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"
  16 #include "plugin-api.h"
  17
  18 #include "llvm-c/lto.h"
  19
  20 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  21 #include "llvm/Support/Errno.h"
  22 #include "llvm/Support/Path.h"
  23 #include "llvm/Support/Program.h"
  24
  25 #include <cerrno>
  26 #include <cstdlib>
  27 #include <cstring>
  28 #include <fstream>
  29 #include <list>
  30 #include <vector>
  31
  32 // Support Windows/MinGW crazyness.
  33 #ifdef _WIN32
  34 # include <io.h>
  35 # define lseek _lseek
  36 # define read _read
  37 #endif
  38
  39 using namespace llvm;
  40
  41 namespace {
  42   ld_plugin_status discard_message(int level, const char *format, ...) {
  43     // Die loudly. Recent versions of Gold pass ld_plugin_message as the first
  44     // callback in the transfer vector. This should never be called.
  45     abort();
  46   }
  47
  48   ld_plugin_add_symbols add_symbols = NULL;
  49   ld_plugin_get_symbols get_symbols = NULL;
  50   ld_plugin_add_input_file add_input_file = NULL;
  51   ld_plugin_add_input_library add_input_library = NULL;
  52   ld_plugin_set_extra_library_path set_extra_library_path = NULL;
  53   ld_plugin_message message = discard_message;
  54
  55   int api_version = 0;
  56   int gold_version = 0;
  57
  58   struct claimed_file {
  59     lto_module_t M;
  60     void *handle;
  61     std::vector<ld_plugin_symbol> syms;
  62   };
  63
  64   lto_codegen_model output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
  65   std::string output_name = "";
  66   std::list<claimed_file> Modules;
  67   std::vector<sys::Path> Cleanup;
  68 }
  69
  70 namespace options {
  71   enum generate_bc { BC_NO, BC_ALSO, BC_ONLY };
  72   static bool generate_api_file = false;
  73   static generate_bc generate_bc_file = BC_NO;
  74   static std::string bc_path;
  75   static std::string as_path;
  76   static std::vector<std::string> as_args;
  77   static std::vector<std::string> pass_through;
  78   static std::string extra_library_path;
  79   static std::string triple;
  80   static std::string mcpu;
  81   // Additional options to pass into the code generator.
  82   // Note: This array will contain all plugin options which are not claimed
  83   // as plugin exclusive to pass to the code generator.
  84   // For example, "generate-api-file" and "as"options are for the plugin
  85   // use only and will not be passed.
  86   static std::vector<std::string> extra;
  87
  88   static void process_plugin_option(const char* opt_)
  89   {
  90     if (opt_ == NULL)
  91       return;
  92     llvm::StringRef opt = opt_;
  93
  94     if (opt == "generate-api-file") {
  95       generate_api_file = true;
  96     } else if (opt.startswith("mcpu=")) {
  97       mcpu = opt.substr(strlen("mcpu="));
  98     } else if (opt.startswith("as=")) {
  99       if (!as_path.empty()) {
 100         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to as specified twice. "
 101                    "Discarding %s", opt_);
 102       } else {
 103         as_path = opt.substr(strlen("as="));
 104       }
 105     } else if (opt.startswith("as-arg=")) {
 106       llvm::StringRef item = opt.substr(strlen("as-arg="));
 107       as_args.push_back(item.str());
 108     } else if (opt.startswith("extra-library-path=")) {
 109       extra_library_path = opt.substr(strlen("extra_library_path="));
 110     } else if (opt.startswith("pass-through=")) {
 111       llvm::StringRef item = opt.substr(strlen("pass-through="));
 112       pass_through.push_back(item.str());
 113     } else if (opt.startswith("mtriple=")) {
 114       triple = opt.substr(strlen("mtriple="));
 115     } else if (opt == "emit-llvm") {
 116       generate_bc_file = BC_ONLY;
 117     } else if (opt == "also-emit-llvm") {
 118       generate_bc_file = BC_ALSO;
 119     } else if (opt.startswith("also-emit-llvm=")) {
 120       llvm::StringRef path = opt.substr(strlen("also-emit-llvm="));
 121       generate_bc_file = BC_ALSO;
 122       if (!bc_path.empty()) {
 123         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to the output IL file specified twice. "
 124                    "Discarding %s", opt_);
 125       } else {
 126         bc_path = path;
 127       }
 128     } else {
 129       // Save this option to pass to the code generator.
