[PBQP] Fix comment wording. NFC
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocPBQP.cpp
index 6629b38fb75154d7d9b6edd7fd75e2bf8cb7e562..af6d16eefd7988fb054f324b04202bb2d415c1ac 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#define DEBUG_TYPE "regalloc"
-
-#include "RenderMachineFunction.h"
-#include "Splitter.h"
-#include "VirtRegMap.h"
-#include "VirtRegRewriter.h"
+#include "llvm/CodeGen/RegAllocPBQP.h"
+#include "RegisterCoalescer.h"
+#include "Spiller.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
-#include "llvm/CodeGen/RegAllocPBQP.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
-#include "llvm/CodeGen/PBQP/HeuristicSolver.h"
-#include "llvm/CodeGen/PBQP/Graph.h"
-#include "llvm/CodeGen/PBQP/Heuristics/Briggs.h"
 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
-#include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
+#include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
+#include "llvm/Support/FileSystem.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
-#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
 #include <limits>
 #include <memory>
+#include <queue>
 #include <set>
+#include <sstream>
 #include <vector>
 
-namespace llvm {
+using namespace llvm;
 
-using namespace PBQP;
-  using namespace PBQP::Heuristics;
+#define DEBUG_TYPE "regalloc"
 
 static RegisterRegAlloc
-registerPBQPRepAlloc("pbqp", "PBQP register allocator",
-                       llvm::createPBQPRegisterAllocator);
+RegisterPBQPRepAlloc("pbqp", "PBQP register allocator",
+                       createDefaultPBQPRegisterAllocator);
 
 static cl::opt<bool>
-pbqpCoalescing("pbqp-coalescing",
+PBQPCoalescing("pbqp-coalescing",
                 cl::desc("Attempt coalescing during PBQP register allocation."),
                 cl::init(false), cl::Hidden);
 
+#ifndef NDEBUG
 static cl::opt<bool>
-pbqpBuilder("pbqp-builder",
-                cl::desc("Use new builder system."),
-                cl::init(false), cl::Hidden);
-
-
-static cl::opt<bool>
-pbqpPreSplitting("pbqp-pre-splitting",
-                 cl::desc("Pre-splite before PBQP register allocation."),
-                 cl::init(false), cl::Hidden);
-
-char RegAllocPBQP::ID = 0;
-
-unsigned PBQPRAProblem::getVRegForNode(PBQP::Graph::ConstNodeItr node) const {
-  Node2VReg::const_iterator vregItr = node2VReg.find(node);
-  assert(vregItr != node2VReg.end() && "No vreg for node.");
-  return vregItr->second;
-}
-
-PBQP::Graph::NodeItr PBQPRAProblem::getNodeForVReg(unsigned vreg) const {
-  VReg2Node::const_iterator nodeItr = vreg2Node.find(vreg);
-  assert(nodeItr != vreg2Node.end() && "No node for vreg.");
-  return nodeItr->second;
-  
-}
-
-const PBQPRAProblem::AllowedSet&
-  PBQPRAProblem::getAllowedSet(unsigned vreg) const {
-  AllowedSetMap::const_iterator allowedSetItr = allowedSets.find(vreg);
-  assert(allowedSetItr != allowedSets.end() && "No pregs for vreg.");
-  const AllowedSet &allowedSet = allowedSetItr->second;
-  return allowedSet;
-}
-
-unsigned PBQPRAProblem::getPRegForOption(unsigned vreg, unsigned option) const {
-  assert(isPRegOption(vreg, option) && "Not a preg option.");
-
-  const AllowedSet& allowedSet = getAllowedSet(vreg);
-  assert(option <= allowedSet.size() && "Option outside allowed set.");
-  return allowedSet[option - 1];
-}
-
-std::auto_ptr<PBQPRAProblem> PBQPBuilder::build(
-                                             MachineFunction *mf,
-                                             const LiveIntervals *lis,
-                                             const RegSet &vregs) {
-
-  typedef std::vector<const LiveInterval*> LIVector;
-
-  MachineRegisterInfo *mri = &mf->getRegInfo();
-  const TargetRegisterInfo *tri = mf->getTarget().getRegisterInfo();  
-
-  std::auto_ptr<PBQPRAProblem> p(new PBQPRAProblem());
-  PBQP::Graph &g = p->getGraph();
-  RegSet pregs;
+PBQPDumpGraphs("pbqp-dump-graphs",
+               cl::desc("Dump graphs for each function/round in the compilation unit."),
+               cl::init(false), cl::Hidden);
+#endif
+
+namespace {
+
+///
+/// PBQP based allocators solve the register allocation problem by mapping
+/// register allocation problems to Partitioned Boolean Quadratic
+/// Programming problems.
+class RegAllocPBQP : public MachineFunctionPass {
+public:
+
+  static char ID;
+
+  /// Construct a PBQP register allocator.
+  RegAllocPBQP(char *cPassID = nullptr)
+      : MachineFunctionPass(ID), customPassID(cPassID) {
+    initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+  }
 
-  // Collect the set of preg intervals, record that they're used in the MF.
-  for (LiveIntervals::const_iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
-       itr != end; ++itr) {
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first)) {
-      pregs.insert(itr->first);
-      mri->setPhysRegUsed(itr->first);
-    }
+  /// Return the pass name.
+  const char* getPassName() const override {
+    return "PBQP Register Allocator";
   }
 
-  BitVector reservedRegs = tri->getReservedRegs(*mf);
+  /// PBQP analysis usage.
+  void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const override;
 
-  // Iterate over vregs. 
-  for (RegSet::const_iterator vregItr = vregs.begin(), vregEnd = vregs.end();
-       vregItr != vregEnd; ++vregItr) {
-    unsigned vreg = *vregItr;
-    const TargetRegisterClass *trc = mri->getRegClass(vreg);
-    const LiveInterval *vregLI = &lis->getInterval(vreg);
+  /// Perform register allocation
+  bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) override;
 
-    // Compute an initial allowed set for the current vreg.
-    typedef std::vector<unsigned> VRAllowed;
-    VRAllowed vrAllowed;
-    for (TargetRegisterClass::iterator aoItr = trc->allocation_order_begin(*mf),
-                                       aoEnd = trc->allocation_order_end(*mf);
-         aoItr != aoEnd; ++aoItr) {
-      unsigned preg = *aoItr;
-      if (!reservedRegs.test(preg)) {
-        vrAllowed.push_back(preg);
-      }
-    }
-
-    // Remove any physical registers which overlap.
-    for (RegSet::const_iterator pregItr = pregs.begin(),
-                                pregEnd = pregs.end();
-         pregItr != pregEnd; ++pregItr) {
-      unsigned preg = *pregItr;
-      const LiveInterval *pregLI = &lis->getInterval(preg);
+private:
 
-      if (pregLI->empty())
-        continue;
+  typedef std::map<const LiveInterval*, unsigned> LI2NodeMap;
+  typedef std::vector<const LiveInterval*> Node2LIMap;
+  typedef std::vector<unsigned> AllowedSet;
+  typedef std::vector<AllowedSet> AllowedSetMap;
+  typedef std::pair<unsigned, unsigned> RegPair;
+  typedef std::map<RegPair, PBQP::PBQPNum> CoalesceMap;
+  typedef std::set<unsigned> RegSet;
 
-      if (!vregLI->overlaps(*pregLI))
-        continue;
+  char *customPassID;
 
-      // Remove the register from the allowed set.
-      VRAllowed::iterator eraseItr =
-        std::find(vrAllowed.begin(), vrAllowed.end(), preg);
+  RegSet VRegsToAlloc, EmptyIntervalVRegs;
 
-      if (eraseItr != vrAllowed.end()) {
-        vrAllowed.erase(eraseItr);
-      }
+  /// \brief Finds the initial set of vreg intervals to allocate.
+  void findVRegIntervalsToAlloc(const MachineFunction &MF, LiveIntervals &LIS);
 
-      // Also remove any aliases.
-      const unsigned *aliasItr = tri->getAliasSet(preg);
-      if (aliasItr != 0) {
-        for (; *aliasItr != 0; ++aliasItr) {
-          VRAllowed::iterator eraseItr =
-            std::find(vrAllowed.begin(), vrAllowed.end(), *aliasItr);
+  /// \brief Constructs an initial graph.
+  void initializeGraph(PBQPRAGraph &G, VirtRegMap &VRM, Spiller &VRegSpiller);
 
-          if (eraseItr != vrAllowed.end()) {
-            vrAllowed.erase(eraseItr);
-          }
-        }
-      }
-    }
+  /// \brief Spill the given VReg.
+  void spillVReg(unsigned VReg, SmallVectorImpl<unsigned> &NewIntervals,
+                 MachineFunction &MF, LiveIntervals &LIS, VirtRegMap &VRM,
+                 Spiller &VRegSpiller);
 
