tools/gold/gold-plugin.cpp

   1 //===-- gold-plugin.cpp - Plugin to gold for Link Time Optimization  ------===//
   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 // This is a gold plugin for LLVM. It provides an LLVM implementation of the
  11 // interface described in http://gcc.gnu.org/wiki/whopr/driver .
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/Config/config.h" // plugin-api.h requires HAVE_STDINT_H
  16 #include "llvm-c/lto.h"
  17 #include "llvm/ADT/StringSet.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/CommandFlags.h"
  19 #include "llvm/LTO/LTOCodeGenerator.h"
  20 #include "llvm/LTO/LTOModule.h"
  21 #include "llvm/Support/Errno.h"
  22 #include "llvm/Support/FileSystem.h"
  23 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
  24 #include "llvm/Support/Path.h"
  25 #include "llvm/Support/Program.h"
  26 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  27 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  28 #include <cerrno>
  29 #include <cstdlib>
  30 #include <cstring>
  31 #include <fstream>
  32 #include <list>
  33 #include <plugin-api.h>
  34 #include <system_error>
  35 #include <vector>
  36
  37 // Support Windows/MinGW crazyness.
  38 #ifdef _WIN32
  39 # include <io.h>
  40 # define lseek _lseek
  41 # define read _read
  42 #endif
  43
  44 #ifndef LDPO_PIE
  45 // FIXME: remove this declaration when we stop maintaining Ubuntu Quantal and
  46 // Precise and Debian Wheezy (binutils 2.23 is required)
  47 # define LDPO_PIE 3
  48 #endif
  49
  50 using namespace llvm;
  51
  52 namespace {
  53 struct claimed_file {
  54   void *handle;
  55   std::vector<ld_plugin_symbol> syms;
  56 };
  57 }
  58
  59 static ld_plugin_status discard_message(int level, const char *format, ...) {
  60   // Die loudly. Recent versions of Gold pass ld_plugin_message as the first
  61   // callback in the transfer vector. This should never be called.
  62   abort();
  63 }
  64
  65 static ld_plugin_add_symbols add_symbols = NULL;
  66 static ld_plugin_get_symbols get_symbols = NULL;
  67 static ld_plugin_add_input_file add_input_file = NULL;
  68 static ld_plugin_set_extra_library_path set_extra_library_path = NULL;
  69 static ld_plugin_get_view get_view = NULL;
  70 static ld_plugin_message message = discard_message;
  71 static lto_codegen_model output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
  72 static std::string output_name = "";
  73 static std::list<claimed_file> Modules;
  74 static std::vector<std::string> Cleanup;
  75 static LTOCodeGenerator *CodeGen = nullptr;
  76 static StringSet<> CannotBeHidden;
  77 static llvm::TargetOptions TargetOpts;
  78
  79 namespace options {
  80   enum generate_bc { BC_NO, BC_ALSO, BC_ONLY };
  81   static bool generate_api_file = false;
  82   static generate_bc generate_bc_file = BC_NO;
  83   static std::string bc_path;
  84   static std::string obj_path;
  85   static std::string extra_library_path;
  86   static std::string triple;
  87   static std::string mcpu;
  88   // Additional options to pass into the code generator.
  89   // Note: This array will contain all plugin options which are not claimed
  90   // as plugin exclusive to pass to the code generator.
  91   // For example, "generate-api-file" and "as"options are for the plugin
  92   // use only and will not be passed.
  93   static std::vector<std::string> extra;
  94
  95   static void process_plugin_option(const char* opt_)
  96   {
  97     if (opt_ == NULL)
  98       return;
  99     llvm::StringRef opt = opt_;
 100
 101     if (opt == "generate-api-file") {
 102       generate_api_file = true;
 103     } else if (opt.startswith("mcpu=")) {
 104       mcpu = opt.substr(strlen("mcpu="));
 105     } else if (opt.startswith("extra-library-path=")) {
 106       extra_library_path = opt.substr(strlen("extra_library_path="));
 107     } else if (opt.startswith("mtriple=")) {
 108       triple = opt.substr(strlen("mtriple="));
 109     } else if (opt.startswith("obj-path=")) {
 110       obj_path = opt.substr(strlen("obj-path="));
 111     } else if (opt == "emit-llvm") {
 112       generate_bc_file = BC_ONLY;
 113     } else if (opt == "also-emit-llvm") {
 114       generate_bc_file = BC_ALSO;
 115     } else if (opt.startswith("also-emit-llvm=")) {
 116       llvm::StringRef path = opt.substr(strlen("also-emit-llvm="));
 117       generate_bc_file = BC_ALSO;
 118       if (!bc_path.empty()) {
 119         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to the output IL file specified twice. "
 120                    "Discarding %s", opt_);
 121       } else {
 122         bc_path = path;
 123       }
 124     } else {
 125       // Save this option to pass to the code generator.