 130       extra.push_back(opt);
 131     }
 132   }
 133 }
 134
 135 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 136                                         int *claimed);
 137 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void);
 138 static ld_plugin_status cleanup_hook(void);
 139
 140 extern "C" ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv);
 141 ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv) {
 142   // We're given a pointer to the first transfer vector. We read through them
 143   // until we find one where tv_tag == LDPT_NULL. The REGISTER_* tagged values
 144   // contain pointers to functions that we need to call to register our own
 145   // hooks. The others are addresses of functions we can use to call into gold
 146   // for services.
 147
 148   bool registeredClaimFile = false;
 149
 150   for (; tv->tv_tag != LDPT_NULL; ++tv) {
 151     switch (tv->tv_tag) {
 152       case LDPT_API_VERSION:
 153         api_version = tv->tv_u.tv_val;
 154         break;
 155       case LDPT_GOLD_VERSION:  // major * 100 + minor
 156         gold_version = tv->tv_u.tv_val;
 157         break;
 158       case LDPT_OUTPUT_NAME:
 159         output_name = tv->tv_u.tv_string;
 160         break;
 161       case LDPT_LINKER_OUTPUT:
 162         switch (tv->tv_u.tv_val) {
 163           case LDPO_REL:  // .o
 164           case LDPO_DYN:  // .so
 165             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC;
 166             break;
 167           case LDPO_EXEC:  // .exe
 168             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
 169             break;
 170           default:
 171             (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown output file type %d",
 172                        tv->tv_u.tv_val);
 173             return LDPS_ERR;
 174         }
 175         // TODO: add an option to disable PIC.
 176         //output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC;
 177         break;
 178       case LDPT_OPTION:
 179         options::process_plugin_option(tv->tv_u.tv_string);
 180         break;
 181       case LDPT_REGISTER_CLAIM_FILE_HOOK: {
 182         ld_plugin_register_claim_file callback;
 183         callback = tv->tv_u.tv_register_claim_file;
 184
 185         if ((*callback)(claim_file_hook) != LDPS_OK)
 186           return LDPS_ERR;
 187
 188         registeredClaimFile = true;
 189       } break;
 190       case LDPT_REGISTER_ALL_SYMBOLS_READ_HOOK: {
 191         ld_plugin_register_all_symbols_read callback;
 192         callback = tv->tv_u.tv_register_all_symbols_read;
 193
 194         if ((*callback)(all_symbols_read_hook) != LDPS_OK)
 195           return LDPS_ERR;
 196       } break;
 197       case LDPT_REGISTER_CLEANUP_HOOK: {
 198         ld_plugin_register_cleanup callback;
 199         callback = tv->tv_u.tv_register_cleanup;
 200
 201         if ((*callback)(cleanup_hook) != LDPS_OK)
 202           return LDPS_ERR;
 203       } break;
 204       case LDPT_ADD_SYMBOLS:
 205         add_symbols = tv->tv_u.tv_add_symbols;
 206         break;
 207       case LDPT_GET_SYMBOLS:
 208         get_symbols = tv->tv_u.tv_get_symbols;
 209         break;
 210       case LDPT_ADD_INPUT_FILE:
 211         add_input_file = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 212         break;
 213       case LDPT_ADD_INPUT_LIBRARY:
 214         add_input_library = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 215         break;
 216       case LDPT_SET_EXTRA_LIBRARY_PATH:
 217         set_extra_library_path = tv->tv_u.tv_set_extra_library_path;
 218         break;
 219       case LDPT_MESSAGE:
 220         message = tv->tv_u.tv_message;
 221         break;
 222       default:
 223         break;
 224     }
 225   }
 226
 227   if (!registeredClaimFile) {
 228     (*message)(LDPL_ERROR, "register_claim_file not passed to LLVMgold.");
 229     return LDPS_ERR;
 230   }
 231   if (!add_symbols) {
 232     (*message)(LDPL_ERROR, "add_symbols not passed to LLVMgold.");
 233     return LDPS_ERR;
 234   }
 235
 236   return LDPS_OK;
 237 }
 238
 239 /// claim_file_hook - called by gold to see whether this file is one that
 240 /// our plugin can handle. We'll try to open it and register all the symbols
 241 /// with add_symbol if possible.
