[CodeGen] Fix AtomicExpand invalidation issue caused by r247429.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / AtomicExpandPass.cpp
index 3225731c05ccf33ee5df337bdf0d984676133b32..73102ccfece1006a23f2708a5f14e403b3380c45 100644 (file)
@@ -8,10 +8,12 @@
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file contains a pass (at IR level) to replace atomic instructions with
-// either (intrinsic-based) load-linked/store-conditional loops or AtomicCmpXchg.
+// either (intrinsic-based) load-linked/store-conditional loops or
+// AtomicCmpXchg.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#include "llvm/CodeGen/AtomicExpandUtils.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/IR/Function.h"
 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
@@ -31,10 +33,11 @@ using namespace llvm;
 namespace {
   class AtomicExpand: public FunctionPass {
     const TargetMachine *TM;
+    const TargetLowering *TLI;
   public:
     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
     explicit AtomicExpand(const TargetMachine *TM = nullptr)
-      : FunctionPass(ID), TM(TM) {
+      : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr) {
       initializeAtomicExpandPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
     }
 
@@ -43,12 +46,15 @@ namespace {
   private:
     bool bracketInstWithFences(Instruction *I, AtomicOrdering Order,
                                bool IsStore, bool IsLoad);
-    bool expandAtomicLoad(LoadInst *LI);
+    bool tryExpandAtomicLoad(LoadInst *LI);
+    bool expandAtomicLoadToLL(LoadInst *LI);
+    bool expandAtomicLoadToCmpXchg(LoadInst *LI);
     bool expandAtomicStore(StoreInst *SI);
-    bool expandAtomicRMW(AtomicRMWInst *AI);
+    bool tryExpandAtomicRMW(AtomicRMWInst *AI);
     bool expandAtomicRMWToLLSC(AtomicRMWInst *AI);
-    bool expandAtomicRMWToCmpXchg(AtomicRMWInst *AI);
     bool expandAtomicCmpXchg(AtomicCmpXchgInst *CI);
+    bool isIdempotentRMW(AtomicRMWInst *AI);
+    bool simplifyIdempotentRMW(AtomicRMWInst *AI);
   };
 }
 
@@ -63,9 +69,9 @@ FunctionPass *llvm::createAtomicExpandPass(const TargetMachine *TM) {
 }
 
 bool AtomicExpand::runOnFunction(Function &F) {
-  if (!TM || !TM->getSubtargetImpl()->enableAtomicExpand())
+  if (!TM || !TM->getSubtargetImpl(F)->enableAtomicExpand())
     return false;
-  auto TargetLowering = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
+  TLI = TM->getSubtargetImpl(F)->getTargetLowering();
 
   SmallVector<Instruction *, 1> AtomicInsts;
 
@@ -87,7 +93,7 @@ bool AtomicExpand::runOnFunction(Function &F) {
 
     auto FenceOrdering = Monotonic;
     bool IsStore, IsLoad;
-    if (TargetLowering->getInsertFencesForAtomic()) {
+    if (TLI->getInsertFencesForAtomic()) {
       if (LI && isAtLeastAcquire(LI->getOrdering())) {
         FenceOrdering = LI->getOrdering();
         LI->setOrdering(Monotonic);
@@ -103,9 +109,9 @@ bool AtomicExpand::runOnFunction(Function &F) {
         FenceOrdering = RMWI->getOrdering();
         RMWI->setOrdering(Monotonic);
         IsStore = IsLoad = true;
-      } else if (CASI && !TargetLowering->hasLoadLinkedStoreConditional() &&
-                    (isAtLeastRelease(CASI->getSuccessOrdering()) ||
-                     isAtLeastAcquire(CASI->getSuccessOrdering()))) {
+      } else if (CASI && !TLI->shouldExpandAtomicCmpXchgInIR(CASI) &&
+                 (isAtLeastRelease(CASI->getSuccessOrdering()) ||
+                  isAtLeastAcquire(CASI->getSuccessOrdering()))) {
         // If a compare and swap is lowered to LL/SC, we can do smarter fence
         // insertion, with a stronger one on the success path than on the
         // failure path. As a result, fence insertion is directly done by
@@ -121,13 +127,22 @@ bool AtomicExpand::runOnFunction(Function &F) {
       }
     }
 