-    // Construct the node.
-    PBQP::Graph::NodeItr node = 
-      g.addNode(PBQP::Vector(vrAllowed.size() + 1, 0));
+  /// \brief Given a solved PBQP problem maps this solution back to a register
+  /// assignment.
+  bool mapPBQPToRegAlloc(const PBQPRAGraph &G,
+                         const PBQP::Solution &Solution,
+                         VirtRegMap &VRM,
+                         Spiller &VRegSpiller);
 
-    // Record the mapping and allowed set in the problem.
-    p->recordVReg(vreg, node, vrAllowed.begin(), vrAllowed.end());
+  /// \brief Postprocessing before final spilling. Sets basic block "live in"
+  /// variables.
+  void finalizeAlloc(MachineFunction &MF, LiveIntervals &LIS,
+                     VirtRegMap &VRM) const;
 
-    PBQP::PBQPNum spillCost = (vregLI->weight != 0.0) ?
-        vregLI->weight : std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::min();
+};
 
-    addSpillCosts(g.getNodeCosts(node), spillCost);
-  }
+char RegAllocPBQP::ID = 0;
 
-  for (RegSet::const_iterator vr1Itr = vregs.begin(), vrEnd = vregs.end();
-         vr1Itr != vrEnd; ++vr1Itr) {
-    unsigned vr1 = *vr1Itr;
-    const LiveInterval &l1 = lis->getInterval(vr1);
-    const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr1Allowed = p->getAllowedSet(vr1);
-
-    for (RegSet::iterator vr2Itr = llvm::next(vr1Itr);
-         vr2Itr != vrEnd; ++vr2Itr) {
-      unsigned vr2 = *vr2Itr;
-      const LiveInterval &l2 = lis->getInterval(vr2);
-      const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr2Allowed = p->getAllowedSet(vr2);
-
-      assert(!l2.empty() && "Empty interval in vreg set?");
-      if (l1.overlaps(l2)) {
-        PBQP::Graph::EdgeItr edge =
-          g.addEdge(p->getNodeForVReg(vr1), p->getNodeForVReg(vr2),
-                    PBQP::Matrix(vr1Allowed.size()+1, vr2Allowed.size()+1, 0));
-
-        addInterferenceCosts(g.getEdgeCosts(edge), vr1Allowed, vr2Allowed, tri);
-      }
+/// @brief Set spill costs for each node in the PBQP reg-alloc graph.
+class SpillCosts : public PBQPRAConstraint {
+public:
+  void apply(PBQPRAGraph &G) override {
+    LiveIntervals &LIS = G.getMetadata().LIS;
+
+    // A minimum spill costs, so that register constraints can can be set
+    // without normalization in the [0.0:MinSpillCost( interval.
+    const PBQP::PBQPNum MinSpillCost = 10.0;
+
+    for (auto NId : G.nodeIds()) {
+      PBQP::PBQPNum SpillCost =
+        LIS.getInterval(G.getNodeMetadata(NId).getVReg()).weight;
+      if (SpillCost == 0.0)
+        SpillCost = std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::min();
+      else
+        SpillCost += MinSpillCost;
+      PBQPRAGraph::RawVector NodeCosts(G.getNodeCosts(NId));
+      NodeCosts[PBQP::RegAlloc::getSpillOptionIdx()] = SpillCost;
+      G.setNodeCosts(NId, std::move(NodeCosts));
     }
   }
+};
 
-  return p;
-}
-
-void PBQPBuilder::addSpillCosts(PBQP::Vector &costVec,
-                                PBQP::PBQPNum spillCost) {
-  costVec[0] = spillCost;
-}
-
-void PBQPBuilder::addInterferenceCosts(PBQP::Matrix &costMat,
-                                       const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr1Allowed,
-                                       const PBQPRAProblem::AllowedSet &vr2Allowed,
-                                       const TargetRegisterInfo *tri) {
-  assert(costMat.getRows() == vr1Allowed.size() + 1 && "Matrix height mismatch.");
-  assert(costMat.getCols() == vr2Allowed.size() + 1 && "Matrix width mismatch.");
+/// @brief Add interference edges between overlapping vregs.
+class Interference : public PBQPRAConstraint {
+private:
 
-  for (unsigned i = 0; i < vr1Allowed.size(); ++i) {
-    unsigned preg1 = vr1Allowed[i];
+  typedef const PBQP::RegAlloc::AllowedRegVector* AllowedRegVecPtr;
+  typedef std::pair<AllowedRegVecPtr, AllowedRegVecPtr> IMatrixKey;
+  typedef DenseMap<IMatrixKey, PBQPRAGraph::MatrixPtr> IMatrixCache;
 
-    for (unsigned j = 0; j < vr2Allowed.size(); ++j) {
-      unsigned preg2 = vr2Allowed[j];
+  // Holds (Interval, CurrentSegmentID, and NodeId). The first two are required
+  // for the fast interference graph construction algorithm. The last is there
+  // to save us from looking up node ids via the VRegToNode map in the graph
+  // metadata.
+  typedef std::tuple<LiveInterval*, size_t, PBQP::GraphBase::NodeId>
+    IntervalInfo;
 
-      if (tri->regsOverlap(preg1, preg2)) {
-        costMat[i + 1][j + 1] = std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::infinity();
-      }
-    }
+  static SlotIndex getStartPoint(const IntervalInfo &I) {
+    return std::get<0>(I)->segments[std::get<1>(I)].start;
   }
-}
-
-
-
-void RegAllocPBQP::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const {
-  au.addRequired<SlotIndexes>();
-  au.addPreserved<SlotIndexes>();
-  au.addRequired<LiveIntervals>();
-  //au.addRequiredID(SplitCriticalEdgesID);
-  au.addRequired<RegisterCoalescer>();
-  au.addRequired<CalculateSpillWeights>();
-  au.addRequired<LiveStacks>();
-  au.addPreserved<LiveStacks>();
-  au.addRequired<MachineLoopInfo>();
-  au.addPreserved<MachineLoopInfo>();
-  if (pbqpPreSplitting)
-    au.addRequired<LoopSplitter>();
-  au.addRequired<VirtRegMap>();
-  au.addRequired<RenderMachineFunction>();
-  MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(au);
-}
 
-template <typename RegContainer>
-PBQP::Vector RegAllocPBQP::buildCostVector(unsigned vReg,
-                                           const RegContainer &allowed,
-                                           const CoalesceMap &coalesces,
-                                           PBQP::PBQPNum spillCost) const {
-
-  typedef typename RegContainer::const_iterator AllowedItr;
-
-  // Allocate vector. Additional element (0th) used for spill option
-  PBQP::Vector v(allowed.size() + 1, 0);
+  static SlotIndex getEndPoint(const IntervalInfo &I) {
+    return std::get<0>(I)->segments[std::get<1>(I)].end;
+  }
 
-  v[0] = spillCost;
+  static PBQP::GraphBase::NodeId getNodeId(const IntervalInfo &I) {
+    return std::get<2>(I);
+  }
 
-  // Iterate over the allowed registers inserting coalesce benefits if there
-  // are any.
-  unsigned ai = 0;
-  for (AllowedItr itr = allowed.begin(), end = allowed.end();
-       itr != end; ++itr, ++ai) {
+  static bool lowestStartPoint(const IntervalInfo &I1,
+                               const IntervalInfo &I2) {
+    // Condition reversed because priority queue has the *highest* element at
+    // the front, rather than the lowest.
+    return getStartPoint(I1) > getStartPoint(I2);
+  }
 
-    unsigned pReg = *itr;
+  static bool lowestEndPoint(const IntervalInfo &I1,
+                             const IntervalInfo &I2) {
+    SlotIndex E1 = getEndPoint(I1);
+    SlotIndex E2 = getEndPoint(I2);
 
-    CoalesceMap::const_iterator cmItr =
-      coalesces.find(RegPair(vReg, pReg));
+    if (E1 < E2)
+      return true;
 
-    // No coalesce - on to the next preg.
-    if (cmItr == coalesces.end())
-      continue;
+    if (E1 > E2)
+      return false;
 
-    // We have a coalesce - insert the benefit.
-    v[ai + 1] = -cmItr->second;
+    // If two intervals end at the same point, we need a way to break the tie or
+    // the set will assume they're actually equal and refuse to insert a
+    // "duplicate". Just compare the vregs - fast and guaranteed unique.
+    return std::get<0>(I1)->reg < std::get<0>(I2)->reg;
   }
 
