[RewriteStatepointsForGC] Make base pointer inference deterministic
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
index 3da3559ca1f41fe6e68f0a8eb037869457ab5544..031f40e2caa6c0a11adc2700080893b2ce22d0d9 100644 (file)
 
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
+#include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
+#include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
+#include "llvm/ADT/StringRef.h"
+#include "llvm/ADT/MapVector.h"
 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
 #include "llvm/IR/CallSite.h"
 #include "llvm/IR/Dominators.h"
@@ -28,6 +32,7 @@
 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/IR/Module.h"
+#include "llvm/IR/MDBuilder.h"
 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
 #include "llvm/IR/Value.h"
 #include "llvm/IR/Verifier.h"
 
 using namespace llvm;
 
-// Print tracing output
-static cl::opt<bool> TraceLSP("trace-rewrite-statepoints", cl::Hidden,
-                              cl::init(false));
-
 // Print the liveset found at the insert location
 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
                                   cl::init(false));
@@ -56,6 +57,12 @@ static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
                                        cl::init(false));
 
+// Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
+// of relocating it
+static cl::opt<unsigned>
+RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
+                           cl::init(6));
+
 #ifdef XDEBUG
 static bool ClobberNonLive = true;
 #else
@@ -66,25 +73,54 @@ static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
                                                   cl::Hidden);
 
 namespace {
-struct RewriteStatepointsForGC : public FunctionPass {
+struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
 
-  RewriteStatepointsForGC() : FunctionPass(ID) {
+  RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
-  bool runOnFunction(Function &F) override;
+  bool runOnFunction(Function &F);
+  bool runOnModule(Module &M) override {
+    bool Changed = false;
+    for (Function &F : M)
+      Changed |= runOnFunction(F);
+
+    if (Changed) {
+      // stripDereferenceabilityInfo asserts that shouldRewriteStatepointsIn
+      // returns true for at least one function in the module.  Since at least
+      // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
+      stripDereferenceabilityInfo(M);
+    }
+
+    return Changed;
+  }
 
   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
-  }
+    AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
+  }
+
+  /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
+  /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
+  /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
+  /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
+  /// heap.  stripDereferenceabilityInfo (conservatively) restores correctness
+  /// by erasing all attributes in the module that externally imply
+  /// dereferenceability.
+  ///
+  void stripDereferenceabilityInfo(Module &M);
+
+  // Helpers for stripDereferenceabilityInfo
+  void stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F);
+  void stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F);
 };
 } // namespace
 
 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
 
-FunctionPass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
+ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
   return new RewriteStatepointsForGC();
 }
 
@@ -123,9 +159,10 @@ struct GCPtrLivenessData {
 // types, then update all the second type to the first type
 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
 typedef DenseSet<llvm::Value *> StatepointLiveSetTy;
+typedef DenseMap<Instruction *, Value *> RematerializedValueMapTy;
 
 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
-  /// The set of values known to be live accross this safepoint
+  /// The set of values known to be live across this safepoint
   StatepointLiveSetTy liveset;
 
   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
@@ -138,6 +175,11 @@ struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
   Instruction *UnwindToken;
+
+  /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
+  /// They are not included into 'liveset' field.
+  /// Maps rematerialized copy to it's original value.
+  RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
 };
 }
 
@@ -153,8 +195,8 @@ static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Value *V) const override {
 
-static bool isGCPointerType(const Type *T) {
-  if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
+static bool isGCPointerType(Type *T) {
+  if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
     // updated and that no other pointer does.
@@ -230,16 +272,14 @@ static void analyzeParsePointLiveness(
 
   if (PrintLiveSet) {
     // Note: This output is used by several of the test cases
-    // The order of elemtns in a set is not stable, put them in a vec and sort
+    // The order of elements in a set is not stable, put them in a vec and sort
     // by name
-    SmallVector<Value *, 64> temp;
-    temp.insert(temp.end(), liveset.begin(), liveset.end());
-    std::sort(temp.begin(), temp.end(), order_by_name);
+    SmallVector<Value *, 64> Temp;
+    Temp.insert(Temp.end(), liveset.begin(), liveset.end());
+    std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
     errs() << "Live Variables:\n";
-    for (Value *V : temp) {
-      errs() << " " << V->getName(); // no newline
-      V->dump();
-    }
+    for (Value *V : Temp)
+      dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
   }
   if (PrintLiveSetSize) {
     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
@@ -248,9 +288,47 @@ static void analyzeParsePointLiveness(
   result.liveset = liveset;
 }
 
-/// If we can trivially determine that this vector contains only base pointers,
-/// return the base instruction.
-static Value *findBaseOfVector(Value *I) {
+static bool isKnownBaseResult(Value *V);
+namespace {
+/// A single base defining value - An immediate base defining value for an
+/// instruction 'Def' is an input to 'Def' whose base is also a base of 'Def'.
+/// For instructions which have multiple pointer [vector] inputs or that
+/// transition between vector and scalar types, there is no immediate base
+/// defining value.  The 'base defining value' for 'Def' is the transitive
+/// closure of this relation stopping at the first instruction which has no
+/// immediate base defining value.  The b.d.v. might itself be a base pointer,
+/// but it can also be an arbitrary derived pointer. 
+struct BaseDefiningValueResult {
+  /// Contains the value which is the base defining value.
+  Value * const BDV;
+  /// True if the base defining value is also known to be an actual base
+  /// pointer.
+  const bool IsKnownBase;
+  BaseDefiningValueResult(Value *BDV, bool IsKnownBase)
+    : BDV(BDV), IsKnownBase(IsKnownBase) {
+#ifndef NDEBUG
+    // Check consistency between new and old means of checking whether a BDV is
+    // a base.
+    bool MustBeBase = isKnownBaseResult(BDV);
+    assert(!MustBeBase || MustBeBase == IsKnownBase);
+#endif
+  }
+};
+}
+
+static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I);
+
+/// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
+/// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
+/// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
+/// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
+/// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
+/// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
+/// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
+/// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
+/// particular element in 'I'.  
+static BaseDefiningValueResult
+findBaseDefiningValueOfVector(Value *I, Value *Index = nullptr) {
   assert(I->getType()->isVectorTy() &&
          cast<VectorType>(I->getType())->getElementType()->isPointerTy() &&
          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
@@ -260,7 +338,7 @@ static Value *findBaseOfVector(Value *I) {
 