-    if (LI && TargetLowering->shouldExpandAtomicLoadInIR(LI)) {
-      MadeChange |= expandAtomicLoad(LI);
-    } else if (SI && TargetLowering->shouldExpandAtomicStoreInIR(SI)) {
+    if (LI) {
+      MadeChange |= tryExpandAtomicLoad(LI);
+    } else if (SI && TLI->shouldExpandAtomicStoreInIR(SI)) {
       MadeChange |= expandAtomicStore(SI);
-    } else if (RMWI && TargetLowering->shouldExpandAtomicRMWInIR(RMWI)) {
-      MadeChange |= expandAtomicRMW(RMWI);
-    } else if (CASI && TargetLowering->hasLoadLinkedStoreConditional()) {
+    } else if (RMWI) {
+      // There are two different ways of expanding RMW instructions:
+      // - into a load if it is idempotent
+      // - into a Cmpxchg/LL-SC loop otherwise
+      // we try them in that order.
+
+      if (isIdempotentRMW(RMWI) && simplifyIdempotentRMW(RMWI)) {
+        MadeChange = true;
+      } else {
+        MadeChange |= tryExpandAtomicRMW(RMWI);
+      }
+    } else if (CASI && TLI->shouldExpandAtomicCmpXchgInIR(CASI)) {
       MadeChange |= expandAtomicCmpXchg(CASI);
     }
   }
@@ -138,13 +153,9 @@ bool AtomicExpand::bracketInstWithFences(Instruction *I, AtomicOrdering Order,
                                          bool IsStore, bool IsLoad) {
   IRBuilder<> Builder(I);
 
-  auto LeadingFence =
-      TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering()->emitLeadingFence(
-      Builder, Order, IsStore, IsLoad);
+  auto LeadingFence = TLI->emitLeadingFence(Builder, Order, IsStore, IsLoad);
 
-  auto TrailingFence =
-      TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering()->emitTrailingFence(
-      Builder, Order, IsStore, IsLoad);
+  auto TrailingFence = TLI->emitTrailingFence(Builder, Order, IsStore, IsLoad);
   // The trailing fence is emitted before the instruction instead of after
   // because there is no easy way of setting Builder insertion point after
   // an instruction. So we must erase it from the BB, and insert it back
@@ -159,8 +170,21 @@ bool AtomicExpand::bracketInstWithFences(Instruction *I, AtomicOrdering Order,
   return (LeadingFence || TrailingFence);
 }
 
-bool AtomicExpand::expandAtomicLoad(LoadInst *LI) {
-  auto TLI = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
+bool AtomicExpand::tryExpandAtomicLoad(LoadInst *LI) {
+  switch (TLI->shouldExpandAtomicLoadInIR(LI)) {
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::None:
+    return false;
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::LLSC: {
+    return expandAtomicLoadToLL(LI);
+  }
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::CmpXChg: {
+    return expandAtomicLoadToCmpXchg(LI);
+  }
+  }
+  llvm_unreachable("Unhandled case in tryExpandAtomicLoad");
+}
+
+bool AtomicExpand::expandAtomicLoadToLL(LoadInst *LI) {
   IRBuilder<> Builder(LI);
 
   // On some architectures, load-linked instructions are atomic for larger
@@ -175,12 +199,30 @@ bool AtomicExpand::expandAtomicLoad(LoadInst *LI) {
   return true;
 }
 