-  return v;
-}
-
-template <typename RegContainer>
-PBQP::Matrix* RegAllocPBQP::buildInterferenceMatrix(
-      const RegContainer &allowed1, const RegContainer &allowed2) const {
-
-  typedef typename RegContainer::const_iterator RegContainerIterator;
-
-  // Construct a PBQP matrix representing the cost of allocation options. The
-  // rows and columns correspond to the allocation options for the two live
-  // intervals.  Elements will be infinite where corresponding registers alias,
-  // since we cannot allocate aliasing registers to interfering live intervals.
-  // All other elements (non-aliasing combinations) will have zero cost. Note
-  // that the spill option (element 0,0) has zero cost, since we can allocate
-  // both intervals to memory safely (the cost for each individual allocation
-  // to memory is accounted for by the cost vectors for each live interval).
-  PBQP::Matrix *m =
-    new PBQP::Matrix(allowed1.size() + 1, allowed2.size() + 1, 0);
-
-  // Assume this is a zero matrix until proven otherwise.  Zero matrices occur
-  // between interfering live ranges with non-overlapping register sets (e.g.
-  // non-overlapping reg classes, or disjoint sets of allowed regs within the
-  // same class). The term "overlapping" is used advisedly: sets which do not
-  // intersect, but contain registers which alias, will have non-zero matrices.
-  // We optimize zero matrices away to improve solver speed.
-  bool isZeroMatrix = true;
-
-
-  // Row index. Starts at 1, since the 0th row is for the spill option, which
-  // is always zero.
-  unsigned ri = 1;
-
-  // Iterate over allowed sets, insert infinities where required.
-  for (RegContainerIterator a1Itr = allowed1.begin(), a1End = allowed1.end();
-       a1Itr != a1End; ++a1Itr) {
-
-    // Column index, starts at 1 as for row index.
-    unsigned ci = 1;
-    unsigned reg1 = *a1Itr;
-
-    for (RegContainerIterator a2Itr = allowed2.begin(), a2End = allowed2.end();
-         a2Itr != a2End; ++a2Itr) {
-
-      unsigned reg2 = *a2Itr;
-
-      // If the row/column regs are identical or alias insert an infinity.
-      if (tri->regsOverlap(reg1, reg2)) {
-        (*m)[ri][ci] = std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::infinity();
-        isZeroMatrix = false;
-      }
-
-      ++ci;
-    }
-
-    ++ri;
+  static bool isAtLastSegment(const IntervalInfo &I) {
+    return std::get<1>(I) == std::get<0>(I)->size() - 1;
   }
 
-  // If this turns out to be a zero matrix...
-  if (isZeroMatrix) {
-    // free it and return null.
-    delete m;
-    return 0;
+  static IntervalInfo nextSegment(const IntervalInfo &I) {
+    return std::make_tuple(std::get<0>(I), std::get<1>(I) + 1, std::get<2>(I));
   }
 
-  // ...otherwise return the cost matrix.
-  return m;
-}
+public:
+
+  void apply(PBQPRAGraph &G) override {
+    // The following is loosely based on the linear scan algorithm introduced in
+    // "Linear Scan Register Allocation" by Poletto and Sarkar. This version
+    // isn't linear, because the size of the active set isn't bound by the
+    // number of registers, but rather the size of the largest clique in the
+    // graph. Still, we expect this to be better than N^2.
+    LiveIntervals &LIS = G.getMetadata().LIS;
+
+    // Interferenc matrices are incredibly regular - they're only a function of
+    // the allowed sets, so we cache them to avoid the overhead of constructing
+    // and uniquing them.
+    IMatrixCache C;
+
+    typedef std::set<IntervalInfo, decltype(&lowestEndPoint)> IntervalSet;
+    typedef std::priority_queue<IntervalInfo, std::vector<IntervalInfo>,
+                                decltype(&lowestStartPoint)> IntervalQueue;
+    IntervalSet Active(lowestEndPoint);
+    IntervalQueue Inactive(lowestStartPoint);
+
+    // Start by building the inactive set.
+    for (auto NId : G.nodeIds()) {
+      unsigned VReg = G.getNodeMetadata(NId).getVReg();
+      LiveInterval &LI = LIS.getInterval(VReg);
+      assert(!LI.empty() && "PBQP graph contains node for empty interval");
+      Inactive.push(std::make_tuple(&LI, 0, NId));
+    }
 
-template <typename RegContainer>
-PBQP::Matrix* RegAllocPBQP::buildCoalescingMatrix(
-      const RegContainer &allowed1, const RegContainer &allowed2,
-      PBQP::PBQPNum cBenefit) const {
-
-  typedef typename RegContainer::const_iterator RegContainerIterator;
-
-  // Construct a PBQP Matrix representing the benefits of coalescing. As with
-  // interference matrices the rows and columns represent allowed registers
-  // for the LiveIntervals which are (potentially) to be coalesced. The amount
-  // -cBenefit will be placed in any element representing the same register
-  // for both intervals.
-  PBQP::Matrix *m =
-    new PBQP::Matrix(allowed1.size() + 1, allowed2.size() + 1, 0);
-
-  // Reset costs to zero.
-  m->reset(0);
-
-  // Assume the matrix is zero till proven otherwise. Zero matrices will be
-  // optimized away as in the interference case.
-  bool isZeroMatrix = true;
-
-  // Row index. Starts at 1, since the 0th row is for the spill option, which
-  // is always zero.
-  unsigned ri = 1;
-
-  // Iterate over the allowed sets, insert coalescing benefits where
-  // appropriate.
-  for (RegContainerIterator a1Itr = allowed1.begin(), a1End = allowed1.end();
-       a1Itr != a1End; ++a1Itr) {
-
-    // Column index, starts at 1 as for row index.
-    unsigned ci = 1;
-    unsigned reg1 = *a1Itr;
-
-    for (RegContainerIterator a2Itr = allowed2.begin(), a2End = allowed2.end();
-         a2Itr != a2End; ++a2Itr) {
-
-      // If the row and column represent the same register insert a beneficial
-      // cost to preference this allocation - it would allow us to eliminate a
-      // move instruction.
-      if (reg1 == *a2Itr) {
-        (*m)[ri][ci] = -cBenefit;
-        isZeroMatrix = false;
+    while (!Inactive.empty()) {
+      // Tentatively grab the "next" interval - this choice may be overriden
+      // below.
+      IntervalInfo Cur = Inactive.top();
+
+      // Retire any active intervals that end before Cur starts.
+      IntervalSet::iterator RetireItr = Active.begin();
+      while (RetireItr != Active.end() &&
+             (getEndPoint(*RetireItr) <= getStartPoint(Cur))) {
+        // If this interval has subsequent segments, add the next one to the
+        // inactive list.
+        if (!isAtLastSegment(*RetireItr))
+          Inactive.push(nextSegment(*RetireItr));
+
+        ++RetireItr;
       }
+      Active.erase(Active.begin(), RetireItr);
+
+      // One of the newly retired segments may actually start before the
+      // Cur segment, so re-grab the front of the inactive list.
+      Cur = Inactive.top();
+      Inactive.pop();
+
+      // At this point we know that Cur overlaps all active intervals. Add the
+      // interference edges.
+      PBQP::GraphBase::NodeId NId = getNodeId(Cur);
+      for (const auto &A : Active) {
+        PBQP::GraphBase::NodeId MId = getNodeId(A);
+
+        // Check that we haven't already added this edge
+        // FIXME: findEdge is expensive in the worst case (O(max_clique(G))).
+        //        It might be better to replace this with a local bit-matrix.
+        if (G.findEdge(NId, MId) != PBQPRAGraph::invalidEdgeId())
+          continue;
 
-      ++ci;
-    }
-
-    ++ri;
-  }
+        // This is a new edge - add it to the graph.
+        createInterferenceEdge(G, NId, MId, C);
+      }
 
-  // If this turns out to be a zero matrix...
-  if (isZeroMatrix) {
-    // ...free it and return null.
-    delete m;
-    return 0;
+      // Finally, add Cur to the Active set.
+      Active.insert(Cur);
+    }
   }
 
-  return m;
-}
-
-RegAllocPBQP::CoalesceMap RegAllocPBQP::findCoalesces() {
-
-  typedef MachineFunction::const_iterator MFIterator;
-  typedef MachineBasicBlock::const_iterator MBBIterator;
-  typedef LiveInterval::const_vni_iterator VNIIterator;
-
-  CoalesceMap coalescesFound;
+private:
 
-  // To find coalesces we need to iterate over the function looking for
-  // copy instructions.
-  for (MFIterator bbItr = mf->begin(), bbEnd = mf->end();
-       bbItr != bbEnd; ++bbItr) {
+  void createInterferenceEdge(PBQPRAGraph &G, PBQPRAGraph::NodeId NId,
+                              PBQPRAGraph::NodeId MId, IMatrixCache &C) {
 
-    const MachineBasicBlock *mbb = &*bbItr;
+    const TargetRegisterInfo &TRI =
+        *G.getMetadata().MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
 
