tools/lto/LTOCodeGenerator.cpp

   1 //===-LTOCodeGenerator.cpp - LLVM Link Time Optimizer ---------------------===//
   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 file implements the Link Time Optimization library. This library is
  11 // intended to be used by linker to optimize code at link time.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "LTOCodeGenerator.h"
  16 #include "LTOModule.h"
  17 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  18 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  19 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
  20 #include "llvm/Bitcode/ReaderWriter.h"
  21 #include "llvm/Config/config.h"
  22 #include "llvm/IR/Constants.h"
  23 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  24 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  25 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  26 #include "llvm/IR/Module.h"
  27 #include "llvm/Linker.h"
  28 #include "llvm/MC/MCAsmInfo.h"
  29 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  30 #include "llvm/MC/SubtargetFeature.h"
  31 #include "llvm/PassManager.h"
  32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  33 #include "llvm/Support/FormattedStream.h"
  34 #include "llvm/Support/Host.h"
  35 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
  36 #include "llvm/Support/Signals.h"
  37 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  38 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  39 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  40 #include "llvm/Support/system_error.h"
  41 #include "llvm/Target/Mangler.h"
  42 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  43 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  44 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  45 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  46 #include "llvm/Transforms/IPO/PassManagerBuilder.h"
  47 using namespace llvm;
  48
  49 static cl::opt<bool>
  50 DisableInline("disable-inlining", cl::init(false),
  51   cl::desc("Do not run the inliner pass"));
  52
  53 static cl::opt<bool>
  54 DisableGVNLoadPRE("disable-gvn-loadpre", cl::init(false),
  55   cl::desc("Do not run the GVN load PRE pass"));
  56
  57 const char* LTOCodeGenerator::getVersionString() {
  58 #ifdef LLVM_VERSION_INFO
  59   return PACKAGE_NAME " version " PACKAGE_VERSION ", " LLVM_VERSION_INFO;
  60 #else
  61   return PACKAGE_NAME " version " PACKAGE_VERSION;
  62 #endif
  63 }
  64
  65 LTOCodeGenerator::LTOCodeGenerator()
  66   : _context(getGlobalContext()),
  67     _linker("LinkTimeOptimizer", "ld-temp.o", _context), _target(NULL),
  68     _emitDwarfDebugInfo(false), _scopeRestrictionsDone(false),
  69     _codeModel(LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC),
  70     _nativeObjectFile(NULL) {
  71   InitializeAllTargets();
  72   InitializeAllTargetMCs();
  73   InitializeAllAsmPrinters();
  74 }
  75
  76 LTOCodeGenerator::~LTOCodeGenerator() {
  77   delete _target;
  78   delete _nativeObjectFile;
  79
  80   for (std::vector<char*>::iterator I = _codegenOptions.begin(),
  81          E = _codegenOptions.end(); I != E; ++I)
  82     free(*I);
  83 }
  84
  85 bool LTOCodeGenerator::addModule(LTOModule* mod, std::string& errMsg) {
  86   bool ret = _linker.LinkInModule(mod->getLLVVMModule(), &errMsg);
  87
  88   const std::vector<const char*> &undefs = mod->getAsmUndefinedRefs();
  89   for (int i = 0, e = undefs.size(); i != e; ++i)
  90     _asmUndefinedRefs[undefs[i]] = 1;
  91
  92   return ret;
  93 }
  94
  95 bool LTOCodeGenerator::setDebugInfo(lto_debug_model debug,
  96                                     std::string& errMsg) {
  97   switch (debug) {
  98   case LTO_DEBUG_MODEL_NONE:
  99     _emitDwarfDebugInfo = false;
 100     return false;
 101
 102   case LTO_DEBUG_MODEL_DWARF:
 103     _emitDwarfDebugInfo = true;
 104     return false;
 105   }
 106   llvm_unreachable("Unknown debug format!");
 107 }
 108
 109 bool LTOCodeGenerator::setCodePICModel(lto_codegen_model model,
