cl::init(false));
113
114 namespace {
115
116 /// An analysis pass whose purpose is to identify each of the backedges in
117 /// the function which require a safepoint poll to be inserted.
118 struct PlaceBackedgeSafepointsImpl : public FunctionPass {
119   static char ID;
120
121   /// The output of the pass - gives a list of each backedge (described by
122   /// pointing at the branch) which need a poll inserted.
123   std::vector<TerminatorInst *> PollLocations;
124
125   /// True unless we're running spp-no-calls in which case we need to disable
126   /// the call-dependent placement opts.
127   bool CallSafepointsEnabled;
128
129   ScalarEvolution *SE = nullptr;
130   DominatorTree *DT = nullptr;
131   LoopInfo *LI = nullptr;
132
133   PlaceBackedgeSafepointsImpl(bool CallSafepoints = false)
134       : FunctionPass(ID), CallSafepointsEnabled(CallSafepoints) {
135     initializePlaceBackedgeSafepointsImplPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
136   }
137
138   bool runOnLoop(Loop *);
139   void runOnLoopAndSubLoops(Loop *L) {
140     // Visit all the subloops
141     for (auto I = L->begin(), E = L->end(); I != E; I++)
142       runOnLoopAndSubLoops(*I);
143     runOnLoop(L);
144   }
145
146   bool runOnFunction(Function &F) override {
147     SE = &getAnalysis<ScalarEvolutionWrapperPass>().getSE();
148     DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
149     LI = &getAnalysis<LoopInfoWrapperPass>().getLoopInfo();
150     for (auto I = LI->begin(), E = LI->end(); I != E; I++) {
151       runOnLoopAndSubLoops(*I);
152     }
153     return false;
154   }
155
156   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
157     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
158     AU.addRequired<ScalarEvolutionWrapperPass>();
159     AU.addRequired<LoopInfoWrapperPass>();
160     // We no longer modify the IR at all in this pass.  Thus all
161     // analysis are preserved.
162     AU.setPreservesAll();
163   }
164 };
165 }
166
167 static cl::opt<bool> NoEntry("spp-no-entry", cl::Hidden, cl::init(false));
168 static cl::opt<bool> NoCall("spp-no-call", cl::Hidden, cl::init(false));
169 static cl::opt<bool> NoBackedge("spp-no-backedge", cl::Hidden, cl::init(false));
170
171 namespace {
172 struct PlaceSafepoints : public FunctionPass {
173   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
174
175   PlaceSafepoints() : FunctionPass(ID) {
176     initializePlaceSafepointsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
177   }
178   bool runOnFunction(Function &F) override;
179
180   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
181     // We modify the graph wholesale (inlining, block insertion, etc).  We
182     // preserve nothing at the moment.  We could potentially preserve dom tree
183     // if that was worth doing
184   }
185 };
186 }
187
188 // Insert a safepoint poll immediately before the given instruction.  Does
189 // not handle the parsability of state at the runtime call, that's the
190 // callers job.
191 static void
192 InsertSafepointPoll(Instruction *InsertBefore,
193                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/);
194
195 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS);
196
197 static bool needsStatepoint(const CallSite &CS) {
198   if (isGCLeafFunction(CS))
199     return false;
200   if (CS.isCall()) {
201     CallInst *call = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
202     if (call->isInlineAsm())
203       return false;
204   }
205   if (isStatepoint(CS) || isGCRelocate(CS) || isGCResult(CS)) {
206     return false;
207   }
208   return true;
209 }
210
211 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, Pass *P);
212
213 /// Returns true if this loop is known to contain a call safepoint which
214 /// must unconditionally execute on any iteration of the loop which returns
215 /// to the loop header via an edge from Pred.  Returns a conservative correct
216 /// answer; i.e. false is always valid.
217 static bool containsUnconditionalCallSafepoint(Loop *L, BasicBlock *Header,
218                                                BasicBlock *Pred,
219                                                DominatorTree &DT) {
220   // In general, we're looking for any cut of the graph which ensures
221   // there's a call safepoint along every edge between Header and Pred.
