d82279d494fc56a380911ccf0eb3910fa417beb0
[oota-llvm.git] / 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 "LTOModule.h"
16 #include "LTOCodeGenerator.h"
17
18
19 #include "llvm/Module.h"
20 #include "llvm/PassManager.h"
21 #include "llvm/Linker.h"
22 #include "llvm/Constants.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/ModuleProvider.h"
25 #include "llvm/Bitcode/ReaderWriter.h"
26 #include "llvm/Support/SystemUtils.h"
27 #include "llvm/Support/Mangler.h"
28 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
29 #include "llvm/System/Signals.h"
30 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
31 #include "llvm/Analysis/LoopPass.h"
32 #include "llvm/Analysis/Verifier.h"
33 #include "llvm/Analysis/LoadValueNumbering.h"
34 #include "llvm/CodeGen/FileWriters.h"
35 #include "llvm/Target/SubtargetFeature.h"
36 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
39 #include "llvm/Target/TargetMachineRegistry.h"
40 #include "llvm/Target/TargetAsmInfo.h"
41 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
42 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
43 #include "llvm/Config/config.h"
44
45
46 #include <fstream>
47 #include <unistd.h>
48 #include <stdlib.h>
49 #include <fcntl.h>
50
51
52 using namespace llvm;
53
54
55
56 const char* LTOCodeGenerator::getVersionString()
57 {
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
66 LTOCodeGenerator::LTOCodeGenerator() 
67     : _linker("LinkTimeOptimizer", "ld-temp.o"), _target(NULL),
68       _emitDwarfDebugInfo(false), _scopeRestrictionsDone(false),
69       _codeModel(LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC),
70       _nativeObjectFile(NULL)
71 {
72
73 }
74
75 LTOCodeGenerator::~LTOCodeGenerator()
76 {
77     delete _target;
78     delete _nativeObjectFile;
79 }
80
81
82
83 bool LTOCodeGenerator::addModule(LTOModule* mod, std::string& errMsg)
84 {
85     return _linker.LinkInModule(mod->getLLVVMModule(), &errMsg);
86 }
87     
88
89 bool LTOCodeGenerator::setDebugInfo(lto_debug_model debug, std::string& errMsg)
90 {
91     switch (debug) {
92         case LTO_DEBUG_MODEL_NONE:
93             _emitDwarfDebugInfo = false;
94             return false;
95             
96         case LTO_DEBUG_MODEL_DWARF:
97             _emitDwarfDebugInfo = true;
98             return false;
99     }
100     errMsg = "unknown debug format";
101     return true;
102 }
103
104
105 bool LTOCodeGenerator::setCodePICModel(lto_codegen_model model, 
106                                                         std::string& errMsg)
107 {
108     switch (model) {
109         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
110         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
111         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
112             _codeModel = model;
113             return false;
114     }
115     errMsg = "unknown pic model";
116     return true;
117 }
118
119
120 void LTOCodeGenerator::addMustPreserveSymbol(const char* sym)
121 {
122     _mustPreserveSymbols[sym] = 1;
123 }
124
125
126 bool LTOCodeGenerator::writeMergedModules(const char* path, std::string& errMsg)
127 {
128     if ( this->determineTarget(errMsg) ) 
129         return true;
130
131     // mark which symbols can not be internalized 
132     this->applyScopeRestrictions();
133
134     // create output file
135     std::ofstream out(path, std::ios_base::out|std::ios::trunc|std::ios::binary);
136     if ( out.fail() ) {
137         errMsg = "could not open bitcode file for writing: ";
138         errMsg += path;
139         return true;
140     }
141     
142     // write bitcode to it
143     WriteBitcodeToFile(_linker.getModule(), out);
144     if ( out.fail() ) {
145         errMsg = "could not write bitcode file: ";
146         errMsg += path;
147         return true;
148     }
149     
150     return false;
151 }
152
153
154 const void* LTOCodeGenerator::compile(size_t* length, std::string& errMsg)
155 {
156     // make unique temp .s file to put generated assembly code
157     sys::Path uniqueAsmPath("lto-llvm.s");
158     if ( uniqueAsmPath.createTemporaryFileOnDisk(true, &errMsg) )
159         return NULL;
160     sys::RemoveFileOnSignal(uniqueAsmPath);
161        
162     // generate assembly code
163     std::ofstream asmFile(uniqueAsmPath.c_str());
164     bool genResult = this->generateAssemblyCode(asmFile, errMsg);
165     asmFile.close();
166     if ( genResult ) {
167         if ( uniqueAsmPath.exists() )
168             uniqueAsmPath.eraseFromDisk();
169         return NULL;
170     }
171     
172     // make unique temp .o file to put generated object file
173     sys::PathWithStatus uniqueObjPath("lto-llvm.o");
174     if ( uniqueObjPath.createTemporaryFileOnDisk(true, &errMsg) ) {
175         if ( uniqueAsmPath.exists() )
176             uniqueAsmPath.eraseFromDisk();
177         return NULL;
178     }
179     sys::RemoveFileOnSignal(uniqueObjPath);
180
181     // assemble the assembly code
182     const std::string& uniqueObjStr = uniqueObjPath.toString();
183     bool asmResult = this->assemble(uniqueAsmPath.toString(), 
184                                                         uniqueObjStr, errMsg);
185     if ( !asmResult ) {