   if (isa<Argument>(I))
     // An incoming argument to the function is a base pointer
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
@@ -271,7 +349,7 @@ static Value *findBaseOfVector(Value *I) {
   if (isa<UndefValue>(I))
     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
     // code.
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
   // checks
@@ -279,57 +357,86 @@ static Value *findBaseOfVector(Value *I) {
     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
            "order of checks wrong!");
     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
-    return Con;
+    return BaseDefiningValueResult(Con, true);
   }
-
+  
   if (isa<LoadInst>(I))
-    return I;
-
-  // Note: This code is currently rather incomplete.  We are essentially only
-  // handling cases where the vector element is trivially a base pointer.  We
-  // need to update the entire base pointer construction algorithm to know how
-  // to track vector elements and potentially scalarize, but the case which
-  // would motivate the work hasn't shown up in real workloads yet.
-  llvm_unreachable("no base found for vector element");
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
+  
+  // For an insert element, we might be able to look through it if we know
+  // something about the indexes.
+  if (InsertElementInst *IEI = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
+    if (Index) {
+      Value *InsertIndex = IEI->getOperand(2);
+      // This index is inserting the value, look for its BDV
+      if (InsertIndex == Index)
+        return findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(1));
+      // Both constant, and can't be equal per above. This insert is definitely
+      // not relevant, look back at the rest of the vector and keep trying.
+      if (isa<ConstantInt>(Index) && isa<ConstantInt>(InsertIndex))
+        return findBaseDefiningValueOfVector(IEI->getOperand(0), Index);
+    }
+
+    // If both inputs to the insertelement are known bases, then so is the
+    // insertelement itself.  NOTE: This should be handled within the generic
+    // base pointer inference code and after http://reviews.llvm.org/D12583,
+    // will be.  However, when strengthening asserts I needed to add this to
+    // keep an existing test passing which was 'working'. FIXME
+    if (findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(0)).IsKnownBase &&
+        findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(1)).IsKnownBase)
+      return BaseDefiningValueResult(IEI, true);
+    
+    // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
+    // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
+    // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
+    return BaseDefiningValueResult(IEI, false);
+  }
+
+  if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
+    // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
+    // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
+    // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
+    // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
+    // for particular sufflevector patterns.
+    return BaseDefiningValueResult(I, false);
+
+  // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
+  // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
+  assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
+         "unknown vector instruction - no base found for vector element");
+  return BaseDefiningValueResult(I, false);
 }
 
 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
-/// defines the base pointer for the input or b) blocks the simple search
-/// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers)
-static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
+/// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
+/// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
+/// from pointer to vector type or back.
+static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
+  if (I->getType()->isVectorTy())
+    return findBaseDefiningValueOfVector(I);
+  
   assert(I->getType()->isPointerTy() &&
          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
 
-  // This case is a bit of a hack - it only handles extracts from vectors which
-  // trivially contain only base pointers.  See note inside the function for
-  // how to improve this.
-  if (auto *EEI = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
-    Value *VectorOperand = EEI->getVectorOperand();
-    Value *VectorBase = findBaseOfVector(VectorOperand);
-    (void)VectorBase;
-    assert(VectorBase && "extract element not known to be a trivial base");
-    return EEI;
-  }
-
   if (isa<Argument>(I))
     // An incoming argument to the function is a base pointer
     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   if (isa<GlobalVariable>(I))
     // base case
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // inlining could possibly introduce phi node that contains
   // undef if callee has multiple returns
   if (isa<UndefValue>(I))
     // utterly meaningless, but useful for dealing with
     // partially optimized code.
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
   // checks
-  if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
+  if (isa<Constant>(I)) {
     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
            "order of checks wrong!");
     // Note: Finding a constant base for something marked for relocation
@@ -340,9 +447,9 @@ static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
     // off a potentially null value and have proven it null.  We also use
     // null pointers in dead paths of relocation phis (which we might later
     // want to find a base pointer for).
-    assert(isa<ConstantPointerNull>(Con) &&
+    assert(isa<ConstantPointerNull>(I) &&
            "null is the only case which makes sense");
-    return Con;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
   }
 
   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
@@ -355,7 +462,9 @@ static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
   }
 
   if (isa<LoadInst>(I))
-    return I; // The value loaded is an gc base itself
+    // The value loaded is an gc base itself
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
+  
 
   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
     // The base of this GEP is the base
@@ -389,17 +498,17 @@ static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
   // both source language and internal functions.
   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
-  // neccessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
+  // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
 
   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
     // like a load.
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
                                    "binary ops which don't apply to pointers");
@@ -408,34 +517,57 @@ static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
   // this is a defining definition of the base just like a load is.
   if (isa<ExtractValueInst>(I))
-    return I;
+    return BaseDefiningValueResult(I, true);
 
   // We should never see an insert vector since that would require we be
   // tracing back a struct value not a pointer value.
   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
          "Base pointer for a struct is meaningless");
 
+  // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
+  // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
+  // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
+  // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
+  if (auto *EEI = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
+    Value *VectorOperand = EEI->getVectorOperand();
+    Value *Index = EEI->getIndexOperand();
+    auto VecResult = findBaseDefiningValueOfVector(VectorOperand, Index);
+    Value *VectorBase = VecResult.BDV;
+    if (VectorBase->getType()->isPointerTy())
+      // We found a BDV for this specific element with the vector.  This is an
+      // optimization, but in practice it covers most of the useful cases
+      // created via scalarization. Note: The peephole optimization here is
+      // currently needed for correctness since the general algorithm doesn't
+      // yet handle insertelements.  That will change shortly.
+      return BaseDefiningValueResult(VectorBase, VecResult.IsKnownBase);
+    else {
+      assert(VectorBase->getType()->isVectorTy());
+      // Otherwise, we have an instruction which potentially produces a
+      // derived pointer and we need findBasePointers to clone code for us
+      // such that we can create an instruction which produces the
+      // accompanying base pointer.
+      return BaseDefiningValueResult(I, VecResult.IsKnownBase);
+    }
+  }
+
   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
-  // return a value which dynamically selects from amoung several base
+  // return a value which dynamically selects from among several base
   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
   // the caller to resolve these.
   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
-  return I;
+  return BaseDefiningValueResult(I, false);
 }
 
