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     void *handle;
  60     std::vector<ld_plugin_symbol> syms;
  61   };
  62
  63   lto_codegen_model output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
  64   std::string output_name = "";
  65   std::list<claimed_file> Modules;
  66   std::vector<sys::Path> Cleanup;
  67   lto_code_gen_t code_gen = NULL;
  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 obj_path;
  76   static std::string as_path;
  77   static std::vector<std::string> as_args;
  78   static std::vector<std::string> pass_through;
  79   static std::string extra_library_path;
  80   static std::string triple;
  81   static std::string mcpu;
  82   // Additional options to pass into the code generator.
  83   // Note: This array will contain all plugin options which are not claimed
  84   // as plugin exclusive to pass to the code generator.
  85   // For example, "generate-api-file" and "as"options are for the plugin
  86   // use only and will not be passed.
  87   static std::vector<std::string> extra;
  88
  89   static void process_plugin_option(const char* opt_)
  90   {
  91     if (opt_ == NULL)
  92       return;
  93     llvm::StringRef opt = opt_;
  94
  95     if (opt == "generate-api-file") {
  96       generate_api_file = true;
  97     } else if (opt.startswith("mcpu=")) {
  98       mcpu = opt.substr(strlen("mcpu="));
  99     } else if (opt.startswith("as=")) {
 100       if (!as_path.empty()) {
 101         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to as specified twice. "
 102                    "Discarding %s", opt_);
 103       } else {
 104         as_path = opt.substr(strlen("as="));
 105       }
 106     } else if (opt.startswith("as-arg=")) {
 107       llvm::StringRef item = opt.substr(strlen("as-arg="));
 108       as_args.push_back(item.str());
 109     } else if (opt.startswith("extra-library-path=")) {
 110       extra_library_path = opt.substr(strlen("extra_library_path="));
 111     } else if (opt.startswith("pass-through=")) {
 112       llvm::StringRef item = opt.substr(strlen("pass-through="));
 113       pass_through.push_back(item.str());
 114     } else if (opt.startswith("mtriple=")) {
 115       triple = opt.substr(strlen("mtriple="));
 116     } else if (opt.startswith("obj-path=")) {
 117       obj_path = opt.substr(strlen("obj-path="));
 118     } else if (opt == "emit-llvm") {
 119       generate_bc_file = BC_ONLY;
 120     } else if (opt == "also-emit-llvm") {
 121       generate_bc_file = BC_ALSO;
 122     } else if (opt.startswith("also-emit-llvm=")) {
 123       llvm::StringRef path = opt.substr(strlen("also-emit-llvm="));
 124       generate_bc_file = BC_ALSO;
 125       if (!bc_path.empty()) {
 126         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to the output IL file specified twice. "
 127                    "Discarding %s", opt_);
 128       } else {
 129         bc_path = path;
 130       }
 131     } else {
 132       // Save this option to pass to the code generator.
 133       extra.push_back(opt);
 134     }
 135   }
 136 }
 137
 138 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 139                                         int *claimed);
 140 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void);
 141 static ld_plugin_status cleanup_hook(void);
 142
 143 extern "C" ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv);
 144 ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv) {
 145   // We're given a pointer to the first transfer vector. We read through them
 146   // until we find one where tv_tag == LDPT_NULL. The REGISTER_* tagged values
 147   // contain pointers to functions that we need to call to register our own
 148   // hooks. The others are addresses of functions we can use to call into gold
 149   // for services.
 150
 151   bool registeredClaimFile = false;
 152
 153   for (; tv->tv_tag != LDPT_NULL; ++tv) {
 154     switch (tv->tv_tag) {
 155       case LDPT_API_VERSION:
 156         api_version = tv->tv_u.tv_val;
 157         break;
 158       case LDPT_GOLD_VERSION:  // major * 100 + minor
 159         gold_version = tv->tv_u.tv_val;
 160         break;
 161       case LDPT_OUTPUT_NAME:
 162         output_name = tv->tv_u.tv_string;
 163         break;
 164       case LDPT_LINKER_OUTPUT:
 165         switch (tv->tv_u.tv_val) {
 166           case LDPO_REL:  // .o
 167           case LDPO_DYN:  // .so
 168             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC;
 169             break;
 170           case LDPO_EXEC:  // .exe
 171             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
 172             break;
 173           default:
 174             (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown output file type %d",
 175                        tv->tv_u.tv_val);
 176             return LDPS_ERR;
 177         }
 178         // TODO: add an option to disable PIC.