222   // For the moment, we look only for the 'cuts' that consist of a single call
223   // instruction in a block which is dominated by the Header and dominates the
224   // loop latch (Pred) block.  Somewhat surprisingly, walking the entire chain
225   // of such dominating blocks gets substantially more occurrences than just
226   // checking the Pred and Header blocks themselves.  This may be due to the
227   // density of loop exit conditions caused by range and null checks.
228   // TODO: structure this as an analysis pass, cache the result for subloops,
229   // avoid dom tree recalculations
230   assert(DT.dominates(Header, Pred) && "loop latch not dominated by header?");
231
232   BasicBlock *Current = Pred;
233   while (true) {
234     for (Instruction &I : *Current) {
235       if (auto CS = CallSite(&I))
236         // Note: Technically, needing a safepoint isn't quite the right
237         // condition here.  We should instead be checking if the target method
238         // has an
239         // unconditional poll. In practice, this is only a theoretical concern
240         // since we don't have any methods with conditional-only safepoint
241         // polls.
242         if (needsStatepoint(CS))
243           return true;
244     }
245
246     if (Current == Header)
247       break;
248     Current = DT.getNode(Current)->getIDom()->getBlock();
249   }
250
251   return false;
252 }
253
254 /// Returns true if this loop is known to terminate in a finite number of
255 /// iterations.  Note that this function may return false for a loop which
256 /// does actual terminate in a finite constant number of iterations due to
257 /// conservatism in the analysis.
258 static bool mustBeFiniteCountedLoop(Loop *L, ScalarEvolution *SE,
259                                     BasicBlock *Pred) {
260   // A conservative bound on the loop as a whole.
261   const SCEV *MaxTrips = SE->getMaxBackedgeTakenCount(L);
262   if (MaxTrips != SE->getCouldNotCompute() &&
263       SE->getUnsignedRange(MaxTrips).getUnsignedMax().isIntN(
264           CountedLoopTripWidth))
265     return true;
266
267   // If this is a conditional branch to the header with the alternate path
268   // being outside the loop, we can ask questions about the execution frequency
269   // of the exit block.
270   if (L->isLoopExiting(Pred)) {
271     // This returns an exact expression only.  TODO: We really only need an
272     // upper bound here, but SE doesn't expose that.
273     const SCEV *MaxExec = SE->getExitCount(L, Pred);
274     if (MaxExec != SE->getCouldNotCompute() &&
275         SE->getUnsignedRange(MaxExec).getUnsignedMax().isIntN(
276             CountedLoopTripWidth))
277         return true;
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 (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
301         if (seen.count(Succ) == 0) {
302           worklist.push_back(Succ);
303           seen.insert(Succ);
304         }
305       }
306     }
307   }
308 }
309 static void scanInlinedCode(Instruction *start, Instruction *end,
310                             std::vector<CallInst *> &calls,
311                             std::set<BasicBlock *> &seen) {
312   calls.clear();
313   std::vector<BasicBlock *> worklist;
314   seen.insert(start->getParent());
315   scanOneBB(start, end, calls, seen, worklist);
316   while (!worklist.empty()) {
317     BasicBlock *BB = worklist.back();
318     worklist.pop_back();
319     scanOneBB(&*BB->begin(), end, calls, seen, worklist);
320   }
321 }
322
323 bool PlaceBackedgeSafepointsImpl::runOnLoop(Loop *L) {
324   // Loop through all loop latches (branches controlling backedges).  We need
325   // to place a safepoint on every backedge (potentially).
326   // Note: In common usage, there will be only one edge due to LoopSimplify
327   // having run sometime earlier in the pipeline, but this code must be correct
328   // w.r.t. loops with multiple backedges.
329   BasicBlock *header = L->getHeader();
330   SmallVector<BasicBlock*, 16> LoopLatches;
331   L->getLoopLatches(LoopLatches);
332   for (BasicBlock *pred : LoopLatches) {
333     assert(L->contains(pred));
334
335     // Make a policy decision about whether this loop needs a safepoint or
336     // not.  Note that this is about unburdening the optimizer in loops, not
337     // avoiding the runtime cost of the actual safepoint.