-    for (MBBIterator iItr = mbb->begin(), iEnd = mbb->end();
-         iItr != iEnd; ++iItr) {
+    const auto &NRegs = G.getNodeMetadata(NId).getAllowedRegs();
+    const auto &MRegs = G.getNodeMetadata(MId).getAllowedRegs();
 
-      const MachineInstr *instr = &*iItr;
+    // Try looking the edge costs up in the IMatrixCache first.
+    IMatrixKey K(&NRegs, &MRegs);
+    IMatrixCache::iterator I = C.find(K);
+    if (I != C.end()) {
+      G.addEdgeBypassingCostAllocator(NId, MId, I->second);
+      return;
+    }
 
-      // If this isn't a copy then continue to the next instruction.
-      if (!instr->isCopy())
-        continue;
+    PBQPRAGraph::RawMatrix M(NRegs.size() + 1, MRegs.size() + 1, 0);
+    for (unsigned I = 0; I != NRegs.size(); ++I) {
+      unsigned PRegN = NRegs[I];
+      for (unsigned J = 0; J != MRegs.size(); ++J) {
+        unsigned PRegM = MRegs[J];
+        if (TRI.regsOverlap(PRegN, PRegM))
+          M[I + 1][J + 1] = std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::infinity();
+      }
+    }
 
-      unsigned srcReg = instr->getOperand(1).getReg();
-      unsigned dstReg = instr->getOperand(0).getReg();
+    PBQPRAGraph::EdgeId EId = G.addEdge(NId, MId, std::move(M));
+    C[K] = G.getEdgeCostsPtr(EId);
+  }
+};
 
-      // If the registers are already the same our job is nice and easy.
-      if (dstReg == srcReg)
-        continue;
 
-      bool srcRegIsPhysical = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(srcReg),
-           dstRegIsPhysical = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(dstReg);
+class Coalescing : public PBQPRAConstraint {
+public:
+  void apply(PBQPRAGraph &G) override {
+    MachineFunction &MF = G.getMetadata().MF;
+    MachineBlockFrequencyInfo &MBFI = G.getMetadata().MBFI;
+    CoalescerPair CP(*MF.getSubtarget().getRegisterInfo());
 
-      // If both registers are physical then we can't coalesce.
-      if (srcRegIsPhysical && dstRegIsPhysical)
-        continue;
+    // Scan the machine function and add a coalescing cost whenever CoalescerPair
+    // gives the Ok.
+    for (const auto &MBB : MF) {
+      for (const auto &MI : MBB) {
 
-      // If it's a copy that includes two virtual register but the source and
-      // destination classes differ then we can't coalesce.
-      if (!srcRegIsPhysical && !dstRegIsPhysical &&
-          mri->getRegClass(srcReg) != mri->getRegClass(dstReg))
-        continue;
-
-      // If one is physical and one is virtual, check that the physical is
-      // allocatable in the class of the virtual.
-      if (srcRegIsPhysical && !dstRegIsPhysical) {
-        const TargetRegisterClass *dstRegClass = mri->getRegClass(dstReg);
-        if (std::find(dstRegClass->allocation_order_begin(*mf),
-                      dstRegClass->allocation_order_end(*mf), srcReg) ==
-            dstRegClass->allocation_order_end(*mf))
-          continue;
-      }
-      if (!srcRegIsPhysical && dstRegIsPhysical) {
-        const TargetRegisterClass *srcRegClass = mri->getRegClass(srcReg);
-        if (std::find(srcRegClass->allocation_order_begin(*mf),
-                      srcRegClass->allocation_order_end(*mf), dstReg) ==
-            srcRegClass->allocation_order_end(*mf))
+        // Skip not-coalescable or already coalesced copies.
+        if (!CP.setRegisters(&MI) || CP.getSrcReg() == CP.getDstReg())
           continue;
-      }
-
-      // If we've made it here we have a copy with compatible register classes.
-      // We can probably coalesce, but we need to consider overlap.
-      const LiveInterval *srcLI = &lis->getInterval(srcReg),
-                         *dstLI = &lis->getInterval(dstReg);
 
-      if (srcLI->overlaps(*dstLI)) {
-        // Even in the case of an overlap we might still be able to coalesce,
-        // but we need to make sure that no definition of either range occurs
-        // while the other range is live.
+        unsigned DstReg = CP.getDstReg();
+        unsigned SrcReg = CP.getSrcReg();
 
-        // Otherwise start by assuming we're ok.
-        bool badDef = false;
+        const float Scale = 1.0f / MBFI.getEntryFreq();
+        PBQP::PBQPNum CBenefit = MBFI.getBlockFreq(&MBB).getFrequency() * Scale;
 
-        // Test all defs of the source range.
-        for (VNIIterator
-               vniItr = srcLI->vni_begin(), vniEnd = srcLI->vni_end();
-               vniItr != vniEnd; ++vniItr) {
-
-          // If we find a poorly defined def we err on the side of caution.
-          if (!(*vniItr)->def.isValid()) {
-            badDef = true;
-            break;
-          }
+        if (CP.isPhys()) {
+          if (!MF.getRegInfo().isAllocatable(DstReg))
+            continue;
 
-          // If we find a def that kills the coalescing opportunity then
-          // record it and break from the loop.
-          if (dstLI->liveAt((*vniItr)->def)) {
-            badDef = true;
-            break;
-          }
-        }
+          PBQPRAGraph::NodeId NId = G.getMetadata().getNodeIdForVReg(SrcReg);
 
-        // If we have a bad def give up, continue to the next instruction.
-        if (badDef)
-          continue;
+          const PBQPRAGraph::NodeMetadata::AllowedRegVector &Allowed =
+            G.getNodeMetadata(NId).getAllowedRegs();
 
-        // Otherwise test definitions of the destination range.
-        for (VNIIterator
-               vniItr = dstLI->vni_begin(), vniEnd = dstLI->vni_end();
-               vniItr != vniEnd; ++vniItr) {
+          unsigned PRegOpt = 0;
+          while (PRegOpt < Allowed.size() && Allowed[PRegOpt] != DstReg)
+            ++PRegOpt;
 
-          // We want to make sure we skip the copy instruction itself.
-          if ((*vniItr)->getCopy() == instr)
-            continue;
-
-          if (!(*vniItr)->def.isValid()) {
-            badDef = true;
-            break;
+          if (PRegOpt < Allowed.size()) {
+            PBQPRAGraph::RawVector NewCosts(G.getNodeCosts(NId));
+            NewCosts[PRegOpt + 1] -= CBenefit;
+            G.setNodeCosts(NId, std::move(NewCosts));
           }
-
-          if (srcLI->liveAt((*vniItr)->def)) {
-            badDef = true;
-            break;
+        } else {
+          PBQPRAGraph::NodeId N1Id = G.getMetadata().getNodeIdForVReg(DstReg);
+          PBQPRAGraph::NodeId N2Id = G.getMetadata().getNodeIdForVReg(SrcReg);
+          const PBQPRAGraph::NodeMetadata::AllowedRegVector *Allowed1 =
+            &G.getNodeMetadata(N1Id).getAllowedRegs();
+          const PBQPRAGraph::NodeMetadata::AllowedRegVector *Allowed2 =
+            &G.getNodeMetadata(N2Id).getAllowedRegs();
+
+          PBQPRAGraph::EdgeId EId = G.findEdge(N1Id, N2Id);
+          if (EId == G.invalidEdgeId()) {
+            PBQPRAGraph::RawMatrix Costs(Allowed1->size() + 1,
+                                         Allowed2->size() + 1, 0);
+            addVirtRegCoalesce(Costs, *Allowed1, *Allowed2, CBenefit);
+            G.addEdge(N1Id, N2Id, std::move(Costs));
+          } else {
+            if (G.getEdgeNode1Id(EId) == N2Id) {
+              std::swap(N1Id, N2Id);
+              std::swap(Allowed1, Allowed2);
+            }
+            PBQPRAGraph::RawMatrix Costs(G.getEdgeCosts(EId));
+            addVirtRegCoalesce(Costs, *Allowed1, *Allowed2, CBenefit);
+            G.setEdgeCosts(EId, std::move(Costs));
           }
         }
+      }
+    }
+  }
 
-        // As before a bad def we give up and continue to the next instr.
-        if (badDef)
-          continue;
+private:
+
+  void addVirtRegCoalesce(
+                    PBQPRAGraph::RawMatrix &CostMat,
+                    const PBQPRAGraph::NodeMetadata::AllowedRegVector &Allowed1,
+                    const PBQPRAGraph::NodeMetadata::AllowedRegVector &Allowed2,
+                    PBQP::PBQPNum Benefit) {
+    assert(CostMat.getRows() == Allowed1.size() + 1 && "Size mismatch.");
+    assert(CostMat.getCols() == Allowed2.size() + 1 && "Size mismatch.");
+    for (unsigned I = 0; I != Allowed1.size(); ++I) {
+      unsigned PReg1 = Allowed1[I];
+      for (unsigned J = 0; J != Allowed2.size(); ++J) {
+        unsigned PReg2 = Allowed2[J];
+        if (PReg1 == PReg2)
+          CostMat[I + 1][J + 1] -= Benefit;
       }
+    }
+  }
 
-      // If we make it to here then either the ranges didn't overlap, or they
-      // did, but none of their definitions would prevent us from coalescing.
-      // We're good to go with the coalesce.
+};
 
-      float cBenefit = std::pow(10.0f, (float)loopInfo->getLoopDepth(mbb)) / 5.0;
+} // End anonymous namespace.
 