 179         //output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC;
 180         break;
 181       case LDPT_OPTION:
 182         options::process_plugin_option(tv->tv_u.tv_string);
 183         break;
 184       case LDPT_REGISTER_CLAIM_FILE_HOOK: {
 185         ld_plugin_register_claim_file callback;
 186         callback = tv->tv_u.tv_register_claim_file;
 187
 188         if ((*callback)(claim_file_hook) != LDPS_OK)
 189           return LDPS_ERR;
 190
 191         registeredClaimFile = true;
 192       } break;
 193       case LDPT_REGISTER_ALL_SYMBOLS_READ_HOOK: {
 194         ld_plugin_register_all_symbols_read callback;
 195         callback = tv->tv_u.tv_register_all_symbols_read;
 196
 197         if ((*callback)(all_symbols_read_hook) != LDPS_OK)
 198           return LDPS_ERR;
 199
 200         code_gen = lto_codegen_create();
 201       } break;
 202       case LDPT_REGISTER_CLEANUP_HOOK: {
 203         ld_plugin_register_cleanup callback;
 204         callback = tv->tv_u.tv_register_cleanup;
 205
 206         if ((*callback)(cleanup_hook) != LDPS_OK)
 207           return LDPS_ERR;
 208       } break;
 209       case LDPT_ADD_SYMBOLS:
 210         add_symbols = tv->tv_u.tv_add_symbols;
 211         break;
 212       case LDPT_GET_SYMBOLS:
 213         get_symbols = tv->tv_u.tv_get_symbols;
 214         break;
 215       case LDPT_ADD_INPUT_FILE:
 216         add_input_file = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 217         break;
 218       case LDPT_ADD_INPUT_LIBRARY:
 219         add_input_library = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 220         break;
 221       case LDPT_SET_EXTRA_LIBRARY_PATH:
 222         set_extra_library_path = tv->tv_u.tv_set_extra_library_path;
 223         break;
 224       case LDPT_MESSAGE:
 225         message = tv->tv_u.tv_message;
 226         break;
 227       default:
 228         break;
 229     }
 230   }
 231
 232   if (!registeredClaimFile) {
 233     (*message)(LDPL_ERROR, "register_claim_file not passed to LLVMgold.");
 234     return LDPS_ERR;
 235   }
 236   if (!add_symbols) {
 237     (*message)(LDPL_ERROR, "add_symbols not passed to LLVMgold.");
 238     return LDPS_ERR;
 239   }
 240
 241   return LDPS_OK;
 242 }
 243
 244 /// claim_file_hook - called by gold to see whether this file is one that
 245 /// our plugin can handle. We'll try to open it and register all the symbols
 246 /// with add_symbol if possible.
 247 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 248                                         int *claimed) {
 249   lto_module_t M;
 250
 251   if (file->offset) {
 252     // Gold has found what might be IR part-way inside of a file, such as
 253     // an .a archive.
 254     if (lseek(file->fd, file->offset, SEEK_SET) == -1) {
 255       (*message)(LDPL_ERROR,
 256                  "Failed to seek to archive member of %s at offset %d: %s\n",
 257                  file->name,
 258                  file->offset, sys::StrError(errno).c_str());
 259       return LDPS_ERR;
 260     }
 261     void *buf = malloc(file->filesize);
 262     if (!buf) {
 263       (*message)(LDPL_ERROR,
 264                  "Failed to allocate buffer for archive member of size: %d\n",
 265                  file->filesize);
 266       return LDPS_ERR;
 267     }
 268     if (read(file->fd, buf, file->filesize) != file->filesize) {
 269       (*message)(LDPL_ERROR,
 270                  "Failed to read archive member of %s at offset %d: %s\n",
 271                  file->name,
 272                  file->offset,
 273                  sys::StrError(errno).c_str());
 274       free(buf);
 275       return LDPS_ERR;
 276     }
 277     if (!lto_module_is_object_file_in_memory(buf, file->filesize)) {
 278       free(buf);
 279       return LDPS_OK;
 280     }
 281     M = lto_module_create_from_memory(buf, file->filesize);
 282     if (!M) {
 283       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to create LLVM module: %s",
 284                  lto_get_error_message());
 285       return LDPS_ERR;
 286     }
 287     free(buf);
 288   } else {
 289     // FIXME: We should not need to pass -1 as the file size, but there
 290     // is a bug in BFD that causes it to pass 0 to us. Remove this once
 291     // that is fixed.
 292     off_t size = file->filesize ? file->filesize : -1;
 293
 294     // FIXME: We should not need to reset the position in the file, but there
 295     // is a bug in BFD. Remove this once that is fixed.