 126       extra.push_back(opt);
 127     }
 128   }
 129 }
 130
 131 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 132                                         int *claimed);
 133 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void);
 134 static ld_plugin_status cleanup_hook(void);
 135
 136 extern "C" ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv);
 137 ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv) {
 138   InitializeAllTargetInfos();
 139   InitializeAllTargets();
 140   InitializeAllTargetMCs();
 141   InitializeAllAsmParsers();
 142   InitializeAllAsmPrinters();
 143
 144   // We're given a pointer to the first transfer vector. We read through them
 145   // until we find one where tv_tag == LDPT_NULL. The REGISTER_* tagged values
 146   // contain pointers to functions that we need to call to register our own
 147   // hooks. The others are addresses of functions we can use to call into gold
 148   // for services.
 149
 150   bool registeredClaimFile = false;
 151   bool RegisteredAllSymbolsRead = false;
 152
 153   for (; tv->tv_tag != LDPT_NULL; ++tv) {
 154     switch (tv->tv_tag) {
 155       case LDPT_OUTPUT_NAME:
 156         output_name = tv->tv_u.tv_string;
 157         break;
 158       case LDPT_LINKER_OUTPUT:
 159         switch (tv->tv_u.tv_val) {
 160           case LDPO_REL:  // .o
 161           case LDPO_DYN:  // .so
 162           case LDPO_PIE:  // position independent executable
 163             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC;
 164             break;
 165           case LDPO_EXEC:  // .exe
 166             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
 167             break;
 168           default:
 169             (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown output file type %d",
 170                        tv->tv_u.tv_val);
 171             return LDPS_ERR;
 172         }
 173         break;
 174       case LDPT_OPTION:
 175         options::process_plugin_option(tv->tv_u.tv_string);
 176         break;
 177       case LDPT_REGISTER_CLAIM_FILE_HOOK: {
 178         ld_plugin_register_claim_file callback;
 179         callback = tv->tv_u.tv_register_claim_file;
 180
 181         if ((*callback)(claim_file_hook) != LDPS_OK)
 182           return LDPS_ERR;
 183
 184         registeredClaimFile = true;
 185       } break;
 186       case LDPT_REGISTER_ALL_SYMBOLS_READ_HOOK: {
 187         ld_plugin_register_all_symbols_read callback;
 188         callback = tv->tv_u.tv_register_all_symbols_read;
 189
 190         if ((*callback)(all_symbols_read_hook) != LDPS_OK)
 191           return LDPS_ERR;
 192
 193         RegisteredAllSymbolsRead = true;
 194       } break;
 195       case LDPT_REGISTER_CLEANUP_HOOK: {
 196         ld_plugin_register_cleanup callback;
 197         callback = tv->tv_u.tv_register_cleanup;
 198
 199         if ((*callback)(cleanup_hook) != LDPS_OK)
 200           return LDPS_ERR;
 201       } break;
 202       case LDPT_ADD_SYMBOLS:
 203         add_symbols = tv->tv_u.tv_add_symbols;
 204         break;
 205       case LDPT_GET_SYMBOLS_V2:
 206         get_symbols = tv->tv_u.tv_get_symbols;
 207         break;
 208       case LDPT_ADD_INPUT_FILE:
 209         add_input_file = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 210         break;
 211       case LDPT_SET_EXTRA_LIBRARY_PATH:
 212         set_extra_library_path = tv->tv_u.tv_set_extra_library_path;
 213         break;
 214       case LDPT_GET_VIEW:
 215         get_view = tv->tv_u.tv_get_view;
 216         break;
 217       case LDPT_MESSAGE:
 218         message = tv->tv_u.tv_message;
 219         break;
 220       default:
 221         break;
 222     }
 223   }
 224
 225   if (!registeredClaimFile) {
 226     (*message)(LDPL_ERROR, "register_claim_file not passed to LLVMgold.");
 227     return LDPS_ERR;
 228   }
 229   if (!add_symbols) {
 230     (*message)(LDPL_ERROR, "add_symbols not passed to LLVMgold.");
 231     return LDPS_ERR;
 232   }
 233
 234   if (!RegisteredAllSymbolsRead)
 235     return LDPS_OK;
 236
 237   CodeGen = new LTOCodeGenerator();
 238
 239   // Pass through extra options to the code generator.