+bool AtomicExpand::expandAtomicLoadToCmpXchg(LoadInst *LI) {
+  IRBuilder<> Builder(LI);
+  AtomicOrdering Order = LI->getOrdering();
+  Value *Addr = LI->getPointerOperand();
+  Type *Ty = cast<PointerType>(Addr->getType())->getElementType();
+  Constant *DummyVal = Constant::getNullValue(Ty);
+
+  Value *Pair = Builder.CreateAtomicCmpXchg(
+      Addr, DummyVal, DummyVal, Order,
+      AtomicCmpXchgInst::getStrongestFailureOrdering(Order));
+  Value *Loaded = Builder.CreateExtractValue(Pair, 0, "loaded");
+
+  LI->replaceAllUsesWith(Loaded);
+  LI->eraseFromParent();
+
+  return true;
+}
+
 bool AtomicExpand::expandAtomicStore(StoreInst *SI) {
   // This function is only called on atomic stores that are too large to be
   // atomic if implemented as a native store. So we replace them by an
   // atomic swap, that can be implemented for example as a ldrex/strex on ARM
   // or lock cmpxchg8/16b on X86, as these are atomic for larger sizes.
-  // It is the responsibility of the target to only return true in
+  // It is the responsibility of the target to only signal expansion via
   // shouldExpandAtomicRMW in cases where this is required and possible.
   IRBuilder<> Builder(SI);
   AtomicRMWInst *AI =
@@ -189,16 +231,32 @@ bool AtomicExpand::expandAtomicStore(StoreInst *SI) {
   SI->eraseFromParent();
 
   // Now we have an appropriate swap instruction, lower it as usual.
-  return expandAtomicRMW(AI);
+  return tryExpandAtomicRMW(AI);
+}
+
+static void createCmpXchgInstFun(IRBuilder<> &Builder, Value *Addr,
+                                 Value *Loaded, Value *NewVal,
+                                 AtomicOrdering MemOpOrder,
+                                 Value *&Success, Value *&NewLoaded) {
+  Value* Pair = Builder.CreateAtomicCmpXchg(
+      Addr, Loaded, NewVal, MemOpOrder,
+      AtomicCmpXchgInst::getStrongestFailureOrdering(MemOpOrder));
+  Success = Builder.CreateExtractValue(Pair, 1, "success");
+  NewLoaded = Builder.CreateExtractValue(Pair, 0, "newloaded");
 }
 
-bool AtomicExpand::expandAtomicRMW(AtomicRMWInst *AI) {
-  if (TM->getSubtargetImpl()
-          ->getTargetLowering()
-          ->hasLoadLinkedStoreConditional())
+bool AtomicExpand::tryExpandAtomicRMW(AtomicRMWInst *AI) {
+  switch (TLI->shouldExpandAtomicRMWInIR(AI)) {
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::None:
+    return false;
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::LLSC: {
     return expandAtomicRMWToLLSC(AI);
-  else
-    return expandAtomicRMWToCmpXchg(AI);
+  }
+  case TargetLoweringBase::AtomicExpansionKind::CmpXChg: {
+    return expandAtomicRMWToCmpXchg(AI, createCmpXchgInstFun);
+  }
+  }
+  llvm_unreachable("Unhandled case in tryExpandAtomicRMW");
 }
 
 /// Emit IR to implement the given atomicrmw operation on values in registers,
@@ -239,7 +297,6 @@ static Value *performAtomicOp(AtomicRMWInst::BinOp Op, IRBuilder<> &Builder,
 }
 
 bool AtomicExpand::expandAtomicRMWToLLSC(AtomicRMWInst *AI) {
-  auto TLI = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
   AtomicOrdering MemOpOrder = AI->getOrdering();
   Value *Addr = AI->getPointerOperand();
   BasicBlock *BB = AI->getParent();
@@ -294,72 +351,7 @@ bool AtomicExpand::expandAtomicRMWToLLSC(AtomicRMWInst *AI) {
   return true;
 }
 