-      coalescesFound[RegPair(srcReg, dstReg)] = cBenefit;
-      coalescesFound[RegPair(dstReg, srcReg)] = cBenefit;
-    }
+// Out-of-line destructor/anchor for PBQPRAConstraint.
+PBQPRAConstraint::~PBQPRAConstraint() {}
+void PBQPRAConstraint::anchor() {}
+void PBQPRAConstraintList::anchor() {}
 
-  }
-
-  return coalescesFound;
+void RegAllocPBQP::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &au) const {
+  au.setPreservesCFG();
+  au.addRequired<AliasAnalysis>();
+  au.addPreserved<AliasAnalysis>();
+  au.addRequired<SlotIndexes>();
+  au.addPreserved<SlotIndexes>();
+  au.addRequired<LiveIntervals>();
+  au.addPreserved<LiveIntervals>();
+  //au.addRequiredID(SplitCriticalEdgesID);
+  if (customPassID)
+    au.addRequiredID(*customPassID);
+  au.addRequired<LiveStacks>();
+  au.addPreserved<LiveStacks>();
+  au.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
+  au.addPreserved<MachineBlockFrequencyInfo>();
+  au.addRequired<MachineLoopInfo>();
+  au.addPreserved<MachineLoopInfo>();
+  au.addRequired<MachineDominatorTree>();
+  au.addPreserved<MachineDominatorTree>();
+  au.addRequired<VirtRegMap>();
+  au.addPreserved<VirtRegMap>();
+  MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(au);
 }
 
-void RegAllocPBQP::findVRegIntervalsToAlloc() {
+void RegAllocPBQP::findVRegIntervalsToAlloc(const MachineFunction &MF,
+                                            LiveIntervals &LIS) {
+  const MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
 
   // Iterate over all live ranges.
-  for (LiveIntervals::iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
-       itr != end; ++itr) {
-
-    // Ignore physical ones.
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first))
+  for (unsigned I = 0, E = MRI.getNumVirtRegs(); I != E; ++I) {
+    unsigned Reg = TargetRegisterInfo::index2VirtReg(I);
+    if (MRI.reg_nodbg_empty(Reg))
       continue;
-
-    LiveInterval *li = itr->second;
+    LiveInterval &LI = LIS.getInterval(Reg);
 
     // If this live interval is non-empty we will use pbqp to allocate it.
     // Empty intervals we allocate in a simple post-processing stage in
     // finalizeAlloc.
-    if (!li->empty()) {
-      vregsToAlloc.insert(li->reg);
-    }
-    else {
-      emptyIntervalVRegs.insert(li->reg);
+    if (!LI.empty()) {
+      VRegsToAlloc.insert(LI.reg);
+    } else {
+      EmptyIntervalVRegs.insert(LI.reg);
     }
   }
 }
 
-PBQP::Graph RegAllocPBQP::constructPBQPProblem() {
-
-  typedef std::vector<const LiveInterval*> LIVector;
-  typedef std::vector<unsigned> RegVector;
-
-  // This will store the physical intervals for easy reference.
-  LIVector physIntervals;
-
-  // Start by clearing the old node <-> live interval mappings & allowed sets
-  li2Node.clear();
-  node2LI.clear();
-  allowedSets.clear();
-
-  // Populate physIntervals, update preg use:
-  for (LiveIntervals::iterator itr = lis->begin(), end = lis->end();
-       itr != end; ++itr) {
-
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(itr->first)) {
-      physIntervals.push_back(itr->second);
-      mri->setPhysRegUsed(itr->second->reg);
-    }
-  }
-
-  // Iterate over vreg intervals, construct live interval <-> node number
-  //  mappings.
-  for (RegSet::const_iterator itr = vregsToAlloc.begin(),
-                              end = vregsToAlloc.end();
-       itr != end; ++itr) {
-    const LiveInterval *li = &lis->getInterval(*itr);
-
-    li2Node[li] = node2LI.size();
-    node2LI.push_back(li);
-  }
-
-  // Get the set of potential coalesces.
-  CoalesceMap coalesces;
-
-  if (pbqpCoalescing) {
-    coalesces = findCoalesces();
-  }
-
-  // Construct a PBQP solver for this problem
-  PBQP::Graph problem;
-  problemNodes.resize(vregsToAlloc.size());
+static bool isACalleeSavedRegister(unsigned reg, const TargetRegisterInfo &TRI,
+                                   const MachineFunction &MF) {
+  const MCPhysReg *CSR = TRI.getCalleeSavedRegs(&MF);
+  for (unsigned i = 0; CSR[i] != 0; ++i)
+    if (TRI.regsOverlap(reg, CSR[i]))
+      return true;
+  return false;
+}
 
-  // Resize allowedSets container appropriately.
-  allowedSets.resize(vregsToAlloc.size());
+void RegAllocPBQP::initializeGraph(PBQPRAGraph &G, VirtRegMap &VRM,
+                                   Spiller &VRegSpiller) {
+  MachineFunction &MF = G.getMetadata().MF;
 
-  BitVector ReservedRegs = tri->getReservedRegs(*mf);
+  LiveIntervals &LIS = G.getMetadata().LIS;
+  const MachineRegisterInfo &MRI = G.getMetadata().MF.getRegInfo();
+  const TargetRegisterInfo &TRI =
+      *G.getMetadata().MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
 
-  // Iterate over virtual register intervals to compute allowed sets...
-  for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
+  std::vector<unsigned> Worklist(VRegsToAlloc.begin(), VRegsToAlloc.end());
 
-    // Grab pointers to the interval and its register class.
-    const LiveInterval *li = node2LI[node];
-    const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
+  while (!Worklist.empty()) {
+    unsigned VReg = Worklist.back();
+    Worklist.pop_back();
 
-    // Start by assuming all allocable registers in the class are allowed...
-    RegVector liAllowed;
-    TargetRegisterClass::iterator aob = liRC->allocation_order_begin(*mf);
-    TargetRegisterClass::iterator aoe = liRC->allocation_order_end(*mf);
-    for (TargetRegisterClass::iterator it = aob; it != aoe; ++it)
-      if (!ReservedRegs.test(*it))
-        liAllowed.push_back(*it);
+    const TargetRegisterClass *TRC = MRI.getRegClass(VReg);
+    LiveInterval &VRegLI = LIS.getInterval(VReg);
 
-    // Eliminate the physical registers which overlap with this range, along
-    // with all their aliases.
-    for (LIVector::iterator pItr = physIntervals.begin(),
-       pEnd = physIntervals.end(); pItr != pEnd; ++pItr) {
+    // Record any overlaps with regmask operands.
+    BitVector RegMaskOverlaps;
+    LIS.checkRegMaskInterference(VRegLI, RegMaskOverlaps);
 
-      if (!li->overlaps(**pItr))
+    // Compute an initial allowed set for the current vreg.
+    std::vector<unsigned> VRegAllowed;
+    ArrayRef<MCPhysReg> RawPRegOrder = TRC->getRawAllocationOrder(MF);
+    for (unsigned I = 0; I != RawPRegOrder.size(); ++I) {
+      unsigned PReg = RawPRegOrder[I];
+      if (MRI.isReserved(PReg))
         continue;
 
-      unsigned pReg = (*pItr)->reg;
-
-      // If we get here then the live intervals overlap, but we're still ok
-      // if they're coalescable.
-      if (coalesces.find(RegPair(li->reg, pReg)) != coalesces.end()) {
-        DEBUG(dbgs() << "CoalescingOverride: (" << li->reg << ", " << pReg << ")\n");
+      // vregLI crosses a regmask operand that clobbers preg.
+      if (!RegMaskOverlaps.empty() && !RegMaskOverlaps.test(PReg))
         continue;
-      }
-
-      // If we get here then we have a genuine exclusion.
-
-      // Remove the overlapping reg...
-      RegVector::iterator eraseItr =
-        std::find(liAllowed.begin(), liAllowed.end(), pReg);
-
-      if (eraseItr != liAllowed.end())
-        liAllowed.erase(eraseItr);
 