 240   if (!options::extra.empty()) {
 241     for (std::vector<std::string>::iterator it = options::extra.begin();
 242          it != options::extra.end(); ++it) {
 243       CodeGen->setCodeGenDebugOptions((*it).c_str());
 244     }
 245   }
 246
 247   CodeGen->parseCodeGenDebugOptions();
 248   if (MAttrs.size()) {
 249     std::string Attrs;
 250     for (unsigned I = 0; I < MAttrs.size(); ++I) {
 251       if (I > 0)
 252         Attrs.append(",");
 253       Attrs.append(MAttrs[I]);
 254     }
 255     CodeGen->setAttr(Attrs.c_str());
 256   }
 257
 258   TargetOpts = InitTargetOptionsFromCodeGenFlags();
 259   CodeGen->setTargetOptions(TargetOpts);
 260
 261   return LDPS_OK;
 262 }
 263
 264 /// Called by gold to see whether this file is one that our plugin can handle.
 265 /// We'll try to open it and register all the symbols with add_symbol if
 266 /// possible.
 267 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 268                                         int *claimed) {
 269   const void *view;
 270   std::unique_ptr<MemoryBuffer> buffer;
 271   if (get_view) {
 272     if (get_view(file->handle, &view) != LDPS_OK) {
 273       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to get a view of %s", file->name);
 274       return LDPS_ERR;
 275     }
 276   } else {
 277     int64_t offset = 0;
 278     // Gold has found what might be IR part-way inside of a file, such as
 279     // an .a archive.
 280     if (file->offset) {
 281       offset = file->offset;
 282     }
 283     if (std::error_code ec = MemoryBuffer::getOpenFileSlice(
 284             file->fd, file->name, buffer, file->filesize, offset)) {
 285       (*message)(LDPL_ERROR, ec.message().c_str());
 286       return LDPS_ERR;
 287     }
 288     view = buffer->getBufferStart();
 289   }
 290
 291   if (!LTOModule::isBitcodeFile(view, file->filesize))
 292     return LDPS_OK;
 293
 294   std::string Error;
 295   LTOModule *M =
 296       LTOModule::createFromBuffer(view, file->filesize, TargetOpts, Error);
 297   if (!M) {
 298     (*message)(LDPL_ERROR,
 299                "LLVM gold plugin has failed to create LTO module: %s",
 300                Error.c_str());
 301     return LDPS_OK;
 302   }
 303
 304   *claimed = 1;
 305   Modules.resize(Modules.size() + 1);
 306   claimed_file &cf = Modules.back();
 307
 308   if (!options::triple.empty())
 309     M->setTargetTriple(options::triple.c_str());
 310
 311   cf.handle = file->handle;
 312   unsigned sym_count = M->getSymbolCount();
 313   cf.syms.reserve(sym_count);
 314
 315   for (unsigned i = 0; i != sym_count; ++i) {
 316     lto_symbol_attributes attrs = M->getSymbolAttributes(i);
 317     if ((attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK) == LTO_SYMBOL_SCOPE_INTERNAL)
 318       continue;
 319
 320     cf.syms.push_back(ld_plugin_symbol());
 321     ld_plugin_symbol &sym = cf.syms.back();
 322     sym.name = strdup(M->getSymbolName(i));
 323     sym.version = NULL;
 324
 325     int scope = attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK;
 326     bool CanBeHidden = scope == LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT_CAN_BE_HIDDEN;
 327     if (!CanBeHidden)
 328       CannotBeHidden.insert(sym.name);
 329     switch (scope) {
 330       case LTO_SYMBOL_SCOPE_HIDDEN:
 331         sym.visibility = LDPV_HIDDEN;
 332         break;
 333       case LTO_SYMBOL_SCOPE_PROTECTED:
 334         sym.visibility = LDPV_PROTECTED;
 335         break;
 336       case 0: // extern
 337       case LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT:
 338       case LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT_CAN_BE_HIDDEN:
 339         sym.visibility = LDPV_DEFAULT;
 340         break;
 341       default:
 342         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown scope attribute: %d", scope);
 343         return LDPS_ERR;
 344     }
 345
 346     int definition = attrs & LTO_SYMBOL_DEFINITION_MASK;
 347     sym.comdat_key = NULL;
 348     switch (definition) {
 349       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_REGULAR:
 350         sym.def = LDPK_DEF;
 351         break;
 352       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_UNDEFINED:
 353         sym.def = LDPK_UNDEF;
 354         break;
 355       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_TENTATIVE:
 356         sym.def = LDPK_COMMON;
 357         break;
 358       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAK:
 359         sym.comdat_key = sym.name;
 360         sym.def = LDPK_WEAKDEF;
 361         break;
 362       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAKUNDEF:
 363         sym.def = LDPK_WEAKUNDEF;
 364         break;
 365       default:
 366         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown definition attribute: %d", definition);
 367         return LDPS_ERR;
 368     }
 369
 370     sym.size = 0;
 371
 372     sym.resolution = LDPR_UNKNOWN;
 373   }
 374
 375   cf.syms.reserve(cf.syms.size());
 376
 377   if (!cf.syms.empty()) {
 378     if ((*add_symbols)(cf.handle, cf.syms.size(), &cf.syms[0]) != LDPS_OK) {
 379       (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add symbols!");
 380       return LDPS_ERR;
 381     }
 382   }
 383
 384   if (CodeGen) {
 385     std::string Error;
 386     if (!CodeGen->addModule(M, Error)) {
 387       (*message)(LDPL_ERROR, "Error linking module: %s", Error.c_str());
 388       return LDPS_ERR;
 389     }
 390   }
 391
 392   delete M;
 393
 394   return LDPS_OK;
 395 }
 396
 397 static bool mustPreserve(const claimed_file &F, int i) {
 398   if (F.syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF)
 399     return true;
 400   if (F.syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF_IRONLY_EXP)
 401     return CannotBeHidden.count(F.syms[i].name);
 402   return false;
 403 }
 404
 405 /// all_symbols_read_hook - gold informs us that all symbols have been read.