 110                                        std::string& errMsg) {
 111   switch (model) {
 112   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
 113   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
 114   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
 115     _codeModel = model;
 116     return false;
 117   }
 118   llvm_unreachable("Unknown PIC model!");
 119 }
 120
 121 bool LTOCodeGenerator::writeMergedModules(const char *path,
 122                                           std::string &errMsg) {
 123   if (determineTarget(errMsg))
 124     return true;
 125
 126   // mark which symbols can not be internalized
 127   applyScopeRestrictions();
 128
 129   // create output file
 130   std::string ErrInfo;
 131   tool_output_file Out(path, ErrInfo,
 132                        raw_fd_ostream::F_Binary);
 133   if (!ErrInfo.empty()) {
 134     errMsg = "could not open bitcode file for writing: ";
 135     errMsg += path;
 136     return true;
 137   }
 138
 139   // write bitcode to it
 140   WriteBitcodeToFile(_linker.getModule(), Out.os());
 141   Out.os().close();
 142
 143   if (Out.os().has_error()) {
 144     errMsg = "could not write bitcode file: ";
 145     errMsg += path;
 146     Out.os().clear_error();
 147     return true;
 148   }
 149
 150   Out.keep();
 151   return false;
 152 }
 153
 154 bool LTOCodeGenerator::compile_to_file(const char** name, std::string& errMsg) {
 155   // make unique temp .o file to put generated object file
 156   sys::PathWithStatus uniqueObjPath("lto-llvm.o");
 157   if (uniqueObjPath.createTemporaryFileOnDisk(false, &errMsg)) {
 158     uniqueObjPath.eraseFromDisk();
 159     return true;
 160   }
 161   sys::RemoveFileOnSignal(uniqueObjPath);
 162
 163   // generate object file
 164   bool genResult = false;
 165   tool_output_file objFile(uniqueObjPath.c_str(), errMsg);
 166   if (!errMsg.empty()) {
 167     uniqueObjPath.eraseFromDisk();
 168     return true;
 169   }
 170
 171   genResult = this->generateObjectFile(objFile.os(), errMsg);
 172   objFile.os().close();
 173   if (objFile.os().has_error()) {
 174     objFile.os().clear_error();
 175     uniqueObjPath.eraseFromDisk();
 176     return true;
 177   }
 178
 179   objFile.keep();
 180   if (genResult) {
 181     uniqueObjPath.eraseFromDisk();
 182     return true;
 183   }
 184
 185   _nativeObjectPath = uniqueObjPath.str();
 186   *name = _nativeObjectPath.c_str();
 187   return false;
 188 }
 189
 190 const void* LTOCodeGenerator::compile(size_t* length, std::string& errMsg) {
 191   const char *name;
 192   if (compile_to_file(&name, errMsg))
 193     return NULL;
 194
 195   // remove old buffer if compile() called twice
 196   delete _nativeObjectFile;
 197
 198   // read .o file into memory buffer
 199   OwningPtr<MemoryBuffer> BuffPtr;
 200   if (error_code ec = MemoryBuffer::getFile(name, BuffPtr, -1, false)) {
 201     errMsg = ec.message();
 202     sys::Path(_nativeObjectPath).eraseFromDisk();
 203     return NULL;
 204   }
 205   _nativeObjectFile = BuffPtr.take();
 206
 207   // remove temp files
 208   sys::Path(_nativeObjectPath).eraseFromDisk();
 209
 210   // return buffer, unless error
 211   if (_nativeObjectFile == NULL)
 212     return NULL;
 213   *length = _nativeObjectFile->getBufferSize();
 214   return _nativeObjectFile->getBufferStart();
 215 }
 216
 217 bool LTOCodeGenerator::determineTarget(std::string& errMsg) {
 218   if (_target != NULL)
 219     return false;
 220
 221   std::string TripleStr = _linker.getModule()->getTargetTriple();
 222   if (TripleStr.empty())
 223     TripleStr = sys::getDefaultTargetTriple();
 224   llvm::Triple Triple(TripleStr);
 225
 226   // create target machine from info for merged modules
 227   const Target *march = TargetRegistry::lookupTarget(TripleStr, errMsg);
 228   if (march == NULL)
 229     return true;
 230
 231   // The relocation model is actually a static member of TargetMachine and
 232   // needs to be set before the TargetMachine is instantiated.