-      const unsigned *aliasItr = tri->getAliasSet(pReg);
-
-      if (aliasItr != 0) {
-        // ...and its aliases.
-        for (; *aliasItr != 0; ++aliasItr) {
-          RegVector::iterator eraseItr =
-            std::find(liAllowed.begin(), liAllowed.end(), *aliasItr);
-
-          if (eraseItr != liAllowed.end()) {
-            liAllowed.erase(eraseItr);
-          }
+      // vregLI overlaps fixed regunit interference.
+      bool Interference = false;
+      for (MCRegUnitIterator Units(PReg, &TRI); Units.isValid(); ++Units) {
+        if (VRegLI.overlaps(LIS.getRegUnit(*Units))) {
+          Interference = true;
+          break;
         }
       }
-    }
-
-    // Copy the allowed set into a member vector for use when constructing cost
-    // vectors & matrices, and mapping PBQP solutions back to assignments.
-    allowedSets[node] = AllowedSet(liAllowed.begin(), liAllowed.end());
-
-    // Set the spill cost to the interval weight, or epsilon if the
-    // interval weight is zero
-    PBQP::PBQPNum spillCost = (li->weight != 0.0) ?
-        li->weight : std::numeric_limits<PBQP::PBQPNum>::min();
-
-    // Build a cost vector for this interval.
-    problemNodes[node] =
-      problem.addNode(
-        buildCostVector(li->reg, allowedSets[node], coalesces, spillCost));
-
-  }
-
-
-  // Now add the cost matrices...
-  for (unsigned node1 = 0; node1 < node2LI.size(); ++node1) {
-    const LiveInterval *li = node2LI[node1];
-
-    // Test for live range overlaps and insert interference matrices.
-    for (unsigned node2 = node1 + 1; node2 < node2LI.size(); ++node2) {
-      const LiveInterval *li2 = node2LI[node2];
-
-      CoalesceMap::const_iterator cmItr =
-        coalesces.find(RegPair(li->reg, li2->reg));
-
-      PBQP::Matrix *m = 0;
-
-      if (cmItr != coalesces.end()) {
-        m = buildCoalescingMatrix(allowedSets[node1], allowedSets[node2],
-                                  cmItr->second);
-      }
-      else if (li->overlaps(*li2)) {
-        m = buildInterferenceMatrix(allowedSets[node1], allowedSets[node2]);
-      }
-
-      if (m != 0) {
-        problem.addEdge(problemNodes[node1],
-                        problemNodes[node2],
-                        *m);
+      if (Interference)
+        continue;
 
-        delete m;
-      }
+      // preg is usable for this virtual register.
+      VRegAllowed.push_back(PReg);
     }
-  }
 
-  assert(problem.getNumNodes() == allowedSets.size());
-/*
-  std::cerr << "Allocating for " << problem.getNumNodes() << " nodes, "
-            << problem.getNumEdges() << " edges.\n";
-
-  problem.printDot(std::cerr);
-*/
-  // We're done, PBQP problem constructed - return it.
-  return problem;
-}
-
-void RegAllocPBQP::addStackInterval(const LiveInterval *spilled,
-                                    MachineRegisterInfo* mri) {
-  int stackSlot = vrm->getStackSlot(spilled->reg);
-
-  if (stackSlot == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
-    return;
+    // Check for vregs that have no allowed registers. These should be
+    // pre-spilled and the new vregs added to the worklist.
+    if (VRegAllowed.empty()) {
+      SmallVector<unsigned, 8> NewVRegs;
+      spillVReg(VReg, NewVRegs, MF, LIS, VRM, VRegSpiller);
+      for (auto NewVReg : NewVRegs)
+        Worklist.push_back(NewVReg);
+      continue;
+    }
 
-  const TargetRegisterClass *RC = mri->getRegClass(spilled->reg);
-  LiveInterval &stackInterval = lss->getOrCreateInterval(stackSlot, RC);
+    PBQPRAGraph::RawVector NodeCosts(VRegAllowed.size() + 1, 0);
 
-  VNInfo *vni;
-  if (stackInterval.getNumValNums() != 0)
-    vni = stackInterval.getValNumInfo(0);
-  else
-    vni = stackInterval.getNextValue(
-      SlotIndex(), 0, false, lss->getVNInfoAllocator());
+    // Tweak cost of callee saved registers, as using then force spilling and
+    // restoring them. This would only happen in the prologue / epilogue though.
+    for (unsigned i = 0; i != VRegAllowed.size(); ++i)
+      if (isACalleeSavedRegister(VRegAllowed[i], TRI, MF))
+        NodeCosts[1 + i] += 1.0;
 
-  LiveInterval &rhsInterval = lis->getInterval(spilled->reg);
-  stackInterval.MergeRangesInAsValue(rhsInterval, vni);
+    PBQPRAGraph::NodeId NId = G.addNode(std::move(NodeCosts));
+    G.getNodeMetadata(NId).setVReg(VReg);
+    G.getNodeMetadata(NId).setAllowedRegs(
+      G.getMetadata().getAllowedRegs(std::move(VRegAllowed)));
+    G.getMetadata().setNodeIdForVReg(VReg, NId);
+  }
 }
 
-bool RegAllocPBQP::mapPBQPToRegAlloc(const PBQP::Solution &solution) {
-
-  // Set to true if we have any spills
-  bool anotherRoundNeeded = false;
-
-  // Clear the existing allocation.
-  vrm->clearAllVirt();
-
-  // Iterate over the nodes mapping the PBQP solution to a register assignment.
-  for (unsigned node = 0; node < node2LI.size(); ++node) {
-    unsigned virtReg = node2LI[node]->reg,
-             allocSelection = solution.getSelection(problemNodes[node]);
-
-
-    // If the PBQP solution is non-zero it's a physical register...
-    if (allocSelection != 0) {
-      // Get the physical reg, subtracting 1 to account for the spill option.
-      unsigned physReg = allowedSets[node][allocSelection - 1];
-
-      DEBUG(dbgs() << "VREG " << virtReg << " -> "
-            << tri->getName(physReg) << " (Option: " << allocSelection << ")\n");
-
-      assert(physReg != 0);
-
-      // Add to the virt reg map and update the used phys regs.
-      vrm->assignVirt2Phys(virtReg, physReg);
-    }
-    // ...Otherwise it's a spill.
-    else {
-
-      // Make sure we ignore this virtual reg on the next round
-      // of allocation
-      vregsToAlloc.erase(virtReg);
-
-      // Insert spill ranges for this live range
-      const LiveInterval *spillInterval = node2LI[node];
-      double oldSpillWeight = spillInterval->weight;
-      SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
-      rmf->rememberUseDefs(spillInterval);
-      std::vector<LiveInterval*> newSpills =
-        lis->addIntervalsForSpills(*spillInterval, spillIs, loopInfo, *vrm);
-      addStackInterval(spillInterval, mri);
-      rmf->rememberSpills(spillInterval, newSpills);
-
-      (void) oldSpillWeight;
-      DEBUG(dbgs() << "VREG " << virtReg << " -> SPILLED (Option: 0, Cost: "
-                   << oldSpillWeight << ", New vregs: ");
-
-      // Copy any newly inserted live intervals into the list of regs to
-      // allocate.
-      for (std::vector<LiveInterval*>::const_iterator
-           itr = newSpills.begin(), end = newSpills.end();
-           itr != end; ++itr) {
-
-        assert(!(*itr)->empty() && "Empty spill range.");
-
-        DEBUG(dbgs() << (*itr)->reg << " ");
-
-        vregsToAlloc.insert((*itr)->reg);
-      }
-
-      DEBUG(dbgs() << ")\n");
-
-      // We need another round if spill intervals were added.
-      anotherRoundNeeded |= !newSpills.empty();
-    }
+void RegAllocPBQP::spillVReg(unsigned VReg,
+                             SmallVectorImpl<unsigned> &NewIntervals,
+                             MachineFunction &MF, LiveIntervals &LIS,
+                             VirtRegMap &VRM, Spiller &VRegSpiller) {
+
+  VRegsToAlloc.erase(VReg);
+  LiveRangeEdit LRE(&LIS.getInterval(VReg), NewIntervals, MF, LIS, &VRM);
+  VRegSpiller.spill(LRE);
+
+  const TargetRegisterInfo &TRI = *MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
+  (void)TRI;
+  DEBUG(dbgs() << "VREG " << PrintReg(VReg, &TRI) << " -> SPILLED (Cost: "
+               << LRE.getParent().weight << ", New vregs: ");
+
+  // Copy any newly inserted live intervals into the list of regs to
+  // allocate.
+  for (LiveRangeEdit::iterator I = LRE.begin(), E = LRE.end();
+       I != E; ++I) {
+    const LiveInterval &LI = LIS.getInterval(*I);
+    assert(!LI.empty() && "Empty spill range.");
+    DEBUG(dbgs() << PrintReg(LI.reg, &TRI) << " ");
+    VRegsToAlloc.insert(LI.reg);
   }
 