 /// Returns the base defining value for this value.
 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
   Value *&Cached = Cache[I];
   if (!Cached) {
-    Cached = findBaseDefiningValue(I);
+    Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
+    DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
+                 << Cached->getName() << "\n");
   }
   assert(Cache[I] != nullptr);
-
-  if (TraceLSP) {
-    dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> " << Cached->getName()
-           << "\n";
-  }
   return Cached;
 }
 
@@ -455,7 +587,7 @@ static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
-  if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V)) {
+  if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) && !isa<ExtractElementInst>(V)) {
     // no recursion possible
     return true;
   }
@@ -470,17 +602,19 @@ static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
   return false;
 }
 
-// TODO: find a better name for this
 namespace {
-class PhiState {
+/// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
+/// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
+/// the base of this BDV.
+class BDVState {
 public:
   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
 
-  PhiState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
+  BDVState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
     assert(status != Base || b);
   }
-  PhiState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
-  PhiState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
+  explicit BDVState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
+  BDVState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
 
   Status getStatus() const { return status; }
   Value *getBase() const { return base; }
@@ -489,72 +623,80 @@ public:
   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
 
-  bool operator==(const PhiState &other) const {
+  bool operator==(const BDVState &other) const {
     return base == other.base && status == other.status;
   }
 
-  bool operator!=(const PhiState &other) const { return !(*this == other); }
+  bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
 
-  void dump() {
-    errs() << status << " (" << base << " - "
-           << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
+  LLVM_DUMP_METHOD
+  void dump() const { print(dbgs()); dbgs() << '\n'; }
+  
+  void print(raw_ostream &OS) const {
+    switch (status) {
+    case Unknown:
+      OS << "U";
+      break;
+    case Base:
+      OS << "B";
+      break;
+    case Conflict:
+      OS << "C";
+      break;
+    };
+    OS << " (" << base << " - "
+       << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
   }
 
 private:
   Status status;
   Value *base; // non null only if status == base
 };
+}
 
-typedef DenseMap<Value *, PhiState> ConflictStateMapTy;
-// Values of type PhiState form a lattice, and this is a helper
+#ifndef NDEBUG
+static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
+  State.print(OS);
+  return OS;
+}
+#endif
+
+namespace {
+// Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
-// operation is implemented in MeetPhiStates::pureMeet
-class MeetPhiStates {
+// operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
+class MeetBDVStates {
 public:
-  // phiStates is a mapping from PHINodes and SelectInst's to PhiStates.
-  explicit MeetPhiStates(const ConflictStateMapTy &phiStates)
-      : phiStates(phiStates) {}
-
-  // Destructively meet the current result with the base V.  V can
-  // either be a merge instruction (SelectInst / PHINode), in which
-  // case its status is looked up in the phiStates map; or a regular
-  // SSA value, in which case it is assumed to be a base.
-  void meetWith(Value *V) {
-    PhiState otherState = getStateForBDV(V);
-    assert((MeetPhiStates::pureMeet(otherState, currentResult) ==
-            MeetPhiStates::pureMeet(currentResult, otherState)) &&
-           "math is wrong: meet does not commute!");
-    currentResult = MeetPhiStates::pureMeet(otherState, currentResult);
+  /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
+  /// any other state to produce that state.
+  MeetBDVStates() {}
+
+  // Destructively meet the current result with the given BDVState
+  void meetWith(BDVState otherState) {
+    currentResult = meet(otherState, currentResult);
   }
 
-  PhiState getResult() const { return currentResult; }
+  BDVState getResult() const { return currentResult; }
 
 private:
-  const ConflictStateMapTy &phiStates;
-  PhiState currentResult;
-
-  /// Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
-  /// base state for known bases and expect to find a cached state otherwise
-  PhiState getStateForBDV(Value *baseValue) {
-    if (isKnownBaseResult(baseValue)) {
-      return PhiState(baseValue);
-    } else {
-      return lookupFromMap(baseValue);
-    }
-  }
+  BDVState currentResult;
 
-  PhiState lookupFromMap(Value *V) {
-    auto I = phiStates.find(V);
-    assert(I != phiStates.end() && "lookup failed!");
-    return I->second;
+  /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
+  static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
+    assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
+           "math is wrong: meet does not commute!");
+    BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
+    DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
+                 << " produced " << Result << "\n");
+    return Result;
   }
 
-  static PhiState pureMeet(const PhiState &stateA, const PhiState &stateB) {
+  static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
     switch (stateA.getStatus()) {
-    case PhiState::Unknown:
+    case BDVState::Unknown:
       return stateB;
 
-    case PhiState::Base:
+    case BDVState::Base:
       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
       if (stateB.isUnknown())
         return stateA;
@@ -564,18 +706,20 @@ private:
           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
           return stateA;
         }
-        return PhiState(PhiState::Conflict);
+        return BDVState(BDVState::Conflict);
       }
       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
-      return PhiState(PhiState::Conflict);
+      return BDVState(BDVState::Conflict);
 
-    case PhiState::Conflict:
+    case BDVState::Conflict:
       return stateA;
     }
     llvm_unreachable("only three states!");
   }
 };
 }
+
+
 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
@@ -606,64 +750,76 @@ static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
   //
   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
-  // analougous to pessimistic data flow and would likely lead to an
+  // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
   // overall worse solution.
 