 406 /// At this point, we use get_symbols to see if any of our definitions have
 407 /// been overridden by a native object file. Then, perform optimization and
 408 /// codegen.
 409 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void) {
 410   std::ofstream api_file;
 411   assert(CodeGen);
 412
 413   if (options::generate_api_file) {
 414     api_file.open("apifile.txt", std::ofstream::out | std::ofstream::trunc);
 415     if (!api_file.is_open()) {
 416       (*message)(LDPL_FATAL, "Unable to open apifile.txt for writing.");
 417       abort();
 418     }
 419   }
 420
 421   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 422          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 423     if (I->syms.empty())
 424       continue;
 425     (*get_symbols)(I->handle, I->syms.size(), &I->syms[0]);
 426     for (unsigned i = 0, e = I->syms.size(); i != e; i++) {
 427       if (mustPreserve(*I, i)) {
 428         CodeGen->addMustPreserveSymbol(I->syms[i].name);
 429
 430         if (options::generate_api_file)
 431           api_file << I->syms[i].name << "\n";
 432       }
 433     }
 434   }
 435
 436   if (options::generate_api_file)
 437     api_file.close();
 438
 439   CodeGen->setCodePICModel(output_type);
 440   CodeGen->setDebugInfo(LTO_DEBUG_MODEL_DWARF);
 441   if (!options::mcpu.empty())
 442     CodeGen->setCpu(options::mcpu.c_str());
 443
 444   if (options::generate_bc_file != options::BC_NO) {
 445     std::string path;
 446     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 447       path = output_name;
 448     else if (!options::bc_path.empty())
 449       path = options::bc_path;
 450     else
 451       path = output_name + ".bc";
 452     std::string Error;
 453     if (!CodeGen->writeMergedModules(path.c_str(), Error))
 454       (*message)(LDPL_FATAL, "Failed to write the output file.");
 455     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY) {
 456       delete CodeGen;
 457       exit(0);
 458     }
 459   }
 460
 461   std::string ObjPath;
 462   {
 463     const char *Temp;
 464     std::string Error;
 465     if (!CodeGen->compile_to_file(&Temp, /*DisableOpt*/ false, /*DisableInline*/
 466                                   false, /*DisableGVNLoadPRE*/ false, Error))
 467       (*message)(LDPL_ERROR, "Could not produce a combined object file\n");
 468     ObjPath = Temp;
 469   }
 470
 471   delete CodeGen;
 472   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 473          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 474     for (unsigned i = 0; i != I->syms.size(); ++i) {
 475       ld_plugin_symbol &sym = I->syms[i];
 476       free(sym.name);
 477     }
 478   }
 479
 480   if ((*add_input_file)(ObjPath.c_str()) != LDPS_OK) {
 481     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 482     (*message)(LDPL_ERROR, "File left behind in: %s", ObjPath.c_str());
 483     return LDPS_ERR;
 484   }
 485
 486   if (!options::extra_library_path.empty() &&
 487       set_extra_library_path(options::extra_library_path.c_str()) != LDPS_OK) {
 488     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to set the extra library path.");
 489     return LDPS_ERR;
 490   }
 491
 492   if (options::obj_path.empty())
 493     Cleanup.push_back(ObjPath);
 494
 495   return LDPS_OK;
 496 }
 497
 498 static ld_plugin_status cleanup_hook(void) {
 499   for (int i = 0, e = Cleanup.size(); i != e; ++i) {
 500     std::error_code EC = sys::fs::remove(Cleanup[i]);
 501     if (EC)
 502       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to delete '%s': %s", Cleanup[i].c_str(),
 503                  EC.message().c_str());
 504   }
 505
 506   return LDPS_OK;
 507 }