-  return !anotherRoundNeeded;
+  DEBUG(dbgs() << ")\n");
 }
 
-bool RegAllocPBQP::mapPBQPToRegAlloc2(const PBQPRAProblem &problem,
-                                      const PBQP::Solution &solution) {
+bool RegAllocPBQP::mapPBQPToRegAlloc(const PBQPRAGraph &G,
+                                     const PBQP::Solution &Solution,
+                                     VirtRegMap &VRM,
+                                     Spiller &VRegSpiller) {
+  MachineFunction &MF = G.getMetadata().MF;
+  LiveIntervals &LIS = G.getMetadata().LIS;
+  const TargetRegisterInfo &TRI = *MF.getSubtarget().getRegisterInfo();
+  (void)TRI;
+
   // Set to true if we have any spills
-  bool anotherRoundNeeded = false;
+  bool AnotherRoundNeeded = false;
 
   // Clear the existing allocation.
-  vrm->clearAllVirt();
+  VRM.clearAllVirt();
 
-  const PBQP::Graph &g = problem.getGraph();
   // Iterate over the nodes mapping the PBQP solution to a register
   // assignment.
-  for (PBQP::Graph::ConstNodeItr node = g.nodesBegin(),
-                                 nodeEnd = g.nodesEnd();
-       node != nodeEnd; ++node) {
-    unsigned vreg = problem.getVRegForNode(node);
-    unsigned alloc = solution.getSelection(node);
-
-    if (problem.isPRegOption(vreg, alloc)) {
-      unsigned preg = problem.getPRegForOption(vreg, alloc);    
-      DEBUG(dbgs() << "VREG " << vreg << " -> " << tri->getName(preg) << "\n");
-      assert(preg != 0 && "Invalid preg selected.");
-      vrm->assignVirt2Phys(vreg, preg);      
-    } else if (problem.isSpillOption(vreg, alloc)) {
-      vregsToAlloc.erase(vreg);
-      const LiveInterval* spillInterval = &lis->getInterval(vreg);
-      double oldWeight = spillInterval->weight;
-      SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
-      rmf->rememberUseDefs(spillInterval);
-      std::vector<LiveInterval*> newSpills =
-        lis->addIntervalsForSpills(*spillInterval, spillIs, loopInfo, *vrm);
-      addStackInterval(spillInterval, mri);
-      rmf->rememberSpills(spillInterval, newSpills);
-
-      (void) oldWeight;
-      DEBUG(dbgs() << "VREG " << vreg << " -> SPILLED (Cost: "
-                   << oldWeight << ", New vregs: ");
-
-      // Copy any newly inserted live intervals into the list of regs to
-      // allocate.
-      for (std::vector<LiveInterval*>::const_iterator
-           itr = newSpills.begin(), end = newSpills.end();
-           itr != end; ++itr) {
-        assert(!(*itr)->empty() && "Empty spill range.");
-        DEBUG(dbgs() << (*itr)->reg << " ");
-        vregsToAlloc.insert((*itr)->reg);
-      }
-
-      DEBUG(dbgs() << ")\n");
-
-      // We need another round if spill intervals were added.
-      anotherRoundNeeded |= !newSpills.empty();
+  for (auto NId : G.nodeIds()) {
+    unsigned VReg = G.getNodeMetadata(NId).getVReg();
+    unsigned AllocOption = Solution.getSelection(NId);
+
+    if (AllocOption != PBQP::RegAlloc::getSpillOptionIdx()) {
+      unsigned PReg = G.getNodeMetadata(NId).getAllowedRegs()[AllocOption - 1];
+      DEBUG(dbgs() << "VREG " << PrintReg(VReg, &TRI) << " -> "
+            << TRI.getName(PReg) << "\n");
+      assert(PReg != 0 && "Invalid preg selected.");
+      VRM.assignVirt2Phys(VReg, PReg);
     } else {
-      assert(false && "Unknown allocation option.");
+      // Spill VReg. If this introduces new intervals we'll need another round
+      // of allocation.
+      SmallVector<unsigned, 8> NewVRegs;
+      spillVReg(VReg, NewVRegs, MF, LIS, VRM, VRegSpiller);
+      AnotherRoundNeeded |= !NewVRegs.empty();
     }
   }
 
-  return !anotherRoundNeeded;
+  return !AnotherRoundNeeded;
 }
 
-
-void RegAllocPBQP::finalizeAlloc() const {
-  typedef LiveIntervals::iterator LIIterator;
-  typedef LiveInterval::Ranges::const_iterator LRIterator;
+void RegAllocPBQP::finalizeAlloc(MachineFunction &MF,
+                                 LiveIntervals &LIS,
+                                 VirtRegMap &VRM) const {
+  MachineRegisterInfo &MRI = MF.getRegInfo();
 
   // First allocate registers for the empty intervals.
   for (RegSet::const_iterator
-         itr = emptyIntervalVRegs.begin(), end = emptyIntervalVRegs.end();
-         itr != end; ++itr) {
-    LiveInterval *li = &lis->getInterval(*itr);
+         I = EmptyIntervalVRegs.begin(), E = EmptyIntervalVRegs.end();
+         I != E; ++I) {
+    LiveInterval &LI = LIS.getInterval(*I);
 
-    unsigned physReg = vrm->getRegAllocPref(li->reg);
+    unsigned PReg = MRI.getSimpleHint(LI.reg);
 
-    if (physReg == 0) {
-      const TargetRegisterClass *liRC = mri->getRegClass(li->reg);
-      physReg = *liRC->allocation_order_begin(*mf);
+    if (PReg == 0) {
+      const TargetRegisterClass &RC = *MRI.getRegClass(LI.reg);
+      PReg = RC.getRawAllocationOrder(MF).front();
     }
 
-    vrm->assignVirt2Phys(li->reg, physReg);
-  }
-
-  // Finally iterate over the basic blocks to compute and set the live-in sets.
-  SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> liveInMBBs;
-  MachineBasicBlock *entryMBB = &*mf->begin();
-
-  for (LIIterator liItr = lis->begin(), liEnd = lis->end();
-       liItr != liEnd; ++liItr) {
-
-    const LiveInterval *li = liItr->second;
-    unsigned reg = 0;
-
-    // Get the physical register for this interval
-    if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(li->reg)) {
-      reg = li->reg;
-    }
-    else if (vrm->isAssignedReg(li->reg)) {
-      reg = vrm->getPhys(li->reg);
-    }
-    else {
-      // Ranges which are assigned a stack slot only are ignored.
-      continue;
-    }
-
-    if (reg == 0) {
-      // Filter out zero regs - they're for intervals that were spilled.
-      continue;
-    }
-
-    // Iterate over the ranges of the current interval...
-    for (LRIterator lrItr = li->begin(), lrEnd = li->end();
-         lrItr != lrEnd; ++lrItr) {
-
-      // Find the set of basic blocks which this range is live into...
-      if (lis->findLiveInMBBs(lrItr->start, lrItr->end,  liveInMBBs)) {
-        // And add the physreg for this interval to their live-in sets.
-        for (unsigned i = 0; i < liveInMBBs.size(); ++i) {
-          if (liveInMBBs[i] != entryMBB) {
-            if (!liveInMBBs[i]->isLiveIn(reg)) {
-              liveInMBBs[i]->addLiveIn(reg);
-            }
-          }
-        }
-        liveInMBBs.clear();
-      }
-    }
+    VRM.assignVirt2Phys(LI.reg, PReg);
   }
+}
 
+static inline float normalizePBQPSpillWeight(float UseDefFreq, unsigned Size,
+                                         unsigned NumInstr) {
+  // All intervals have a spill weight that is mostly proportional to the number
+  // of uses, with uses in loops having a bigger weight.
+  return NumInstr * normalizeSpillWeight(UseDefFreq, Size, 1);
 }
 
 bool RegAllocPBQP::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
+  LiveIntervals &LIS = getAnalysis<LiveIntervals>();
+  MachineBlockFrequencyInfo &MBFI =
+    getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
 
-  mf = &MF;
-  tm = &mf->getTarget();
-  tri = tm->getRegisterInfo();
-  tii = tm->getInstrInfo();
-  mri = &mf->getRegInfo(); 
+  calculateSpillWeightsAndHints(LIS, MF, getAnalysis<MachineLoopInfo>(), MBFI,
+                                normalizePBQPSpillWeight);
 
-  lis = &getAnalysis<LiveIntervals>();
-  lss = &getAnalysis<LiveStacks>();
-  loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
-  rmf = &getAnalysis<RenderMachineFunction>();
+  VirtRegMap &VRM = getAnalysis<VirtRegMap>();
 
-  vrm = &getAnalysis<VirtRegMap>();
+  std::unique_ptr<Spiller> VRegSpiller(createInlineSpiller(*this, MF, VRM));
 
+  MF.getRegInfo().freezeReservedRegs(MF);
 
-  DEBUG(dbgs() << "PBQP Register Allocating for " << mf->getFunction()->getName() << "\n");
+  DEBUG(dbgs() << "PBQP Register Allocating for " << MF.getName() << "\n");
 
   // Allocator main loop:
   //
@@ -1012,68 +687,145 @@ bool RegAllocPBQP::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
   // This process is continued till no more spills are generated.
 