338     if (!AllBackedges) {
339       if (mustBeFiniteCountedLoop(L, SE, pred)) {
340         if (TraceLSP)
341           errs() << "skipping safepoint placement in finite loop\n";
342         FiniteExecution++;
343         continue;
344       }
345       if (CallSafepointsEnabled &&
346           containsUnconditionalCallSafepoint(L, header, pred, *DT)) {
347         // Note: This is only semantically legal since we won't do any further
348         // IPO or inlining before the actual call insertion..  If we hadn't, we
349         // might latter loose this call safepoint.
350         if (TraceLSP)
351           errs() << "skipping safepoint placement due to unconditional call\n";
352         CallInLoop++;
353         continue;
354       }
355     }
356
357     // TODO: We can create an inner loop which runs a finite number of
358     // iterations with an outer loop which contains a safepoint.  This would
359     // not help runtime performance that much, but it might help our ability to
360     // optimize the inner loop.
361
362     // Safepoint insertion would involve creating a new basic block (as the
363     // target of the current backedge) which does the safepoint (of all live
364     // variables) and branches to the true header
365     TerminatorInst *term = pred->getTerminator();
366
367     if (TraceLSP) {
368       errs() << "[LSP] terminator instruction: ";
369       term->dump();
370     }
371
372     PollLocations.push_back(term);
373   }
374
375   return false;
376 }
377
378 /// Returns true if an entry safepoint is not required before this callsite in
379 /// the caller function.
380 static bool doesNotRequireEntrySafepointBefore(const CallSite &CS) {
381   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
382   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(Inst)) {
383     switch (II->getIntrinsicID()) {
384     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
385     case Intrinsic::experimental_patchpoint_void:
386     case Intrinsic::experimental_patchpoint_i64:
387       // The can wrap an actual call which may grow the stack by an unbounded
388       // amount or run forever.
389       return false;
390     default:
391       // Most LLVM intrinsics are things which do not expand to actual calls, or
392       // at least if they do, are leaf functions that cause only finite stack
393       // growth.  In particular, the optimizer likes to form things like memsets
394       // out of stores in the original IR.  Another important example is
395       // llvm.localescape which must occur in the entry block.  Inserting a
396       // safepoint before it is not legal since it could push the localescape
397       // out of the entry block.
398       return true;
399     }
400   }
401   return false;
402 }
403
404 static Instruction *findLocationForEntrySafepoint(Function &F,
405                                                   DominatorTree &DT) {
406
407   // Conceptually, this poll needs to be on method entry, but in
408   // practice, we place it as late in the entry block as possible.  We
409   // can place it as late as we want as long as it dominates all calls
410   // that can grow the stack.  This, combined with backedge polls,
411   // give us all the progress guarantees we need.
412
413   // hasNextInstruction and nextInstruction are used to iterate
414   // through a "straight line" execution sequence.
415
416   auto hasNextInstruction = [](Instruction *I) {
417     if (!I->isTerminator()) {
418       return true;
419     }
420     BasicBlock *nextBB = I->getParent()->getUniqueSuccessor();
421     return nextBB && (nextBB->getUniquePredecessor() != nullptr);
422   };
423
424   auto nextInstruction = [&hasNextInstruction](Instruction *I) {
425     assert(hasNextInstruction(I) &&
426            "first check if there is a next instruction!");
427     if (I->isTerminator()) {
428       return I->getParent()->getUniqueSuccessor()->begin();
429     } else {
430       return std::next(BasicBlock::iterator(I));
431     }
432   };
433
434   Instruction *cursor = nullptr;
435   for (cursor = F.getEntryBlock().begin(); hasNextInstruction(cursor);
436        cursor = nextInstruction(cursor)) {
437
438     // We need to ensure a safepoint poll occurs before any 'real' call.  The
439     // easiest way to ensure finite execution between safepoints in the face of
440     // recursive and mutually recursive functions is to enforce that each take
441     // a safepoint.  Additionally, we need to ensure a poll before any call
442     // which can grow the stack by an unbounded amount.  This isn't required
443     // for GC semantics per se, but is a common requirement for languages
444     // which detect stack overflow via guard pages and then throw exceptions.