-  ConflictStateMapTy states;
-  states[def] = PhiState();
-  // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
-  // for which we don't already know a definite base value for
-  // TODO: This should be rewritten with a worklist
-  bool done = false;
-  while (!done) {
-    done = true;
-    // Since we're adding elements to 'states' as we run, we can't keep
-    // iterators into the set.
-    SmallVector<Value *, 16> Keys;
-    Keys.reserve(states.size());
-    for (auto Pair : states) {
-      Value *V = Pair.first;
-      Keys.push_back(V);
-    }
-    for (Value *v : Keys) {
-      assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
-      if (PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
-        assert(phi->getNumIncomingValues() > 0 &&
-               "zero input phis are illegal");
-        for (Value *InVal : phi->incoming_values()) {
-          Value *local = findBaseOrBDV(InVal, cache);
-          if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
-            states[local] = PhiState();
-            done = false;
-          }
-        }
-      } else if (SelectInst *sel = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
-        Value *local = findBaseOrBDV(sel->getTrueValue(), cache);
-        if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
-          states[local] = PhiState();
-          done = false;
-        }
-        local = findBaseOrBDV(sel->getFalseValue(), cache);
-        if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
-          states[local] = PhiState();
-          done = false;
-        }
+#ifndef NDEBUG
+  auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
+    return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) || isa<ExtractElementInst>(BDV);
+  };
+#endif
+
+  // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
+  // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
+  // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
+  // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
+  // below.  This is important for deterministic compilation.
+  MapVector<Value *, BDVState> states;
+
+  // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
+  // one for which we don't already know a definite base value for
+  /* scope */ {
+    SmallVector<Value*, 16> Worklist;
+    Worklist.push_back(def);
+    states.insert(std::make_pair(def, BDVState()));
+    while (!Worklist.empty()) {
+      Value *Current = Worklist.pop_back_val();
+      assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
+
+      auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
+        Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
+        if (isKnownBaseResult(Base))
+          // Known bases won't need new instructions introduced and can be
+          // ignored safely
+          return;
+        assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
+               "we see should be base defining values");
+        if (states.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
+          Worklist.push_back(Base);
+      };
+      if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
+        for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
+          visitIncomingValue(InVal);
+      } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
+        visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
+        visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
+      } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
+        visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
+      } else {
+        // There are two classes of instructions we know we don't handle.
+        assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current) ||
+               isa<InsertElementInst>(Current));
+        llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
       }
     }
   }
 
-  if (TraceLSP) {
-    errs() << "States after initialization:\n";
-    for (auto Pair : states) {
-      Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
-      PhiState state = Pair.second;
-      state.dump();
-      v->dump();
-    }
+#ifndef NDEBUG
+  DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
+  for (auto Pair : states) {
+    DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
   }
+#endif
 
-  // TODO: come back and revisit the state transitions around inputs which
-  // have reached conflict state.  The current version seems too conservative.
+  // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
+  // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
+  auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
+    if (isKnownBaseResult(baseValue))
+      return BDVState(baseValue);
+    auto I = states.find(baseValue);
+    assert(I != states.end() && "lookup failed!");
+    return I->second;
+  };
 
   bool progress = true;
   while (progress) {
@@ -671,20 +827,37 @@ static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
     size_t oldSize = states.size();
 #endif
     progress = false;
-    // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
+    // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
+    // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
+    // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
+    // much faster.
     for (auto Pair : states) {
-      MeetPhiStates calculateMeet(states);
       Value *v = Pair.first;
       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
+
+      // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
+      // instance which represents the BDV of that value.
+      auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
+        Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
+        return getStateForBDV(BDV);
+      };
+
+      MeetBDVStates calculateMeet;
       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
-        calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(select->getTrueValue(), cache));
-        calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(select->getFalseValue(), cache));
-      } else
-        for (Value *Val : cast<PHINode>(v)->incoming_values())
-          calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(Val, cache));
-
-      PhiState oldState = states[v];
-      PhiState newState = calculateMeet.getResult();
+        calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
+        calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
+      } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
+        for (Value *Val : Phi->incoming_values())
+          calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
+      } else {
+        // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
+        // useful in that it drives us to conflict if our input is.
+        auto *EE = cast<ExtractElementInst>(v);
+        calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
+      }
+
+      BDVState oldState = states[v];
+      BDVState newState = calculateMeet.getResult();
       if (oldState != newState) {
         progress = true;
         states[v] = newState;
@@ -695,74 +868,107 @@ static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
     assert(oldSize == states.size() || progress);
   }
 
-  if (TraceLSP) {
-    errs() << "States after meet iteration:\n";
-    for (auto Pair : states) {
-      Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
-      PhiState state = Pair.second;
-      state.dump();
-      v->dump();
-    }
-  }
-
-  // Insert Phis for all conflicts
-  // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
-  // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
-  // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
-  SmallVector<Value *, 16> Keys;
-  Keys.reserve(states.size());
+#ifndef NDEBUG
+  DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
   for (auto Pair : states) {
-    Value *V = Pair.first;
-    Keys.push_back(V);
+    DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
   }
-  std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
+#endif
+  
+  // Insert Phis for all conflicts
   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
-  for (Value *V : Keys) {
-    Instruction *v = cast<Instruction>(V);
-    PhiState state = states[V];
-    assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
-    assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
-    if (!state.isConflict())
+  for (auto Pair : states) {
+    Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
+    BDVState State = Pair.second;
+    assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
+    assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
+
+    // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
+    // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
+    // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
+    // base for the particular indice we're interested in.
+    if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
+        isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
+      auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
+      // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
+      // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
+      // about the BDV not being known to be a base.
+      auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
+                                                  EE->getIndexOperand(),
+                                                  "base_ee", EE);
+      BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
+      states[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
+    }
+    
+    if (!State.isConflict())
       continue;
 
-    if (isa<PHINode>(v)) {
-      int num_preds =
-          std::distance(pred_begin(v->getParent()), pred_end(v->getParent()));
-      assert(num_preds > 0 && "how did we reach here");
-      PHINode *phi = PHINode::Create(v->getType(), num_preds, "base_phi", v);
-      // Add metadata marking this as a base value
-      auto *const_1 = ConstantInt::get(
-          Type::getInt32Ty(
-              v->getParent()->getParent()->getParent()->getContext()),
-          1);
-      auto MDConst = ConstantAsMetadata::get(const_1);
-      MDNode *md = MDNode::get(
-          v->getParent()->getParent()->getParent()->getContext(), MDConst);
-      phi->setMetadata("is_base_value", md);
-      states[v] = PhiState(PhiState::Conflict, phi);
+    /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
+    /// the given instruction 'I'.
+    auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
+      if (isa<PHINode>(I)) {
+        BasicBlock *BB = I->getParent();
+        int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
+        assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
+        std::string Name = I->hasName() ?
+           (I->getName() + ".base").str() : "base_phi";
+        return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
+      } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
+        // The undef will be replaced later
+        UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
+        std::string Name = I->hasName() ?
+          (I->getName() + ".base").str() : "base_select";
+        return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
+                                  Undef, Name, Sel);
+      } else {
+        auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
+        UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
+        std::string Name = I->hasName() ?
+          (I->getName() + ".base").str() : "base_ee";
+        return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
+                                          EE);
+      }
+    };
+    Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
+    // Add metadata marking this as a base value
+    BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
+    states[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
+  }
+
+  // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
+  // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
+  // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
+  // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
+  // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
+  // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
+  // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
+  // pointer. 
+  auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
+    Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, cache);
+    Value *Base = nullptr;
+    if (isKnownBaseResult(BDV)) {
+      Base = BDV;
     } else {
-      SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
-      // The undef will be replaced later
-      UndefValue *undef = UndefValue::get(sel->getType());
-      SelectInst *basesel = SelectInst::Create(sel->getCondition(), undef,
-                                               undef, "base_select", sel);
-      // Add metadata marking this as a base value
-      auto *const_1 = ConstantInt::get(
-          Type::getInt32Ty(
-              v->getParent()->getParent()->getParent()->getContext()),
-          1);
-      auto MDConst = ConstantAsMetadata::get(const_1);
-      MDNode *md = MDNode::get(
-          v->getParent()->getParent()->getParent()->getContext(), MDConst);
-      basesel->setMetadata("is_base_value", md);
-      states[v] = PhiState(PhiState::Conflict, basesel);
+      // Either conflict or base.
+      assert(states.count(BDV));
+      Base = states[BDV].getBase();
     }
-  }
+    assert(Base && "can't be null");
+    // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
+    if (Base->getType() != Input->getType() &&
+        InsertPt) {
+      Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast",
+                             InsertPt);
+    }
+    return Base;
+  };
 