 233   Reloc::Model RelocModel = Reloc::Default;
 234   switch (_codeModel) {
 235   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
 236     RelocModel = Reloc::Static;
 237     break;
 238   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
 239     RelocModel = Reloc::PIC_;
 240     break;
 241   case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
 242     RelocModel = Reloc::DynamicNoPIC;
 243     break;
 244   }
 245
 246   // construct LTOModule, hand over ownership of module and target
 247   SubtargetFeatures Features;
 248   Features.getDefaultSubtargetFeatures(Triple);
 249   std::string FeatureStr = Features.getString();
 250   // Set a default CPU for Darwin triples.
 251   if (_mCpu.empty() && Triple.isOSDarwin()) {
 252     if (Triple.getArch() == llvm::Triple::x86_64)
 253       _mCpu = "core2";
 254     else if (Triple.getArch() == llvm::Triple::x86)
 255       _mCpu = "yonah";
 256   }
 257   TargetOptions Options;
 258   LTOModule::getTargetOptions(Options);
 259   _target = march->createTargetMachine(TripleStr, _mCpu, FeatureStr, Options,
 260                                        RelocModel, CodeModel::Default,
 261                                        CodeGenOpt::Aggressive);
 262   return false;
 263 }
 264
 265 void LTOCodeGenerator::
 266 applyRestriction(GlobalValue &GV,
 267                  std::vector<const char*> &mustPreserveList,
 268                  SmallPtrSet<GlobalValue*, 8> &asmUsed,
 269                  Mangler &mangler) {
 270   SmallString<64> Buffer;
 271   mangler.getNameWithPrefix(Buffer, &GV, false);
 272
 273   if (GV.isDeclaration())
 274     return;
 275   if (_mustPreserveSymbols.count(Buffer))
 276     mustPreserveList.push_back(GV.getName().data());
 277   if (_asmUndefinedRefs.count(Buffer))
 278     asmUsed.insert(&GV);
 279 }
 280
 281 static void findUsedValues(GlobalVariable *LLVMUsed,
 282                            SmallPtrSet<GlobalValue*, 8> &UsedValues) {
 283   if (LLVMUsed == 0) return;
 284
 285   ConstantArray *Inits = dyn_cast<ConstantArray>(LLVMUsed->getInitializer());
 286   if (Inits == 0) return;
 287
 288   for (unsigned i = 0, e = Inits->getNumOperands(); i != e; ++i)
 289     if (GlobalValue *GV =
 290         dyn_cast<GlobalValue>(Inits->getOperand(i)->stripPointerCasts()))
 291       UsedValues.insert(GV);
 292 }
 293
 294 void LTOCodeGenerator::applyScopeRestrictions() {
 295   if (_scopeRestrictionsDone) return;
 296   Module *mergedModule = _linker.getModule();
 297
 298   // Start off with a verification pass.
 299   PassManager passes;
 300   passes.add(createVerifierPass());
 301
 302   // mark which symbols can not be internalized
 303   MCContext Context(*_target->getMCAsmInfo(), *_target->getRegisterInfo(),NULL);
 304   Mangler mangler(Context, *_target->getDataLayout());
 305   std::vector<const char*> mustPreserveList;
 306   SmallPtrSet<GlobalValue*, 8> asmUsed;
 307
 308   for (Module::iterator f = mergedModule->begin(),
 309          e = mergedModule->end(); f != e; ++f)
 310     applyRestriction(*f, mustPreserveList, asmUsed, mangler);
 311   for (Module::global_iterator v = mergedModule->global_begin(),
 312          e = mergedModule->global_end(); v !=  e; ++v)
 313     applyRestriction(*v, mustPreserveList, asmUsed, mangler);
 314   for (Module::alias_iterator a = mergedModule->alias_begin(),
 315          e = mergedModule->alias_end(); a != e; ++a)
 316     applyRestriction(*a, mustPreserveList, asmUsed, mangler);
 317
 318   GlobalVariable *LLVMCompilerUsed =
 319     mergedModule->getGlobalVariable("llvm.compiler.used");
 320   findUsedValues(LLVMCompilerUsed, asmUsed);
 321   if (LLVMCompilerUsed)
 322     LLVMCompilerUsed->eraseFromParent();
 323
 324   llvm::Type *i8PTy = llvm::Type::getInt8PtrTy(_context);
 325   std::vector<Constant*> asmUsed2;
 326   for (SmallPtrSet<GlobalValue*, 16>::const_iterator i = asmUsed.begin(),
 327          e = asmUsed.end(); i !=e; ++i) {