445     if (auto CS = CallSite(cursor)) {
446       if (doesNotRequireEntrySafepointBefore(CS))
447         continue;
448       break;
449     }
450   }
451
452   assert((hasNextInstruction(cursor) || cursor->isTerminator()) &&
453          "either we stopped because of a call, or because of terminator");
454
455   return cursor;
456 }
457
458 /// Identify the list of call sites which need to be have parseable state
459 static void findCallSafepoints(Function &F,
460                                std::vector<CallSite> &Found /*rval*/) {
461   assert(Found.empty() && "must be empty!");
462   for (Instruction &I : instructions(F)) {
463     Instruction *inst = &I;
464     if (isa<CallInst>(inst) || isa<InvokeInst>(inst)) {
465       CallSite CS(inst);
466
467       // No safepoint needed or wanted
468       if (!needsStatepoint(CS)) {
469         continue;
470       }
471
472       Found.push_back(CS);
473     }
474   }
475 }
476
477 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
478 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
479 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
480 template <typename T> static void unique_unsorted(std::vector<T> &vec) {
481   std::set<T> seen;
482   std::vector<T> tmp;
483   vec.reserve(vec.size());
484   std::swap(tmp, vec);
485   for (auto V : tmp) {
486     if (seen.insert(V).second) {
487       vec.push_back(V);
488     }
489   }
490 }
491
492 static const char *const GCSafepointPollName = "gc.safepoint_poll";
493
494 static bool isGCSafepointPoll(Function &F) {
495   return F.getName().equals(GCSafepointPollName);
496 }
497
498 /// Returns true if this function should be rewritten to include safepoint
499 /// polls and parseable call sites.  The main point of this function is to be
500 /// an extension point for custom logic.
501 static bool shouldRewriteFunction(Function &F) {
502   // TODO: This should check the GCStrategy
503   if (F.hasGC()) {
504     const char *FunctionGCName = F.getGC();
505     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
506     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
507     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
508            (CoreCLRName == FunctionGCName);
509   } else
510     return false;
511 }
512
513 // TODO: These should become properties of the GCStrategy, possibly with
514 // command line overrides.
515 static bool enableEntrySafepoints(Function &F) { return !NoEntry; }
516 static bool enableBackedgeSafepoints(Function &F) { return !NoBackedge; }
517 static bool enableCallSafepoints(Function &F) { return !NoCall; }
518
519 // Normalize basic block to make it ready to be target of invoke statepoint.
520 // Ensure that 'BB' does not have phi nodes. It may require spliting it.
521 static BasicBlock *normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB,
522                                                BasicBlock *InvokeParent) {
523   BasicBlock *ret = BB;
524
525   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
526     ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "");
527   }
528
529   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
530   // from it
531   FoldSingleEntryPHINodes(ret);
532   assert(!isa<PHINode>(ret->begin()));
533
534   return ret;
535 }
536
537 bool PlaceSafepoints::runOnFunction(Function &F) {
538   if (F.isDeclaration() || F.empty()) {
539     // This is a declaration, nothing to do.  Must exit early to avoid crash in
540     // dom tree calculation
541     return false;
542   }
543
544   if (isGCSafepointPoll(F)) {
545     // Given we're inlining this inside of safepoint poll insertion, this
546     // doesn't make any sense.  Note that we do make any contained calls
547     // parseable after we inline a poll.
548     return false;
549   }
550
551   if (!shouldRewriteFunction(F))
552     return false;
553
554   bool modified = false;
555
556   // In various bits below, we rely on the fact that uses are reachable from
557   // defs.  When there are basic blocks unreachable from the entry, dominance
558   // and reachablity queries return non-sensical results.  Thus, we preprocess
559   // the function to ensure these properties hold.