-  // Fixup all the inputs of the new PHIs
+  // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
+  // deterministic and predictable because we're naming newly created
+  // instructions.
   for (auto Pair : states) {
     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
-    PhiState state = Pair.second;
+    BDVState state = Pair.second;
 
     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
@@ -789,102 +995,135 @@ static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
         if (blockIndex != -1) {
           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
+          
 #ifndef NDEBUG
-          Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
-          if (!isKnownBaseResult(base)) {
-            // Either conflict or base.
-            assert(states.count(base));
-            base = states[base].getBase();
-            assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
-          }
-
-          // In essense this assert states: the only way two
+          Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
+          // In essence this assert states: the only way two
           // values incoming from the same basic block may be
           // different is by being different bitcasts of the same
           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
           // type (and still remain pure).  This will remove the
           // need to add bitcasts.
-          assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
+          assert(Base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
 #endif
           continue;
         }
 
-        // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
-        // a non-phi node
-        Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
-        if (!isKnownBaseResult(base)) {
-          // Either conflict or base.
-          assert(states.count(base));
-          base = states[base].getBase();
-          assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
-        }
-        assert(base && "can't be null");
-        // Must use original input BB since base may not be Instruction
-        // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
-        if (base->getType() != basephi->getType()) {
-          base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
-                                 InBB->getTerminator());
-        }
-        basephi->addIncoming(base, InBB);
+        // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
+        // need to insert a bitcast in the incoming block.
+        // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
+        Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
+        basephi->addIncoming(Base, InBB);
       }
       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
-    } else {
-      SelectInst *basesel = cast<SelectInst>(state.getBase());
-      SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
+    } else if (SelectInst *BaseSel = dyn_cast<SelectInst>(state.getBase())) {
+      SelectInst *Sel = cast<SelectInst>(v);
       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
       // something more safe and less hacky.
       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
-        Value *InVal = sel->getOperand(i);
-        // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
-        // a non-phi node
-        Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
-        if (!isKnownBaseResult(base)) {
-          // Either conflict or base.
-          assert(states.count(base));
-          base = states[base].getBase();
-          assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
-        }
-        assert(base && "can't be null");
-        // Must use original input BB since base may not be Instruction
-        // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
-        if (base->getType() != basesel->getType()) {
-          base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
-        }
-        basesel->setOperand(i, base);
+        Value *InVal = Sel->getOperand(i);
+        // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
+        // need to insert a bitcast.
+        Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSel);
+        BaseSel->setOperand(i, Base);
       }
+    } else {
+      auto *BaseEE = cast<ExtractElementInst>(state.getBase());
+      Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(v)->getVectorOperand();
+      // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
+      // need to insert a bitcast.
+      Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseEE);
+      BaseEE->setOperand(0, Base);
     }
   }
 
-  // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
-  // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
-  // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
-  for (auto item : states) {
-    Value *v = item.first;
-    Value *base = item.second.getBase();
-    assert(v && base);
-    assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
+  // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
+  // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
+  // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
+  // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
+  DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
+  SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
+  SmallSetVector<AssertingVH<Instruction>, 16> Worklist;
+  // Note: We need to visit the states in a deterministic order.  We uses the
+  // Keys we sorted above for this purpose.  Note that we are papering over a
+  // bigger problem with the algorithm above - it's visit order is not
+  // deterministic.  A larger change is needed to fix this.
+  for (auto Pair : states) {
+    auto *BDV = Pair.first;
+    auto State = Pair.second;
+    Value *Base = State.getBase();
+    assert(BDV && Base);
+    assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
+    assert(isKnownBaseResult(Base) &&
+           "must be something we 'know' is a base pointer");
+    if (!State.isConflict())
+      continue;
 
-    if (TraceLSP) {
-      std::string fromstr =
-          cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
-                         : "none";
-      errs() << "Updating base value cache"
-             << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
-             << " from: " << fromstr
-             << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n";
+    ReverseMap[Base] = BDV;
+    if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
+      NewInsts.insert(BaseI);
+      Worklist.insert(BaseI);
     }
+  }
+  auto ReplaceBaseInstWith = [&](Value *BDV, Instruction *BaseI,
+                                 Value *Replacement) {
+    // Add users which are new instructions (excluding self references)
+    for (User *U : BaseI->users())
+      if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
+        if (NewInsts.count(UI) && UI != BaseI)
+          Worklist.insert(UI);
+    // Then do the actual replacement
+    NewInsts.erase(BaseI);
+    ReverseMap.erase(BaseI);
+    BaseI->replaceAllUsesWith(Replacement);
+    BaseI->eraseFromParent();
+    assert(states.count(BDV));
+    assert(states[BDV].isConflict() && states[BDV].getBase() == BaseI);
+    states[BDV] = BDVState(BDVState::Conflict, Replacement);
+  };
+  const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
+  while (!Worklist.empty()) {
+    Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
+    assert(NewInsts.count(BaseI));
+    Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
+    if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
+      if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
+        DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
+        ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, Bdv);
+        continue;
+      }
+    if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
+      ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, V);
+      continue;
+    }
+  }
 