-bool AtomicExpand::expandAtomicRMWToCmpXchg(AtomicRMWInst *AI) {
-  AtomicOrdering MemOpOrder =
-      AI->getOrdering() == Unordered ? Monotonic : AI->getOrdering();
-  Value *Addr = AI->getPointerOperand();
-  BasicBlock *BB = AI->getParent();
-  Function *F = BB->getParent();
-  LLVMContext &Ctx = F->getContext();
-
-  // Given: atomicrmw some_op iN* %addr, iN %incr ordering
-  //
-  // The standard expansion we produce is:
-  //     [...]
-  //     %init_loaded = load atomic iN* %addr
-  //     br label %loop
-  // loop:
-  //     %loaded = phi iN [ %init_loaded, %entry ], [ %new_loaded, %loop ]
-  //     %new = some_op iN %loaded, %incr
-  //     %pair = cmpxchg iN* %addr, iN %loaded, iN %new
-  //     %new_loaded = extractvalue { iN, i1 } %pair, 0
-  //     %success = extractvalue { iN, i1 } %pair, 1
-  //     br i1 %success, label %atomicrmw.end, label %loop
-  // atomicrmw.end:
-  //     [...]
-  BasicBlock *ExitBB = BB->splitBasicBlock(AI, "atomicrmw.end");
-  BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(Ctx, "atomicrmw.start", F, ExitBB);
-
-  // This grabs the DebugLoc from AI.
-  IRBuilder<> Builder(AI);
-
-  // The split call above "helpfully" added a branch at the end of BB (to the
-  // wrong place), but we want a load. It's easiest to just remove
-  // the branch entirely.
-  std::prev(BB->end())->eraseFromParent();
-  Builder.SetInsertPoint(BB);
-  LoadInst *InitLoaded = Builder.CreateLoad(Addr);
-  // Atomics require at least natural alignment.
-  InitLoaded->setAlignment(AI->getType()->getPrimitiveSizeInBits());
-  Builder.CreateBr(LoopBB);
-
-  // Start the main loop block now that we've taken care of the preliminaries.
-  Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
-  PHINode *Loaded = Builder.CreatePHI(AI->getType(), 2, "loaded");
-  Loaded->addIncoming(InitLoaded, BB);
-
-  Value *NewVal =
-      performAtomicOp(AI->getOperation(), Builder, Loaded, AI->getValOperand());
-
-  Value *Pair = Builder.CreateAtomicCmpXchg(
-      Addr, Loaded, NewVal, MemOpOrder,
-      AtomicCmpXchgInst::getStrongestFailureOrdering(MemOpOrder));
-  Value *NewLoaded = Builder.CreateExtractValue(Pair, 0, "newloaded");
-  Loaded->addIncoming(NewLoaded, LoopBB);
-
-  Value *Success = Builder.CreateExtractValue(Pair, 1, "success");
-  Builder.CreateCondBr(Success, ExitBB, LoopBB);
-
-  Builder.SetInsertPoint(ExitBB, ExitBB->begin());
-
-  AI->replaceAllUsesWith(NewLoaded);
-  AI->eraseFromParent();
-
-  return true;
-}
-
 bool AtomicExpand::expandAtomicCmpXchg(AtomicCmpXchgInst *CI) {
-  auto TLI = TM->getSubtargetImpl()->getTargetLowering();
   AtomicOrdering SuccessOrder = CI->getSuccessOrdering();
   AtomicOrdering FailureOrder = CI->getFailureOrdering();
   Value *Addr = CI->getPointerOperand();
@@ -422,7 +414,7 @@ bool AtomicExpand::expandAtomicCmpXchg(AtomicCmpXchgInst *CI) {
   Value *ShouldStore =
       Builder.CreateICmpEQ(Loaded, CI->getCompareOperand(), "should_store");
 
-  // If the the cmpxchg doesn't actually need any ordering when it fails, we can
+  // If the cmpxchg doesn't actually need any ordering when it fails, we can
   // jump straight past that fence instruction (if it exists).
   Builder.CreateCondBr(ShouldStore, TryStoreBB, FailureBB);
 