   // Find the vreg intervals in need of allocation.
-  findVRegIntervalsToAlloc();
-
-  // If there are non-empty intervals allocate them using pbqp.
-  if (!vregsToAlloc.empty()) {
+  findVRegIntervalsToAlloc(MF, LIS);
 
-    bool pbqpAllocComplete = false;
-    unsigned round = 0;
+#ifndef NDEBUG
+  const Function &F = *MF.getFunction();
+  std::string FullyQualifiedName =
+    F.getParent()->getModuleIdentifier() + "." + F.getName().str();
+#endif
 
-    if (!pbqpBuilder) {
-      while (!pbqpAllocComplete) {
-        DEBUG(dbgs() << "  PBQP Regalloc round " << round << ":\n");
-
-        PBQP::Graph problem = constructPBQPProblem();
-        PBQP::Solution solution =
-          PBQP::HeuristicSolver<PBQP::Heuristics::Briggs>::solve(problem);
-
-        pbqpAllocComplete = mapPBQPToRegAlloc(solution);
-
-        ++round;
+  // If there are non-empty intervals allocate them using pbqp.
+  if (!VRegsToAlloc.empty()) {
+
+    const TargetSubtargetInfo &Subtarget = MF.getSubtarget();
+    std::unique_ptr<PBQPRAConstraintList> ConstraintsRoot =
+      llvm::make_unique<PBQPRAConstraintList>();
+    ConstraintsRoot->addConstraint(llvm::make_unique<SpillCosts>());
+    ConstraintsRoot->addConstraint(llvm::make_unique<Interference>());
+    if (PBQPCoalescing)
+      ConstraintsRoot->addConstraint(llvm::make_unique<Coalescing>());
+    ConstraintsRoot->addConstraint(Subtarget.getCustomPBQPConstraints());
+
+    bool PBQPAllocComplete = false;
+    unsigned Round = 0;
+
+    while (!PBQPAllocComplete) {
+      DEBUG(dbgs() << "  PBQP Regalloc round " << Round << ":\n");
+
+      PBQPRAGraph G(PBQPRAGraph::GraphMetadata(MF, LIS, MBFI));
+      initializeGraph(G, VRM, *VRegSpiller);
+      ConstraintsRoot->apply(G);
+
+#ifndef NDEBUG
+      if (PBQPDumpGraphs) {
+        std::ostringstream RS;
+        RS << Round;
+        std::string GraphFileName = FullyQualifiedName + "." + RS.str() +
+                                    ".pbqpgraph";
+        std::error_code EC;
+        raw_fd_ostream OS(GraphFileName, EC, sys::fs::F_Text);
+        DEBUG(dbgs() << "Dumping graph for round " << Round << " to \""
+              << GraphFileName << "\"\n");
+        G.dump(OS);
       }
-    } else {
-      while (!pbqpAllocComplete) {
-        DEBUG(dbgs() << "  PBQP Regalloc round " << round << ":\n");
-
-        std::auto_ptr<PBQPRAProblem> problem =
-          builder->build(mf, lis, vregsToAlloc);
-        PBQP::Solution solution =
-          HeuristicSolver<Briggs>::solve(problem->getGraph());
-
-        pbqpAllocComplete = mapPBQPToRegAlloc2(*problem, solution);
+#endif
 
-        ++round;
-      }
+      PBQP::Solution Solution = PBQP::RegAlloc::solve(G);
+      PBQPAllocComplete = mapPBQPToRegAlloc(G, Solution, VRM, *VRegSpiller);
+      ++Round;
     }
   }
 
   // Finalise allocation, allocate empty ranges.
-  finalizeAlloc();
+  finalizeAlloc(MF, LIS, VRM);
+  VRegsToAlloc.clear();
+  EmptyIntervalVRegs.clear();
 
-  rmf->renderMachineFunction("After PBQP register allocation.", vrm);
+  DEBUG(dbgs() << "Post alloc VirtRegMap:\n" << VRM << "\n");
 
-  vregsToAlloc.clear();
-  emptyIntervalVRegs.clear();
-  li2Node.clear();
-  node2LI.clear();
-  allowedSets.clear();
-  problemNodes.clear();
+  return true;
+}
 
-  DEBUG(dbgs() << "Post alloc VirtRegMap:\n" << *vrm << "\n");
+namespace {
+// A helper class for printing node and register info in a consistent way
+class PrintNodeInfo {
+public:
+  typedef PBQP::RegAlloc::PBQPRAGraph Graph;
+  typedef PBQP::RegAlloc::PBQPRAGraph::NodeId NodeId;
+
+  PrintNodeInfo(NodeId NId, const Graph &G) : G(G), NId(NId) {}
+
+  void print(raw_ostream &OS) const {
+    const MachineRegisterInfo &MRI = G.getMetadata().MF.getRegInfo();
+    const TargetRegisterInfo *TRI = MRI.getTargetRegisterInfo();
+    unsigned VReg = G.getNodeMetadata(NId).getVReg();
+    const char *RegClassName = TRI->getRegClassName(MRI.getRegClass(VReg));
+    OS << NId << " (" << RegClassName << ':' << PrintReg(VReg, TRI) << ')';
+  }
 
-  // Run rewriter
-  std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter(createVirtRegRewriter());
+private:
+  const Graph &G;
+  NodeId NId;
+};
 
-  rewriter->runOnMachineFunction(*mf, *vrm, lis);
+inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const PrintNodeInfo &PR) {
+  PR.print(OS);
+  return OS;
+}
+} // anonymous namespace
 
-  return true;
+void PBQP::RegAlloc::PBQPRAGraph::dump(raw_ostream &OS) const {
+  for (auto NId : nodeIds()) {
+    const Vector &Costs = getNodeCosts(NId);
+    assert(Costs.getLength() != 0 && "Empty vector in graph.");
+    OS << PrintNodeInfo(NId, *this) << ": " << Costs << '\n';
+  }
+  OS << '\n';
+
+  for (auto EId : edgeIds()) {
+    NodeId N1Id = getEdgeNode1Id(EId);
+    NodeId N2Id = getEdgeNode2Id(EId);
+    assert(N1Id != N2Id && "PBQP graphs should not have self-edges.");
+    const Matrix &M = getEdgeCosts(EId);
+    assert(M.getRows() != 0 && "No rows in matrix.");
+    assert(M.getCols() != 0 && "No cols in matrix.");
+    OS << PrintNodeInfo(N1Id, *this) << ' ' << M.getRows() << " rows / ";
+    OS << PrintNodeInfo(N2Id, *this) << ' ' << M.getCols() << " cols:\n";
+    OS << M << '\n';
+  }
+}
+
+void PBQP::RegAlloc::PBQPRAGraph::dump() const { dump(dbgs()); }
+
+void PBQP::RegAlloc::PBQPRAGraph::printDot(raw_ostream &OS) const {
+  OS << "graph {\n";
+  for (auto NId : nodeIds()) {
+    OS << "  node" << NId << " [ label=\""
+       << PrintNodeInfo(NId, *this) << "\\n"
+       << getNodeCosts(NId) << "\" ]\n";
+  }
+
+  OS << "  edge [ len=" << nodeIds().size() << " ]\n";
+  for (auto EId : edgeIds()) {
+    OS << "  node" << getEdgeNode1Id(EId)
+       << " -- node" << getEdgeNode2Id(EId)
+       << " [ label=\"";
+    const Matrix &EdgeCosts = getEdgeCosts(EId);
+    for (unsigned i = 0; i < EdgeCosts.getRows(); ++i) {
+      OS << EdgeCosts.getRowAsVector(i) << "\\n";
+    }
+    OS << "\" ]\n";
+  }
+  OS << "}\n";
 }
 
-FunctionPass* createPBQPRegisterAllocator() {
-  return new RegAllocPBQP(std::auto_ptr<PBQPBuilder>(new PBQPBuilder()));
+FunctionPass *llvm::createPBQPRegisterAllocator(char *customPassID) {
+  return new RegAllocPBQP(customPassID);
 }
 
+FunctionPass* llvm::createDefaultPBQPRegisterAllocator() {
+  return createPBQPRegisterAllocator();
 }
 
 #undef DEBUG_TYPE