-    assert(isKnownBaseResult(base) &&
-           "must be something we 'know' is a base pointer");
-    if (cache.count(v)) {
+  // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
+  // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
+  // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
+  for (auto Pair : states) {
+    auto *BDV = Pair.first;
+    Value *base = Pair.second.getBase();
+    assert(BDV && base);
+
+    std::string fromstr =
+      cache.count(BDV) ? (cache[BDV]->hasName() ? cache[BDV]->getName() : "")
+                     : "none";
+    DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
+          << " for: " << (BDV->hasName() ? BDV->getName() : "")
+          << " from: " << fromstr
+          << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n");
+
+    if (cache.count(BDV)) {
       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
       // the base relation being stored, it must be stable
-      assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
+      assert((!isKnownBaseResult(cache[BDV]) || cache[BDV] == base) &&
              "base relation should be stable");
     }
-    cache[v] = base;
+    cache[BDV] = base;
   }
   assert(cache.find(def) != cache.end());
   return cache[def];
@@ -926,7 +1165,7 @@ findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
 
     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
-    // disabling the verifier at your own substaintial risk.
+    // disabling the verifier at your own substantial risk.
     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
            "a null pointer constant without causing false positives in the "
@@ -972,7 +1211,7 @@ static void recomputeLiveInValues(
     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
-  // again.  The old values are still live and will help it stablize quickly.
+  // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
@@ -989,14 +1228,11 @@ static void recomputeLiveInValues(
 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
 // possible.
 static BasicBlock *
-normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent, Pass *P) {
-  DominatorTree *DT = nullptr;
-  if (auto *DTP = P->getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>())
-    DT = &DTP->getDomTree();
-
+normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
+                            DominatorTree &DT) {
   BasicBlock *Ret = BB;
   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
-    Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", nullptr, DT);
+    Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
   }
 
   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
@@ -1017,7 +1253,7 @@ static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
   return index;
 }
 
-// Create new attribute set containing only attributes which can be transfered
+// Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
 // from original call to the safepoint.
 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
   AttributeSet ret;
@@ -1059,47 +1295,42 @@ static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
 ///   bound.
 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
-static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> liveVariables,
-                              const int liveStart,
-                              ArrayRef<llvm::Value *> basePtrs,
-                              Instruction *statepointToken,
+static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
+                              const int LiveStart,
+                              ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
+                              Instruction *StatepointToken,
                               IRBuilder<> Builder) {
-  SmallVector<Instruction *, 64> NewDefs;
-  NewDefs.reserve(liveVariables.size());
-
-  Module *M = statepointToken->getParent()->getParent()->getParent();
-
-  for (unsigned i = 0; i < liveVariables.size(); i++) {
-    // We generate a (potentially) unique declaration for every pointer type
-    // combination.  This results is some blow up the function declarations in
-    // the IR, but removes the need for argument bitcasts which shrinks the IR
-    // greatly and makes it much more readable.
-    SmallVector<Type *, 1> types;                 // one per 'any' type
-    types.push_back(liveVariables[i]->getType()); // result type
-    Value *gc_relocate_decl = Intrinsic::getDeclaration(
-        M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, types);
-
+  if (LiveVariables.empty())
+    return;
+  
+  // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
+  // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
+  // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
+  // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
+  // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
+  // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
+  Module *M = StatepointToken->getModule();
+  auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
+  Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
+  Value *GCRelocateDecl =
+    Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
+
+  for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
     // Generate the gc.relocate call and save the result
-    Value *baseIdx =
-        ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M->getContext()),
-                         liveStart + find_index(liveVariables, basePtrs[i]));
-    Value *liveIdx = ConstantInt::get(
-        Type::getInt32Ty(M->getContext()),
-        liveStart + find_index(liveVariables, liveVariables[i]));
+    Value *BaseIdx =
+      Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
+    Value *LiveIdx =
+      Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
 
     // only specify a debug name if we can give a useful one
-    Value *reloc = Builder.CreateCall3(
-        gc_relocate_decl, statepointToken, baseIdx, liveIdx,
-        liveVariables[i]->hasName() ? liveVariables[i]->getName() + ".relocated"
+    CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
+        GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
+        LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
                                     : "");
     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
     // fake call.
-    cast<CallInst>(reloc)->setCallingConv(CallingConv::Cold);
-
-    NewDefs.push_back(cast<Instruction>(reloc));
+    Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
   }
-  assert(NewDefs.size() == liveVariables.size() &&
-         "missing or extra redefinition at safepoint");
 }
 
 static void
@@ -1154,7 +1385,7 @@ makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
     // function attributes.
     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
-    // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
+    // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
@@ -1178,13 +1409,13 @@ makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
     // original block.
     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
-        toReplace->getUnwindDest(), args, "", toReplace->getParent());
+        toReplace->getUnwindDest(), args, "statepoint_token", toReplace->getParent());
     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
 
     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
     // function attributes.
     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
-    // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
+    // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
@@ -1209,10 +1440,8 @@ makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
     result.UnwindToken = exceptional_token;
 
-    // Just throw away return value. We will use the one we got for normal
-    // block.
-    (void)CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
-                            exceptional_token, Builder);
+    CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
+                      exceptional_token, Builder);
 
     // Generate gc relocates and returns for normal block
     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
@@ -1295,8 +1524,7 @@ makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
   basevec.reserve(liveset.size());
   for (Value *L : liveset) {
     livevec.push_back(L);
-
-    assert(PointerToBase.find(L) != PointerToBase.end());
+    assert(PointerToBase.count(L));
     Value *base = PointerToBase[L];
     basevec.push_back(base);
   }
@@ -1319,41 +1547,75 @@ makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
 // for sanity check.
 static void
-insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> gcRelocs,
-                       DenseMap<Value *, Value *> &allocaMap,
-                       DenseSet<Value *> &visitedLiveValues) {
+insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
+                       DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
+                       DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
 
-  for (User *U : gcRelocs) {
+  for (User *U : GCRelocs) {
     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
       continue;
 
-    IntrinsicInst *relocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
+    IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
 
     // We only care about relocates
-    if (relocatedValue->getIntrinsicID() !=
+    if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
       continue;
     }
 
-    GCRelocateOperands relocateOperands(relocatedValue);
-    Value *originalValue = const_cast<Value *>(relocateOperands.derivedPtr());
-    assert(allocaMap.count(originalValue));
-    Value *alloca = allocaMap[originalValue];
+    GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
+    Value *OriginalValue =
+        const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
+    assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
+    Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
 