 296     off_t old_pos = lseek(file->fd, 0, SEEK_CUR);
 297
 298     lseek(file->fd, 0, SEEK_SET);
 299     M = lto_module_create_from_fd(file->fd, file->name, size);
 300
 301     lseek(file->fd, old_pos, SEEK_SET);
 302     if (!M)
 303       return LDPS_OK;
 304   }
 305
 306   *claimed = 1;
 307   Modules.resize(Modules.size() + 1);
 308   claimed_file &cf = Modules.back();
 309
 310   if (!options::triple.empty())
 311     lto_module_set_target_triple(M, options::triple.c_str());
 312
 313   cf.handle = file->handle;
 314   unsigned sym_count = lto_module_get_num_symbols(M);
 315   cf.syms.reserve(sym_count);
 316
 317   for (unsigned i = 0; i != sym_count; ++i) {
 318     lto_symbol_attributes attrs = lto_module_get_symbol_attribute(M, i);
 319     if ((attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK) == LTO_SYMBOL_SCOPE_INTERNAL)
 320       continue;
 321
 322     cf.syms.push_back(ld_plugin_symbol());
 323     ld_plugin_symbol &sym = cf.syms.back();
 324     sym.name = const_cast<char *>(lto_module_get_symbol_name(M, i));
 325     sym.name = strdup(sym.name);
 326     sym.version = NULL;
 327
 328     int scope = attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK;
 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         sym.visibility = LDPV_DEFAULT;
 339         break;
 340       default:
 341         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown scope attribute: %d", scope);
 342         return LDPS_ERR;
 343     }
 344
 345     int definition = attrs & LTO_SYMBOL_DEFINITION_MASK;
 346     sym.comdat_key = NULL;
 347     switch (definition) {
 348       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_REGULAR:
 349         sym.def = LDPK_DEF;
 350         break;
 351       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_UNDEFINED:
 352         sym.def = LDPK_UNDEF;
 353         break;
 354       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_TENTATIVE:
 355         sym.def = LDPK_COMMON;
 356         break;
 357       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAK:
 358         sym.comdat_key = sym.name;
 359         sym.def = LDPK_WEAKDEF;
 360         break;
 361       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAKUNDEF:
 362         sym.def = LDPK_WEAKUNDEF;
 363         break;
 364       default:
 365         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown definition attribute: %d", definition);
 366         return LDPS_ERR;
 367     }
 368
 369     sym.size = 0;
 370
 371     sym.resolution = LDPR_UNKNOWN;
 372   }
 373
 374   cf.syms.reserve(cf.syms.size());
 375
 376   if (!cf.syms.empty()) {
 377     if ((*add_symbols)(cf.handle, cf.syms.size(), &cf.syms[0]) != LDPS_OK) {
 378       (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add symbols!");
 379       return LDPS_ERR;
 380     }
 381   }
 382
 383   if (code_gen)
 384     lto_codegen_add_module(code_gen, M);
 385
 386   lto_module_dispose(M);
 387
 388   return LDPS_OK;
 389 }
 390
 391 /// all_symbols_read_hook - gold informs us that all symbols have been read.
 392 /// At this point, we use get_symbols to see if any of our definitions have
 393 /// been overridden by a native object file. Then, perform optimization and
 394 /// codegen.
 395 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void) {
 396   std::ofstream api_file;
 397   assert(code_gen);
 398
 399   if (options::generate_api_file) {
 400     api_file.open("apifile.txt", std::ofstream::out | std::ofstream::trunc);
 401     if (!api_file.is_open()) {
 402       (*message)(LDPL_FATAL, "Unable to open apifile.txt for writing.");
 403       abort();
 404     }
 405   }
 406
 407   // If we don't preserve any symbols, libLTO will assume that all symbols are
 408   // needed. Keep all symbols unless we're producing a final executable.
 409   bool anySymbolsPreserved = false;
 410   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 411          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 412     (*get_symbols)(I->handle, I->syms.size(), &I->syms[0]);
 413     for (unsigned i = 0, e = I->syms.size(); i != e; i++) {
 414       if (I->syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF) {
 415         lto_codegen_add_must_preserve_symbol(code_gen, I->syms[i].name);
 416         anySymbolsPreserved = true;
 417
 418         if (options::generate_api_file)
 419           api_file << I->syms[i].name << "\n";
 420       }
 421     }
 422   }
 423
 424   if (options::generate_api_file)
 425     api_file.close();
 426
 427   if (!anySymbolsPreserved) {
 428     // All of the IL is unnecessary!