 328     GlobalValue *GV = *i;
 329     Constant *c = ConstantExpr::getBitCast(GV, i8PTy);
 330     asmUsed2.push_back(c);
 331   }
 332
 333   llvm::ArrayType *ATy = llvm::ArrayType::get(i8PTy, asmUsed2.size());
 334   LLVMCompilerUsed =
 335     new llvm::GlobalVariable(*mergedModule, ATy, false,
 336                              llvm::GlobalValue::AppendingLinkage,
 337                              llvm::ConstantArray::get(ATy, asmUsed2),
 338                              "llvm.compiler.used");
 339
 340   LLVMCompilerUsed->setSection("llvm.metadata");
 341
 342   passes.add(createInternalizePass(mustPreserveList));
 343
 344   // apply scope restrictions
 345   passes.run(*mergedModule);
 346
 347   _scopeRestrictionsDone = true;
 348 }
 349
 350 /// Optimize merged modules using various IPO passes
 351 bool LTOCodeGenerator::generateObjectFile(raw_ostream &out,
 352                                           std::string &errMsg) {
 353   if (this->determineTarget(errMsg))
 354     return true;
 355
 356   Module* mergedModule = _linker.getModule();
 357
 358   // if options were requested, set them
 359   if (!_codegenOptions.empty())
 360     cl::ParseCommandLineOptions(_codegenOptions.size(),
 361                                 const_cast<char **>(&_codegenOptions[0]));
 362
 363   // mark which symbols can not be internalized
 364   this->applyScopeRestrictions();
 365
 366   // Instantiate the pass manager to organize the passes.
 367   PassManager passes;
 368
 369   // Start off with a verification pass.
 370   passes.add(createVerifierPass());
 371
 372   // Add an appropriate DataLayout instance for this module...
 373   passes.add(new DataLayout(*_target->getDataLayout()));
 374   _target->addAnalysisPasses(passes);
 375
 376   // Enabling internalize here would use its AllButMain variant. It
 377   // keeps only main if it exists and does nothing for libraries. Instead
 378   // we create the pass ourselves with the symbol list provided by the linker.
 379   PassManagerBuilder().populateLTOPassManager(passes,
 380                                               /*Internalize=*/false,
 381                                               !DisableInline,
 382                                               DisableGVNLoadPRE);
 383
 384   // Make sure everything is still good.
 385   passes.add(createVerifierPass());
 386
 387   FunctionPassManager *codeGenPasses = new FunctionPassManager(mergedModule);
 388
 389   codeGenPasses->add(new DataLayout(*_target->getDataLayout()));
 390   _target->addAnalysisPasses(*codeGenPasses);
 391
 392   formatted_raw_ostream Out(out);
 393
 394   if (_target->addPassesToEmitFile(*codeGenPasses, Out,
 395                                    TargetMachine::CGFT_ObjectFile)) {
 396     errMsg = "target file type not supported";
 397     return true;
 398   }
 399
 400   // Run our queue of passes all at once now, efficiently.
 401   passes.run(*mergedModule);
 402
 403   // Run the code generator, and write assembly file
 404   codeGenPasses->doInitialization();
 405
 406   for (Module::iterator
 407          it = mergedModule->begin(), e = mergedModule->end(); it != e; ++it)
 408     if (!it->isDeclaration())
 409       codeGenPasses->run(*it);
 410
 411   codeGenPasses->doFinalization();
 412   delete codeGenPasses;
 413
 414   return false; // success
 415 }
 416
 417 /// setCodeGenDebugOptions - Set codegen debugging options to aid in debugging
 418 /// LTO problems.
 419 void LTOCodeGenerator::setCodeGenDebugOptions(const char *options) {
 420   for (std::pair<StringRef, StringRef> o = getToken(options);
 421        !o.first.empty(); o = getToken(o.second)) {
 422     // ParseCommandLineOptions() expects argv[0] to be program name. Lazily add
 423     // that.
 424     if (_codegenOptions.empty())
 425       _codegenOptions.push_back(strdup("libLTO"));
 426     _codegenOptions.push_back(strdup(o.first.str().c_str()));
 427   }
 428 }