     // Emit store into the related alloca
-    StoreInst *store = new StoreInst(relocatedValue, alloca);
-    store->insertAfter(relocatedValue);
+    // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
+    // the correct type according to alloca.
+    assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
+    IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
+    Value *CastedRelocatedValue =
+        Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
+        RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
+
+    StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
+    Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
 
 #ifndef NDEBUG
-    visitedLiveValues.insert(originalValue);
+    VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
+#endif
+  }
+}
+
+// Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
+// "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
+static void
+insertRematerializationStores(
+  RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
+  DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
+  DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
+
+  for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
+    Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
+    Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
+
+    assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
+           "Can not find alloca for rematerialized value");
+    Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
+
+    StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
+    Store->insertAfter(RematerializedValue);
+
+#ifndef NDEBUG
+    VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
 #endif
   }
 }
 
 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
 static void relocationViaAlloca(
-    Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> live,
-    ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
+    Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
+    ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
 #ifndef NDEBUG
   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
   // number when we get done.
@@ -1365,17 +1627,38 @@ static void relocationViaAlloca(
 #endif
 
   // TODO-PERF: change data structures, reserve
-  DenseMap<Value *, Value *> allocaMap;
+  DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
-  PromotableAllocas.reserve(live.size());
+  // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
+  std::size_t NumRematerializedValues = 0;
+  PromotableAllocas.reserve(Live.size());
+
+  // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
+  // "PromotableAllocas"
+  auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
+    AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
+                                        F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
+    AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
+    PromotableAllocas.push_back(Alloca);
+  };
 
   // emit alloca for each live gc pointer
-  for (unsigned i = 0; i < live.size(); i++) {
-    Value *liveValue = live[i];
-    AllocaInst *alloca = new AllocaInst(liveValue->getType(), "",
-                                        F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
-    allocaMap[liveValue] = alloca;
-    PromotableAllocas.push_back(alloca);
+  for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
+    emitAllocaFor(Live[i]);
+  }
+
+  // emit allocas for rematerialized values
+  for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
+    const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
+
+    for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
+      Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
+      if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
+        continue;
+
+      emitAllocaFor(OriginalValue);
+      ++NumRematerializedValues;
+    }
   }
 
   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
@@ -1388,36 +1671,40 @@ static void relocationViaAlloca(
   // this gc pointer and it is not a gc_result)
   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
-  for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
-    const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
-    Value *Statepoint = info.StatepointToken;
+  for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
+    const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
+    Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
 
     // This will be used for consistency check
-    DenseSet<Value *> visitedLiveValues;
+    DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
 
     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
-    insertRelocationStores(Statepoint->users(), allocaMap, visitedLiveValues);
+    insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
 
     // In case if it was invoke statepoint
     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
-      insertRelocationStores(info.UnwindToken->users(), allocaMap,
-                             visitedLiveValues);
+      insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
+                             VisitedLiveValues);
     }
 
+    // Do similar thing with rematerialized values
+    insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
+                                  VisitedLiveValues);
+
     if (ClobberNonLive) {
-      // As a debuging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
+      // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
       // wise.
       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
-      for (auto Pair : allocaMap) {
+      for (auto Pair : AllocaMap) {
         Value *Def = Pair.first;
         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
 
         // This value was relocated
-        if (visitedLiveValues.count(Def)) {
+        if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
           continue;
         }
         ToClobber.push_back(Alloca);
@@ -1428,8 +1715,8 @@ static void relocationViaAlloca(
           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
-          StoreInst *store = new StoreInst(CPN, AI);
-          store->insertBefore(IP);
+          StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
+          Store->insertBefore(IP);
         }
       };
 
@@ -1446,70 +1733,70 @@ static void relocationViaAlloca(
     }
   }
   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
-  for (auto Pair : allocaMap) {
-    Value *def = Pair.first;
-    Value *alloca = Pair.second;
+  for (auto Pair : AllocaMap) {
+    Value *Def = Pair.first;
+    Value *Alloca = Pair.second;
 
     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
     // later update
     // that change the user information.
-    SmallVector<Instruction *, 20> uses;
+    SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
-    uses.reserve(std::distance(def->user_begin(), def->user_end()));
-    for (User *U : def->users()) {
+    Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
+    for (User *U : Def->users()) {
       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
         // it is ultimately dependent on is null and this particular
         // use does not need to be fixed up.
-        uses.push_back(cast<Instruction>(U));
+        Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
       }
     }
 
-    std::sort(uses.begin(), uses.end());
-    auto last = std::unique(uses.begin(), uses.end());
-    uses.erase(last, uses.end());
-
-    for (Instruction *use : uses) {
-      if (isa<PHINode>(use)) {
-        PHINode *phi = cast<PHINode>(use);
-        for (unsigned i = 0; i < phi->getNumIncomingValues(); i++) {
-          if (def == phi->getIncomingValue(i)) {
-            LoadInst *load = new LoadInst(
-                alloca, "", phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
-            phi->setIncomingValue(i, load);
+    std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
+    auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
+    Uses.erase(Last, Uses.end());
+
+    for (Instruction *Use : Uses) {
+      if (isa<PHINode>(Use)) {
+        PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
+        for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
+          if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
+            LoadInst *Load = new LoadInst(
+                Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
+            Phi->setIncomingValue(i, Load);
           }
         }
       } else {
-        LoadInst *load = new LoadInst(alloca, "", use);
-        use->replaceUsesOfWith(def, load);
+        LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
+        Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
       }
     }
 
     // emit store for the initial gc value
     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
     // use list and an extra load will be inserted before it
-    StoreInst *store = new StoreInst(def, alloca);
-    if (Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(def)) {
-      if (InvokeInst *invoke = dyn_cast<InvokeInst>(inst)) {
+    StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
+    if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
+      if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
         // into its normal destination block.
-        BasicBlock *normalDest = invoke->getNormalDest();
-        store->insertBefore(normalDest->getFirstNonPHI());
+        BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
+        Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
       } else {
-        assert(!inst->isTerminator() &&
+        assert(!Inst->isTerminator() &&
                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
                "InvokeInst which is handled above.");
-        store->insertAfter(inst);
+        Store->insertAfter(Inst);
       }
     } else {
-      assert(isa<Argument>(def));
-      store->insertAfter(cast<Instruction>(alloca));
+      assert(isa<Argument>(Def));
+      Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
     }
   }
 