186         // remove old buffer if compile() called twice
187         delete _nativeObjectFile;
188         
189         // read .o file into memory buffer
190         _nativeObjectFile = MemoryBuffer::getFile(uniqueObjStr.c_str(),&errMsg);
191     }
192
193     // remove temp files
194     uniqueAsmPath.eraseFromDisk();
195     uniqueObjPath.eraseFromDisk();
196
197     // return buffer, unless error
198     if ( _nativeObjectFile == NULL )
199         return NULL;
200     *length = _nativeObjectFile->getBufferSize();
201     return _nativeObjectFile->getBufferStart();
202 }
203
204
205 bool LTOCodeGenerator::assemble(const std::string& asmPath, 
206                                 const std::string& objPath, std::string& errMsg)
207 {
208     // find compiler driver
209     const sys::Path gcc = sys::Program::FindProgramByName("gcc");
210     if ( gcc.isEmpty() ) {
211         errMsg = "can't locate gcc";
212         return true;
213     }
214
215     // build argument list
216     std::vector<const char*> args;
217     std::string targetTriple = _linker.getModule()->getTargetTriple();
218     args.push_back(gcc.c_str());
219     if ( targetTriple.find("darwin") != targetTriple.size() ) {
220         if (strncmp(targetTriple.c_str(), "i686-apple-", 11) == 0) {
221             args.push_back("-arch");
222             args.push_back("i386");
223         }
224         else if (strncmp(targetTriple.c_str(), "x86_64-apple-", 13) == 0) {
225             args.push_back("-arch");
226             args.push_back("x86_64");
227         }
228         else if (strncmp(targetTriple.c_str(), "powerpc-apple-", 14) == 0) {
229             args.push_back("-arch");
230             args.push_back("ppc");
231         }
232         else if (strncmp(targetTriple.c_str(), "powerpc64-apple-", 16) == 0) {
233             args.push_back("-arch");
234             args.push_back("ppc64");
235         }
236     }
237     args.push_back("-c");
238     args.push_back("-x");
239     args.push_back("assembler");
240     args.push_back("-o");
241     args.push_back(objPath.c_str());
242     args.push_back(asmPath.c_str());
243     args.push_back(0);
244
245     // invoke assembler
246     if ( sys::Program::ExecuteAndWait(gcc, &args[0], 0, 0, 0, 0, &errMsg) ) {
247         errMsg = "error in assembly";    
248         return true;
249     }
250     return false; // success
251 }
252
253
254
255 bool LTOCodeGenerator::determineTarget(std::string& errMsg)
256 {
257     if ( _target == NULL ) {
258         // create target machine from info for merged modules
259         Module* mergedModule = _linker.getModule();
260         const TargetMachineRegistry::entry* march = 
261           TargetMachineRegistry::getClosestStaticTargetForModule(
262                                                        *mergedModule, errMsg);
263         if ( march == NULL )
264             return true;
265
266         // construct LTModule, hand over ownership of module and target
267         std::string FeatureStr =
268           getFeatureString(_linker.getModule()->getTargetTriple().c_str());
269         _target = march->CtorFn(*mergedModule, FeatureStr.c_str());
270     }
271     return false;
272 }
273
274 void LTOCodeGenerator::applyScopeRestrictions()
275 {
276     if ( !_scopeRestrictionsDone ) {
277         Module* mergedModule = _linker.getModule();
278
279         // Start off with a verification pass.
280         PassManager passes;
281         passes.add(createVerifierPass());
282
283         // mark which symbols can not be internalized 
284         if ( !_mustPreserveSymbols.empty() ) {
285             Mangler mangler(*mergedModule, 
286                                 _target->getTargetAsmInfo()->getGlobalPrefix());
287             std::vector<const char*> mustPreserveList;
288             for (Module::iterator f = mergedModule->begin(), 
289                                         e = mergedModule->end(); f != e; ++f) {
290                 if ( !f->isDeclaration() 
291                   && _mustPreserveSymbols.count(mangler.getValueName(f)) )
292                     mustPreserveList.push_back(::strdup(f->getName().c_str()));
293             }
294             for (Module::global_iterator v = mergedModule->global_begin(), 
295                                  e = mergedModule->global_end(); v !=  e; ++v) {
296                 if ( !v->isDeclaration()
297                   && _mustPreserveSymbols.count(mangler.getValueName(v)) )
298                     mustPreserveList.push_back(::strdup(v->getName().c_str()));
299             }
300             passes.add(createInternalizePass(mustPreserveList));
301         }
302         // apply scope restrictions
303         passes.run(*mergedModule);
304         
305         _scopeRestrictionsDone = true;
306     }
307 }
308
309 /// Optimize merged modules using various IPO passes
310 bool LTOCodeGenerator::generateAssemblyCode(std::ostream& out, std::string& errMsg)
311 {
312     if (  this->determineTarget(errMsg) ) 
313         return true;
314
315     // mark which symbols can not be internalized 
316     this->applyScopeRestrictions();
317
318     Module* mergedModule = _linker.getModule();
319
320      // If target supports exception handling then enable it now.