 242 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 243                                         int *claimed) {
 244   void *buf = NULL;
 245   if (file->offset) {
 246     // Gold has found what might be IR part-way inside of a file, such as
 247     // an .a archive.
 248     if (lseek(file->fd, file->offset, SEEK_SET) == -1) {
 249       (*message)(LDPL_ERROR,
 250                  "Failed to seek to archive member of %s at offset %d: %s\n",
 251                  file->name,
 252                  file->offset, sys::StrError(errno).c_str());
 253       return LDPS_ERR;
 254     }
 255     buf = malloc(file->filesize);
 256     if (!buf) {
 257       (*message)(LDPL_ERROR,
 258                  "Failed to allocate buffer for archive member of size: %d\n",
 259                  file->filesize);
 260       return LDPS_ERR;
 261     }
 262     if (read(file->fd, buf, file->filesize) != file->filesize) {
 263       (*message)(LDPL_ERROR,
 264                  "Failed to read archive member of %s at offset %d: %s\n",
 265                  file->name,
 266                  file->offset,
 267                  sys::StrError(errno).c_str());
 268       free(buf);
 269       return LDPS_ERR;
 270     }
 271     if (!lto_module_is_object_file_in_memory(buf, file->filesize)) {
 272       free(buf);
 273       return LDPS_OK;
 274     }
 275   } else if (!lto_module_is_object_file(file->name))
 276     return LDPS_OK;
 277
 278   *claimed = 1;
 279   Modules.resize(Modules.size() + 1);
 280   claimed_file &cf = Modules.back();
 281
 282   cf.M = buf ? lto_module_create_from_memory(buf, file->filesize) :
 283                lto_module_create(file->name);
 284   free(buf);
 285   if (!cf.M) {
 286     (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to create LLVM module: %s",
 287                lto_get_error_message());
 288     return LDPS_ERR;
 289   }
 290
 291   if (!options::triple.empty())
 292     lto_module_set_target_triple(cf.M, options::triple.c_str());
 293
 294   cf.handle = file->handle;
 295   unsigned sym_count = lto_module_get_num_symbols(cf.M);
 296   cf.syms.reserve(sym_count);
 297
 298   for (unsigned i = 0; i != sym_count; ++i) {
 299     lto_symbol_attributes attrs = lto_module_get_symbol_attribute(cf.M, i);
 300     if ((attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK) == LTO_SYMBOL_SCOPE_INTERNAL)
 301       continue;
 302
 303     cf.syms.push_back(ld_plugin_symbol());
 304     ld_plugin_symbol &sym = cf.syms.back();
 305     sym.name = const_cast<char *>(lto_module_get_symbol_name(cf.M, i));
 306     sym.version = NULL;
 307
 308     int scope = attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK;
 309     switch (scope) {
 310       case LTO_SYMBOL_SCOPE_HIDDEN:
 311         sym.visibility = LDPV_HIDDEN;
 312         break;
 313       case LTO_SYMBOL_SCOPE_PROTECTED:
 314         sym.visibility = LDPV_PROTECTED;
 315         break;
 316       case 0: // extern
 317       case LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT:
 318         sym.visibility = LDPV_DEFAULT;
 319         break;
 320       default:
 321         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown scope attribute: %d", scope);
 322         return LDPS_ERR;
 323     }
 324
 325     int definition = attrs & LTO_SYMBOL_DEFINITION_MASK;
 326     switch (definition) {
 327       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_REGULAR:
 328         sym.def = LDPK_DEF;
 329         break;
 330       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_UNDEFINED:
 331         sym.def = LDPK_UNDEF;
 332         break;
 333       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_TENTATIVE:
 334         sym.def = LDPK_COMMON;
 335         break;
 336       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAK:
 337         sym.def = LDPK_WEAKDEF;
 338         break;
 339       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAKUNDEF:
 340         sym.def = LDPK_WEAKUNDEF;
 341         break;
 342       default:
 343         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown definition attribute: %d", definition);
 344         return LDPS_ERR;
 345     }
 346
 347     // LLVM never emits COMDAT.