@@ -491,3 +483,100 @@ bool AtomicExpand::expandAtomicCmpXchg(AtomicCmpXchgInst *CI) {
   CI->eraseFromParent();
   return true;
 }
+
+bool AtomicExpand::isIdempotentRMW(AtomicRMWInst* RMWI) {
+  auto C = dyn_cast<ConstantInt>(RMWI->getValOperand());
+  if(!C)
+    return false;
+
+  AtomicRMWInst::BinOp Op = RMWI->getOperation();
+  switch(Op) {
+    case AtomicRMWInst::Add:
+    case AtomicRMWInst::Sub:
+    case AtomicRMWInst::Or:
+    case AtomicRMWInst::Xor:
+      return C->isZero();
+    case AtomicRMWInst::And:
+      return C->isMinusOne();
+    // FIXME: we could also treat Min/Max/UMin/UMax by the INT_MIN/INT_MAX/...
+    default:
+      return false;
+  }
+}
+
+bool AtomicExpand::simplifyIdempotentRMW(AtomicRMWInst* RMWI) {
+  if (auto ResultingLoad = TLI->lowerIdempotentRMWIntoFencedLoad(RMWI)) {
+    tryExpandAtomicLoad(ResultingLoad);
+    return true;
+  }
+  return false;
+}
+
+bool llvm::expandAtomicRMWToCmpXchg(AtomicRMWInst *AI,
+                                    CreateCmpXchgInstFun CreateCmpXchg) {
+  assert(AI);
+
+  AtomicOrdering MemOpOrder =
+      AI->getOrdering() == Unordered ? Monotonic : AI->getOrdering();
+  Value *Addr = AI->getPointerOperand();
+  BasicBlock *BB = AI->getParent();
+  Function *F = BB->getParent();
+  LLVMContext &Ctx = F->getContext();
+
+  // Given: atomicrmw some_op iN* %addr, iN %incr ordering
+  //
+  // The standard expansion we produce is:
+  //     [...]
+  //     %init_loaded = load atomic iN* %addr
+  //     br label %loop
+  // loop:
+  //     %loaded = phi iN [ %init_loaded, %entry ], [ %new_loaded, %loop ]
+  //     %new = some_op iN %loaded, %incr
+  //     %pair = cmpxchg iN* %addr, iN %loaded, iN %new
+  //     %new_loaded = extractvalue { iN, i1 } %pair, 0
+  //     %success = extractvalue { iN, i1 } %pair, 1
+  //     br i1 %success, label %atomicrmw.end, label %loop
+  // atomicrmw.end:
+  //     [...]
+  BasicBlock *ExitBB = BB->splitBasicBlock(AI, "atomicrmw.end");
+  BasicBlock *LoopBB = BasicBlock::Create(Ctx, "atomicrmw.start", F, ExitBB);
+
+  // This grabs the DebugLoc from AI.
+  IRBuilder<> Builder(AI);
+
+  // The split call above "helpfully" added a branch at the end of BB (to the
+  // wrong place), but we want a load. It's easiest to just remove
+  // the branch entirely.
+  std::prev(BB->end())->eraseFromParent();
+  Builder.SetInsertPoint(BB);
+  LoadInst *InitLoaded = Builder.CreateLoad(Addr);
+  // Atomics require at least natural alignment.
+  InitLoaded->setAlignment(AI->getType()->getPrimitiveSizeInBits() / 8);
+  Builder.CreateBr(LoopBB);
+
+  // Start the main loop block now that we've taken care of the preliminaries.
+  Builder.SetInsertPoint(LoopBB);
+  PHINode *Loaded = Builder.CreatePHI(AI->getType(), 2, "loaded");
+  Loaded->addIncoming(InitLoaded, BB);
+
+  Value *NewVal =
+      performAtomicOp(AI->getOperation(), Builder, Loaded, AI->getValOperand());
+
+  Value *NewLoaded = nullptr;
+  Value *Success = nullptr;
+
+  CreateCmpXchg(Builder, Addr, Loaded, NewVal, MemOpOrder,
+                Success, NewLoaded);
+  assert(Success && NewLoaded);
+
+  Loaded->addIncoming(NewLoaded, LoopBB);
+
+  Builder.CreateCondBr(Success, ExitBB, LoopBB);
+
+  Builder.SetInsertPoint(ExitBB, ExitBB->begin());
+
+  AI->replaceAllUsesWith(NewLoaded);
+  AI->eraseFromParent();
+
+  return true;
+}