321     if ( _target->getTargetAsmInfo()->doesSupportExceptionHandling() )
322         llvm::ExceptionHandling = true;
323
324     // set codegen model
325     switch( _codeModel ) {
326         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC:
327             _target->setRelocationModel(Reloc::Static);
328             break;
329         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC:
330             _target->setRelocationModel(Reloc::PIC_);
331             break;
332         case LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC_NO_PIC:
333             _target->setRelocationModel(Reloc::DynamicNoPIC);
334             break;
335     }
336
337     // Instantiate the pass manager to organize the passes.
338     PassManager passes;
339
340     // Start off with a verification pass.
341     passes.add(createVerifierPass());
342
343     // Add an appropriate TargetData instance for this module...
344     passes.add(new TargetData(*_target->getTargetData()));
345     
346     // Propagate constants at call sites into the functions they call.  This
347     // opens opportunities for globalopt (and inlining) by substituting function
348     // pointers passed as arguments to direct uses of functions.  
349     passes.add(createIPSCCPPass());
350
351     // Now that we internalized some globals, see if we can hack on them!
352     passes.add(createGlobalOptimizerPass());
353
354     // Linking modules together can lead to duplicated global constants, only
355     // keep one copy of each constant...
356     passes.add(createConstantMergePass());
357
358     // Remove unused arguments from functions...
359     passes.add(createDeadArgEliminationPass());
360
361     // Reduce the code after globalopt and ipsccp.  Both can open up significant
362     // simplification opportunities, and both can propagate functions through
363     // function pointers.  When this happens, we often have to resolve varargs
364     // calls, etc, so let instcombine do this.
365     passes.add(createInstructionCombiningPass());
366     passes.add(createFunctionInliningPass());     // Inline small functions
367     passes.add(createPruneEHPass());              // Remove dead EH info
368     passes.add(createGlobalDCEPass());            // Remove dead functions
369
370     // If we didn't decide to inline a function, check to see if we can
371     // transform it to pass arguments by value instead of by reference.
372     passes.add(createArgumentPromotionPass());
373
374     // The IPO passes may leave cruft around.  Clean up after them.
375     passes.add(createInstructionCombiningPass());
376     passes.add(createJumpThreadingPass());        // Thread jumps.
377     passes.add(createScalarReplAggregatesPass()); // Break up allocas
378
379     // Run a few AA driven optimizations here and now, to cleanup the code.
380     passes.add(createGlobalsModRefPass());        // IP alias analysis
381     passes.add(createLICMPass());                 // Hoist loop invariants
382     passes.add(createGVNPass());                  // Remove common subexprs
383     passes.add(createMemCpyOptPass());            // Remove dead memcpy's
384     passes.add(createDeadStoreEliminationPass()); // Nuke dead stores
385
386     // Cleanup and simplify the code after the scalar optimizations.
387     passes.add(createInstructionCombiningPass());
388     passes.add(createJumpThreadingPass());        // Thread jumps.
389     passes.add(createPromoteMemoryToRegisterPass()); // Cleanup after threading.
390
391
392     // Delete basic blocks, which optimization passes may have killed...
393     passes.add(createCFGSimplificationPass());
394
395     // Now that we have optimized the program, discard unreachable functions...
396     passes.add(createGlobalDCEPass());
397
398     // Make sure everything is still good.
399     passes.add(createVerifierPass());
400
401     FunctionPassManager* codeGenPasses =
402             new FunctionPassManager(new ExistingModuleProvider(mergedModule));
403
404     codeGenPasses->add(new TargetData(*_target->getTargetData()));
405
406     MachineCodeEmitter* mce = NULL;
407
408     switch (_target->addPassesToEmitFile(*codeGenPasses, out,
409                                       TargetMachine::AssemblyFile, true)) {
410         case FileModel::MachOFile:
411             mce = AddMachOWriter(*codeGenPasses, out, *_target);
412             break;
413         case FileModel::ElfFile:
414             mce = AddELFWriter(*codeGenPasses, out, *_target);
415             break;
416         case FileModel::AsmFile:
417             break;
418         case FileModel::Error:
419         case FileModel::None:
420             errMsg = "target file type not supported";
421             return true;
422     }
423
424     if (_target->addPassesToEmitFileFinish(*codeGenPasses, mce, true)) {
425         errMsg = "target does not support generation of this file type";
426         return true;
427     }
428
429     // Run our queue of passes all at once now, efficiently.
430     passes.run(*mergedModule);
431
432     // Run the code generator, and write assembly file
433     codeGenPasses->doInitialization();
434
435     for (Module::iterator
436            it = mergedModule->begin(), e = mergedModule->end(); it != e; ++it)
437       if (!it->isDeclaration())
438         codeGenPasses->run(*it);
439
440     codeGenPasses->doFinalization();
441     return false; // success
442 }
443
444
445