 348     sym.size = 0;
 349     sym.comdat_key = NULL;
 350
 351     sym.resolution = LDPR_UNKNOWN;
 352   }
 353
 354   cf.syms.reserve(cf.syms.size());
 355
 356   if (!cf.syms.empty()) {
 357     if ((*add_symbols)(cf.handle, cf.syms.size(), &cf.syms[0]) != LDPS_OK) {
 358       (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add symbols!");
 359       return LDPS_ERR;
 360     }
 361   }
 362
 363   return LDPS_OK;
 364 }
 365
 366 /// all_symbols_read_hook - gold informs us that all symbols have been read.
 367 /// At this point, we use get_symbols to see if any of our definitions have
 368 /// been overridden by a native object file. Then, perform optimization and
 369 /// codegen.
 370 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void) {
 371   lto_code_gen_t cg = lto_codegen_create();
 372
 373   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 374        E = Modules.end(); I != E; ++I)
 375     lto_codegen_add_module(cg, I->M);
 376
 377   std::ofstream api_file;
 378   if (options::generate_api_file) {
 379     api_file.open("apifile.txt", std::ofstream::out | std::ofstream::trunc);
 380     if (!api_file.is_open()) {
 381       (*message)(LDPL_FATAL, "Unable to open apifile.txt for writing.");
 382       abort();
 383     }
 384   }
 385
 386   // If we don't preserve any symbols, libLTO will assume that all symbols are
 387   // needed. Keep all symbols unless we're producing a final executable.
 388   bool anySymbolsPreserved = false;
 389   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 390          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 391     (*get_symbols)(I->handle, I->syms.size(), &I->syms[0]);
 392     for (unsigned i = 0, e = I->syms.size(); i != e; i++) {
 393       if (I->syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF) {
 394         lto_codegen_add_must_preserve_symbol(cg, I->syms[i].name);
 395         anySymbolsPreserved = true;
 396
 397         if (options::generate_api_file)
 398           api_file << I->syms[i].name << "\n";
 399       }
 400     }
 401   }
 402
 403   if (options::generate_api_file)
 404     api_file.close();
 405
 406   if (!anySymbolsPreserved) {
 407     // All of the IL is unnecessary!
 408     lto_codegen_dispose(cg);
 409     return LDPS_OK;
 410   }
 411
 412   lto_codegen_set_pic_model(cg, output_type);
 413   lto_codegen_set_debug_model(cg, LTO_DEBUG_MODEL_DWARF);
 414   if (!options::as_path.empty()) {
 415     sys::Path p = sys::Program::FindProgramByName(options::as_path);
 416     lto_codegen_set_assembler_path(cg, p.c_str());
 417   }
 418   if (!options::as_args.empty()) {
 419     std::vector<const char *> as_args_p;
 420     for (std::vector<std::string>::iterator I = options::as_args.begin(),
 421            E = options::as_args.end(); I != E; ++I) {
 422       as_args_p.push_back(I->c_str());
 423     }
 424     lto_codegen_set_assembler_args(cg, &as_args_p[0], as_args_p.size());
 425   }
 426   if (!options::mcpu.empty())
 427     lto_codegen_set_cpu(cg, options::mcpu.c_str());
 428
 429   // Pass through extra options to the code generator.