560   modified |= removeUnreachableBlocks(F);
561
562   // STEP 1 - Insert the safepoint polling locations.  We do not need to
563   // actually insert parse points yet.  That will be done for all polls and
564   // calls in a single pass.
565
566   DominatorTree DT;
567   DT.recalculate(F);
568
569   SmallVector<Instruction *, 16> PollsNeeded;
570   std::vector<CallSite> ParsePointNeeded;
571
572   if (enableBackedgeSafepoints(F)) {
573     // Construct a pass manager to run the LoopPass backedge logic.  We
574     // need the pass manager to handle scheduling all the loop passes
575     // appropriately.  Doing this by hand is painful and just not worth messing
576     // with for the moment.
577     legacy::FunctionPassManager FPM(F.getParent());
578     bool CanAssumeCallSafepoints = enableCallSafepoints(F);
579     PlaceBackedgeSafepointsImpl *PBS =
580       new PlaceBackedgeSafepointsImpl(CanAssumeCallSafepoints);
581     FPM.add(PBS);
582     FPM.run(F);
583
584     // We preserve dominance information when inserting the poll, otherwise
585     // we'd have to recalculate this on every insert
586     DT.recalculate(F);
587
588     auto &PollLocations = PBS->PollLocations;
589
590     auto OrderByBBName = [](Instruction *a, Instruction *b) {
591       return a->getParent()->getName() < b->getParent()->getName();
592     };
593     // We need the order of list to be stable so that naming ends up stable
594     // when we split edges.  This makes test cases much easier to write.
595     std::sort(PollLocations.begin(), PollLocations.end(), OrderByBBName);
596
597     // We can sometimes end up with duplicate poll locations.  This happens if
598     // a single loop is visited more than once.   The fact this happens seems
599     // wrong, but it does happen for the split-backedge.ll test case.
600     PollLocations.erase(std::unique(PollLocations.begin(),
601                                     PollLocations.end()),
602                         PollLocations.end());
603
604     // Insert a poll at each point the analysis pass identified
605     // The poll location must be the terminator of a loop latch block.
606     for (TerminatorInst *Term : PollLocations) {
607       // We are inserting a poll, the function is modified
608       modified = true;
609
610       if (SplitBackedge) {
611         // Split the backedge of the loop and insert the poll within that new
612         // basic block.  This creates a loop with two latches per original
613         // latch (which is non-ideal), but this appears to be easier to
614         // optimize in practice than inserting the poll immediately before the
615         // latch test.
616
617         // Since this is a latch, at least one of the successors must dominate
618         // it. Its possible that we have a) duplicate edges to the same header
619         // and b) edges to distinct loop headers.  We need to insert pools on
620         // each.
621         SetVector<BasicBlock *> Headers;
622         for (unsigned i = 0; i < Term->getNumSuccessors(); i++) {
623           BasicBlock *Succ = Term->getSuccessor(i);
624           if (DT.dominates(Succ, Term->getParent())) {
625             Headers.insert(Succ);
626           }
627         }
628         assert(!Headers.empty() && "poll location is not a loop latch?");
629
630         // The split loop structure here is so that we only need to recalculate
631         // the dominator tree once.  Alternatively, we could just keep it up to
632         // date and use a more natural merged loop.
633         SetVector<BasicBlock *> SplitBackedges;
634         for (BasicBlock *Header : Headers) {
635           BasicBlock *NewBB = SplitEdge(Term->getParent(), Header, &DT);
636           PollsNeeded.push_back(NewBB->getTerminator());
637           NumBackedgeSafepoints++;
638         }
639       } else {
640         // Split the latch block itself, right before the terminator.
641         PollsNeeded.push_back(Term);
642         NumBackedgeSafepoints++;
643       }
644     }
645   }
646
647   if (enableEntrySafepoints(F)) {
648     Instruction *Location = findLocationForEntrySafepoint(F, DT);
649     if (!Location) {
650       // policy choice not to insert?
651     } else {
652       PollsNeeded.push_back(Location);
653       modified = true;
654       NumEntrySafepoints++;
655     }
656   }
657
658   // Now that we've identified all the needed safepoint poll locations, insert
659   // safepoint polls themselves.