 429     lto_codegen_dispose(code_gen);
 430     return LDPS_OK;
 431   }
 432
 433   lto_codegen_set_pic_model(code_gen, output_type);
 434   lto_codegen_set_debug_model(code_gen, LTO_DEBUG_MODEL_DWARF);
 435   if (!options::as_path.empty()) {
 436     sys::Path p = sys::Program::FindProgramByName(options::as_path);
 437     lto_codegen_set_assembler_path(code_gen, p.c_str());
 438   }
 439   if (!options::as_args.empty()) {
 440     std::vector<const char *> as_args_p;
 441     for (std::vector<std::string>::iterator I = options::as_args.begin(),
 442            E = options::as_args.end(); I != E; ++I) {
 443       as_args_p.push_back(I->c_str());
 444     }
 445     lto_codegen_set_assembler_args(code_gen, &as_args_p[0], as_args_p.size());
 446   }
 447   if (!options::mcpu.empty())
 448     lto_codegen_set_cpu(code_gen, options::mcpu.c_str());
 449
 450   // Pass through extra options to the code generator.
 451   if (!options::extra.empty()) {
 452     for (std::vector<std::string>::iterator it = options::extra.begin();
 453          it != options::extra.end(); ++it) {
 454       lto_codegen_debug_options(code_gen, (*it).c_str());
 455     }
 456   }
 457
 458   if (options::generate_bc_file != options::BC_NO) {
 459     std::string path;
 460     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 461       path = output_name;
 462     else if (!options::bc_path.empty())
 463       path = options::bc_path;
 464     else
 465       path = output_name + ".bc";
 466     bool err = lto_codegen_write_merged_modules(code_gen, path.c_str());
 467     if (err)
 468       (*message)(LDPL_FATAL, "Failed to write the output file.");
 469     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 470       exit(0);
 471   }
 472   size_t bufsize = 0;
 473   const char *buffer = static_cast<const char *>(lto_codegen_compile(code_gen,
 474                                                                      &bufsize));
 475
 476   std::string ErrMsg;
 477
 478   const char *objPath;
 479   sys::Path uniqueObjPath("/tmp/llvmgold.o");
 480   if (!options::obj_path.empty()) {
 481     objPath = options::obj_path.c_str();
 482   } else {
 483     if (uniqueObjPath.createTemporaryFileOnDisk(true, &ErrMsg)) {
 484       (*message)(LDPL_ERROR, "%s", ErrMsg.c_str());
 485       return LDPS_ERR;
 486     }
 487     objPath = uniqueObjPath.c_str();
 488   }
 489   tool_output_file objFile(objPath, ErrMsg,
 490                              raw_fd_ostream::F_Binary);
 491     if (!ErrMsg.empty()) {
 492       (*message)(LDPL_ERROR, "%s", ErrMsg.c_str());
 493       return LDPS_ERR;
 494     }
 495
 496   objFile.os().write(buffer, bufsize);
 497   objFile.os().close();
 498   if (objFile.os().has_error()) {
 499     (*message)(LDPL_ERROR, "Error writing output file '%s'",
 500                objPath);
 501     objFile.os().clear_error();
 502     return LDPS_ERR;
 503   }
 504   objFile.keep();
 505
 506   lto_codegen_dispose(code_gen);
 507   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 508          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 509     for (unsigned i = 0; i != I->syms.size(); ++i) {
 510       ld_plugin_symbol &sym = I->syms[i];
 511       free(sym.name);
 512     }
 513   }
 514
 515   if ((*add_input_file)(objPath) != LDPS_OK) {
 516     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 517     (*message)(LDPL_ERROR, "File left behind in: %s", objPath);
 518     return LDPS_ERR;
 519   }
 520
 521   if (!options::extra_library_path.empty() &&
 522       set_extra_library_path(options::extra_library_path.c_str()) != LDPS_OK) {
 523     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to set the extra library path.");
 524     return LDPS_ERR;
 525   }
 526
 527   for (std::vector<std::string>::iterator i = options::pass_through.begin(),
 528                                           e = options::pass_through.end();
 529        i != e; ++i) {
 530     std::string &item = *i;
 531     const char *item_p = item.c_str();
 532     if (llvm::StringRef(item).startswith("-l")) {
 533       if (add_input_library(item_p + 2) != LDPS_OK) {
 534         (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add library to the link.");
 535         return LDPS_ERR;
 536       }
 537     } else {
 538       if (add_input_file(item_p) != LDPS_OK) {
 539         (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 540         return LDPS_ERR;
 541       }
 542     }
 543   }
 544
 545   if (options::obj_path.empty())
 546     Cleanup.push_back(sys::Path(objPath));
 547
 548   return LDPS_OK;
 549 }
 550
 551 static ld_plugin_status cleanup_hook(void) {
 552   std::string ErrMsg;
 553
 554   for (int i = 0, e = Cleanup.size(); i != e; ++i)
 555     if (Cleanup[i].eraseFromDisk(false, &ErrMsg))
 556       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to delete '%s': %s", Cleanup[i].c_str(),
 557                  ErrMsg.c_str());
 558
 559   return LDPS_OK;
 560 }