 430   if (!options::extra.empty()) {
 431     for (std::vector<std::string>::iterator it = options::extra.begin();
 432          it != options::extra.end(); ++it) {
 433       lto_codegen_debug_options(cg, (*it).c_str());
 434     }
 435   }
 436
 437
 438   if (options::generate_bc_file != options::BC_NO) {
 439     std::string path;
 440     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 441       path = output_name;
 442     else if (!options::bc_path.empty())
 443       path = options::bc_path;
 444     else
 445       path = output_name + ".bc";
 446     bool err = lto_codegen_write_merged_modules(cg, path.c_str());
 447     if (err)
 448       (*message)(LDPL_FATAL, "Failed to write the output file.");
 449     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 450       exit(0);
 451   }
 452   size_t bufsize = 0;
 453   const char *buffer = static_cast<const char *>(lto_codegen_compile(cg,
 454                                                                      &bufsize));
 455
 456   std::string ErrMsg;
 457
 458   sys::Path uniqueObjPath("/tmp/llvmgold.o");
 459   if (uniqueObjPath.createTemporaryFileOnDisk(true, &ErrMsg)) {
 460     (*message)(LDPL_ERROR, "%s", ErrMsg.c_str());
 461     return LDPS_ERR;
 462   }
 463   tool_output_file objFile(uniqueObjPath.c_str(), ErrMsg,
 464                            raw_fd_ostream::F_Binary);
 465   if (!ErrMsg.empty()) {
 466     (*message)(LDPL_ERROR, "%s", ErrMsg.c_str());
 467     return LDPS_ERR;
 468   }
 469
 470   objFile.os().write(buffer, bufsize);
 471   objFile.os().close();
 472   if (objFile.os().has_error()) {
 473     (*message)(LDPL_ERROR, "Error writing output file '%s'",
 474                uniqueObjPath.c_str());
 475     objFile.os().clear_error();
 476     return LDPS_ERR;
 477   }
 478   objFile.keep();
 479
 480   lto_codegen_dispose(cg);
 481
 482   if ((*add_input_file)(uniqueObjPath.c_str()) != LDPS_OK) {
 483     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 484     (*message)(LDPL_ERROR, "File left behind in: %s", uniqueObjPath.c_str());
 485     return LDPS_ERR;
 486   }
 487
 488   if (!options::extra_library_path.empty() &&
 489       set_extra_library_path(options::extra_library_path.c_str()) != LDPS_OK) {
 490     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to set the extra library path.");
 491     return LDPS_ERR;
 492   }
 493
 494   for (std::vector<std::string>::iterator i = options::pass_through.begin(),
 495                                           e = options::pass_through.end();
 496        i != e; ++i) {
 497     std::string &item = *i;
 498     const char *item_p = item.c_str();
 499     if (llvm::StringRef(item).startswith("-l")) {
 500       if (add_input_library(item_p + 2) != LDPS_OK) {
 501         (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add library to the link.");
 502         return LDPS_ERR;
 503       }
 504     } else {
 505       if (add_input_file(item_p) != LDPS_OK) {
 506         (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 507         return LDPS_ERR;
 508       }
 509     }
 510   }
 511
 512   Cleanup.push_back(uniqueObjPath);
 513
 514   return LDPS_OK;
 515 }
 516
 517 static ld_plugin_status cleanup_hook(void) {
 518   std::string ErrMsg;
 519
 520   for (int i = 0, e = Cleanup.size(); i != e; ++i)
 521     if (Cleanup[i].eraseFromDisk(false, &ErrMsg))
 522       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to delete '%s': %s", Cleanup[i].c_str(),
 523                  ErrMsg.c_str());
 524
 525   return LDPS_OK;
 526 }