660   for (Instruction *PollLocation : PollsNeeded) {
661     std::vector<CallSite> RuntimeCalls;
662     InsertSafepointPoll(PollLocation, RuntimeCalls);
663     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), RuntimeCalls.begin(),
664                             RuntimeCalls.end());
665   }
666   PollsNeeded.clear(); // make sure we don't accidentally use
667   // The dominator tree has been invalidated by the inlining performed in the
668   // above loop.  TODO: Teach the inliner how to update the dom tree?
669   DT.recalculate(F);
670
671   if (enableCallSafepoints(F)) {
672     std::vector<CallSite> Calls;
673     findCallSafepoints(F, Calls);
674     NumCallSafepoints += Calls.size();
675     ParsePointNeeded.insert(ParsePointNeeded.end(), Calls.begin(), Calls.end());
676   }
677
678   // Unique the vectors since we can end up with duplicates if we scan the call
679   // site for call safepoints after we add it for entry or backedge.  The
680   // only reason we need tracking at all is that some functions might have
681   // polls but not call safepoints and thus we might miss marking the runtime
682   // calls for the polls. (This is useful in test cases!)
683   unique_unsorted(ParsePointNeeded);
684
685   // Any parse point (no matter what source) will be handled here
686
687   // We're about to start modifying the function
688   if (!ParsePointNeeded.empty())
689     modified = true;
690
691   // Now run through and insert the safepoints, but do _NOT_ update or remove
692   // any existing uses.  We have references to live variables that need to
693   // survive to the last iteration of this loop.
694   std::vector<Value *> Results;
695   Results.reserve(ParsePointNeeded.size());
696   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
697     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
698
699     // For invoke statepoints we need to remove all phi nodes at the normal
700     // destination block.
701     // Reason for this is that we can place gc_result only after last phi node
702     // in basic block. We will get malformed code after RAUW for the
703     // gc_result if one of this phi nodes uses result from the invoke.
704     if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(CS.getInstruction())) {
705       normalizeForInvokeSafepoint(Invoke->getNormalDest(),
706                                   Invoke->getParent());
707     }
708
709     Value *GCResult = ReplaceWithStatepoint(CS, nullptr);
710     Results.push_back(GCResult);
711   }
712   assert(Results.size() == ParsePointNeeded.size());
713
714   // Adjust all users of the old call sites to use the new ones instead
715   for (size_t i = 0; i < ParsePointNeeded.size(); i++) {
716     CallSite &CS = ParsePointNeeded[i];
717     Value *GCResult = Results[i];
718     if (GCResult) {
719       // Can not RAUW for the invoke gc result in case of phi nodes preset.
720       assert(CS.isCall() || !isa<PHINode>(cast<Instruction>(GCResult)->getParent()->begin()));
721
722       // Replace all uses with the new call
723       CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(GCResult);
724     }
725
726     // Now that we've handled all uses, remove the original call itself
727     // Note: The insert point can't be the deleted instruction!
728     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
729   }
730   return modified;
731 }
732
733 char PlaceBackedgeSafepointsImpl::ID = 0;
734 char PlaceSafepoints::ID = 0;
735
736 FunctionPass *llvm::createPlaceSafepointsPass() {
737   return new PlaceSafepoints();
738 }
739
740 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
741                       "place-backedge-safepoints-impl",
742                       "Place Backedge Safepoints", false, false)
743 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ScalarEvolutionWrapperPass)
744 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
745 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LoopInfoWrapperPass)
746 INITIALIZE_PASS_END(PlaceBackedgeSafepointsImpl,
747                     "place-backedge-safepoints-impl",
748                     "Place Backedge Safepoints", false, false)
749
750 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
751                       false, false)
752 INITIALIZE_PASS_END(PlaceSafepoints, "place-safepoints", "Place Safepoints",
753                     false, false)
754
755 static bool isGCLeafFunction(const CallSite &CS) {
756   Instruction *inst = CS.getInstruction();
757   if (isa<IntrinsicInst>(inst)) {
758     // Most LLVM intrinsics are things which can never take a safepoint.
759     // As a result, we don't need to have the stack parsable at the
760     // callsite.  This is a highly useful optimization since intrinsic
761     // calls are fairly prevalent, particularly in debug builds.
762     return true;
763   }
764
765   // If this function is marked explicitly as a leaf call, we don't need to
766   // place a safepoint of it.  In fact, for correctness we *can't* in many
767   // cases.  Note: Indirect calls return Null for the called function,
768   // these obviously aren't runtime functions with attributes
769   // TODO: Support attributes on the call site as well.
770   const Function *F = CS.getCalledFunction();
771   bool isLeaf =
772       F &&
773       F->getFnAttribute("gc-leaf-function").getValueAsString().equals("true");
774   if (isLeaf) {
775     return true;
776   }
777   return false;
778 }
779
780 static void
781 InsertSafepointPoll(Instruction *InsertBefore,
782                     std::vector<CallSite> &ParsePointsNeeded /*rval*/) {
783   BasicBlock *OrigBB = InsertBefore->getParent();
784   Module *M = InsertBefore->getModule();
785   assert(M && "must be part of a module");
786
787   // Inline the safepoint poll implementation - this will get all the branch,
788   // control flow, etc..  Most importantly, it will introduce the actual slow
789   // path call - where we need to insert a safepoint (parsepoint).
790
791   auto *F = M->getFunction(GCSafepointPollName);
792   assert(F->getType()->getElementType() ==
793          FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), false) &&
794          "gc.safepoint_poll declared with wrong type");
795   assert(!F->empty() && "gc.safepoint_poll must be a non-empty function");
796   CallInst *PollCall = CallInst::Create(F, "", InsertBefore);
797
798   // Record some information about the call site we're replacing
799   BasicBlock::iterator before(PollCall), after(PollCall);
800   bool isBegin(false);
801   if (before == OrigBB->begin()) {
802     isBegin = true;
803   } else {
804     before--;
805   }
806   after++;
807   assert(after != OrigBB->end() && "must have successor");
808
809   // do the actual inlining
810   InlineFunctionInfo IFI;
811   bool InlineStatus = InlineFunction(PollCall, IFI);
812   assert(InlineStatus && "inline must succeed");
813   (void)InlineStatus; // suppress warning in release-asserts
814
815   // Check post conditions
816   assert(IFI.StaticAllocas.empty() && "can't have allocs");
817
818   std::vector<CallInst *> calls; // new calls
819   std::set<BasicBlock *> BBs;    // new BBs + insertee
820   // Include only the newly inserted instructions, Note: begin may not be valid
821   // if we inserted to the beginning of the basic block
822   BasicBlock::iterator start;
823   if (isBegin) {
824     start = OrigBB->begin();
825   } else {
826     start = before;
827     start++;
828   }
829
830   // If your poll function includes an unreachable at the end, that's not
831   // valid.  Bugpoint likes to create this, so check for it.
832   assert(isPotentiallyReachable(&*start, &*after, nullptr, nullptr) &&
833          "malformed poll function");
834
835   scanInlinedCode(&*(start), &*(after), calls, BBs);
836   assert(!calls.empty() && "slow path not found for safepoint poll");
837
838   // Record the fact we need a parsable state at the runtime call contained in
839   // the poll function.  This is required so that the runtime knows how to
840   // parse the last frame when we actually take  the safepoint (i.e. execute
841   // the slow path)
842   assert(ParsePointsNeeded.empty());
843   for (size_t i = 0; i < calls.size(); i++) {
844
845     // No safepoint needed or wanted
846     if (!needsStatepoint(calls[i])) {
847       continue;
848     }
849
850     // These are likely runtime calls.  Should we assert that via calling
851     // convention or something?
852     ParsePointsNeeded.push_back(CallSite(calls[i]));
853   }
854   assert(ParsePointsNeeded.size() <= calls.size());
855 }
856
857 /// Replaces the given call site (Call or Invoke) with a gc.statepoint
858 /// intrinsic with an empty deoptimization arguments list.  This does
859 /// NOT do explicit relocation for GC support.
860 static Value *ReplaceWithStatepoint(const CallSite &CS, /* to replace */
861                                     Pass *P) {
862   assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent() &&
863          "must be set");
864
865   // TODO: technically, a pass is not allowed to get functions from within a
866   // function pass since it might trigger a new function addition.  Refactor
867   // this logic out to the initialization of the pass.  Doesn't appear to
868   // matter in practice.
869
870   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
871   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
872   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
873   // be replacing a terminator.
874   IRBuilder<> Builder(CS.getInstruction());
875
876   // Note: The gc args are not filled in at this time, that's handled by
877   // RewriteStatepointsForGC (which is currently under review).
878
879   // Create the statepoint given all the arguments
880   Instruction *Token = nullptr;
881
882   uint64_t ID;
883   uint32_t NumPatchBytes;
884
885   AttributeSet OriginalAttrs = CS.getAttributes();
886   Attribute AttrID =
887       OriginalAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-id");
888   Attribute AttrNumPatchBytes = OriginalAttrs.getAttribute(
889       AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-num-patch-bytes");
890
891   AttrBuilder AttrsToRemove;
892   bool HasID = AttrID.isStringAttribute() &&
893                !AttrID.getValueAsString().getAsInteger(10, ID);
894
895   if (HasID)
896     AttrsToRemove.addAttribute("statepoint-id");
897   else
898     ID = 0xABCDEF00;
899
900   bool HasNumPatchBytes =
901       AttrNumPatchBytes.isStringAttribute() &&
902       !AttrNumPatchBytes.getValueAsString().getAsInteger(10, NumPatchBytes);
903
904   if (HasNumPatchBytes)
905     AttrsToRemove.addAttribute("statepoint-num-patch-bytes");
906   else
907     NumPatchBytes = 0;
908
909   OriginalAttrs = OriginalAttrs.removeAttributes(
910       CS.getInstruction()->getContext(), AttributeSet::FunctionIndex,
911       AttrsToRemove);
912
913   if (CS.isCall()) {
914     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
915     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
916         ID, NumPatchBytes, CS.getCalledValue(),
917         makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()), None, None,
918         "safepoint_token");
919     Call->setTailCall(ToReplace->isTailCall());
920     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
921
922     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
923     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
924     // gc_result intrinsic.
925     Call->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
926
927     Token = Call;
928
929     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after
930     // the old call (which we're about to delete).
931     assert(ToReplace->getNextNode() && "not a terminator, must have next");
932     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
933     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
934   } else if (CS.isInvoke()) {
935     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
936
937     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
938     // moment at which point this will become the new terminator for the
939     // original block.
940     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getParent());
941     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
942         ID, NumPatchBytes, CS.getCalledValue(), ToReplace->getNormalDest(),
943         ToReplace->getUnwindDest(), makeArrayRef(CS.arg_begin(), CS.arg_end()),
944         None, None, "safepoint_token");
945
946     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
947
948     // In case if we can handle this set of attributes - set up function
949     // attributes directly on statepoint and return attributes later for
950     // gc_result intrinsic.
951     Invoke->setAttributes(OriginalAttrs.getFnAttributes());
952
953     Token = Invoke;
954
955     // We'll insert the gc.result into the normal block
956     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
957     // Can not insert gc.result in case of phi nodes preset.
958     // Should have removed this cases prior to running this function
959     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
960     Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
961     Builder.SetInsertPoint(IP);
962   } else {
963     llvm_unreachable("unexpect type of CallSite");
964   }
965   assert(Token);
966
967   // Handle the return value of the original call - update all uses to use a
968   // gc_result hanging off the statepoint node we just inserted
969
970   // Only add the gc_result iff there is actually a used result
971   if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
972     std::string TakenName =
973         CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
974     CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), TakenName);
975     GCResult->setAttributes(OriginalAttrs.getRetAttributes());
976     return GCResult;
977   } else {
978     // No return value for the call.
979     return nullptr;
980   }
981 }