-  assert(PromotableAllocas.size() == live.size() &&
+  assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
          "we must have the same allocas with lives");
   if (!PromotableAllocas.empty()) {
     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
@@ -1529,17 +1816,10 @@ static void relocationViaAlloca(
 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
-  DenseSet<T> Seen;
-  SmallVector<T, 128> TempVec;
-  TempVec.reserve(Vec.size());
-  for (auto Element : Vec)
-    TempVec.push_back(Element);
-  Vec.clear();
-  for (auto V : TempVec) {
-    if (Seen.insert(V).second) {
-      Vec.push_back(V);
-    }
-  }
+  SmallSet<T, 8> Seen;
+  Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
+              return !Seen.insert(V).second;
+            }), Vec.end());
 }
 
 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
@@ -1584,12 +1864,14 @@ static void findLiveReferences(
 
 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
-/// would be preferrable to include the vector in the statepoint itself, but
+/// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
-/// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable comprimise.
+/// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
-                              StatepointLiveSetTy &LiveSet, DominatorTree &DT) {
+                              StatepointLiveSetTy &LiveSet,
+                              DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
+                              DominatorTree &DT) {
   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
   for (Value *V : LiveSet)
     if (isa<VectorType>(V->getType()))
@@ -1598,14 +1880,14 @@ static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
   if (ToSplit.empty())
     return;
 
+  DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
+
   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
 
   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
   for (Value *V : ToSplit) {
-    LiveSet.erase(V);
-
     AllocaInst *Alloca =
         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
     AllocaMap[V] = Alloca;
@@ -1615,7 +1897,7 @@ static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
     SmallVector<Value *, 16> Elements;
     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
-    LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
+    ElementMapping[V] = Elements;
 
     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
       Builder.SetInsertPoint(IP);
@@ -1648,6 +1930,7 @@ static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
     }
   }
+
   for (Value *V : ToSplit) {
     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
 
@@ -1691,6 +1974,220 @@ static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
   for (Value *V : ToSplit)
     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
+
+  // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
+  // changes we just made.
+  for (Value *V : ToSplit) {
+    auto &Elements = ElementMapping[V];
+
+    LiveSet.erase(V);
+    LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
+    // We need to update the base mapping as well.
+    assert(PointerToBase.count(V));
+    Value *OldBase = PointerToBase[V];
+    auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
+    PointerToBase.erase(V);
+    assert(Elements.size() == BaseElements.size());
+    for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
+      Value *Elem = Elements[i];
+      PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
+    }
+  }
+}
+
+// Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
+// starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
+// values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
+// successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
+// Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
+// recorded.
+static bool findRematerializableChainToBasePointer(
+  SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
+  Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
+
+  // We have found a base value
+  if (CurrentValue == BaseValue) {
+    return true;
+  }
+
+  if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
+    ChainToBase.push_back(GEP);
+    return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
+                                                  GEP->getPointerOperand(),
+                                                  BaseValue);
+  }
+
+  if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
+    Value *Def = CI->stripPointerCasts();
+
+    // This two checks are basically similar. First one is here for the
+    // consistency with findBasePointers logic.
+    assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
+    if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
+      return false;
+
+    ChainToBase.push_back(CI);
+    return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
+  }
+
+  // Not supported instruction in the chain
+  return false;
+}
+
+// Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
+// chain we are going to rematerialize.
+static unsigned
+chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
+                       TargetTransformInfo &TTI) {
+  unsigned Cost = 0;
+
+  for (Instruction *Instr : Chain) {
+    if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
+      assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
+             "non noop cast is found during rematerialization");
+
+      Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
+      Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
+
+    } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
+      // Cost of the address calculation
+      Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
+      Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
+
+      // And cost of the GEP itself
+      // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
+      //       allowed for the external usage)
+      if (!GEP->hasAllConstantIndices())
+        Cost += 2;
+
+    } else {
+      llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
+    }
+  }
+
+  return Cost;
+}
+
+// From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
+// relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
+// statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
+// relocated values we don't do any user adjustments here.
+static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
+                                    PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
+                                    TargetTransformInfo &TTI) {
+  const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
+
+  // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
+  // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
+  SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
+
+  for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
+    // For each live pointer find it's defining chain
+    SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
+    assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
+    bool FoundChain =
+      findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
+                                             LiveValue,
+                                             Info.PointerToBase[LiveValue]);
+    // Nothing to do, or chain is too long
+    if (!FoundChain ||
+        ChainToBase.size() == 0 ||
+        ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
+      continue;
+
+    // Compute cost of this chain
+    unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
+    // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
+    //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
+    //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
+    //       don't have any uses besides this statepoint.
+
+    // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
+    // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
+    if (CS.isInvoke()) {
+      Cost *= 2;
+    }
+    // If it's too expensive - skip it
+    if (Cost >= RematerializationThreshold)
+      continue;
+
+    // Remove value from the live set
+    LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
+
+    // Clone instructions and record them inside "Info" structure
+
+    // Walk backwards to visit top-most instructions first
+    std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
+
+    // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
+    // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
+    // which should be used after statepoint.
+    auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
+      Instruction *LastClonedValue = nullptr;
+      Instruction *LastValue = nullptr;
+      for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
+        // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
+        // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
+        // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
+        // otherwise not used after this statepoint.
+        assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
+
+        Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
+        ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
+        ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
+
+        // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
+        // cloned value. We should update it to use cloned value.
+        if (LastClonedValue) {
+          assert(LastValue);
+          ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
+#ifndef NDEBUG
+          // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
+          // this chain other than LastClonedValue
+          for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
+            assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
+                       ChainToBase.end() &&
+                   "incorrect use in rematerialization chain");
+          }
+#endif
+        }
+
+        LastClonedValue = ClonedValue;
+        LastValue = Instr;
+      }
+      assert(LastClonedValue);
+      return LastClonedValue;
+    };
+
+    // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
+    // instructions both on normal and unwind path.
+    if (CS.isCall()) {
+      Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
+      assert(InsertBefore);
+      Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
+      Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
+    } else {
+      InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
+
+      Instruction *NormalInsertBefore =
+          Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
+      Instruction *UnwindInsertBefore =
+          Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
+
+      Instruction *NormalRematerializedValue =
+          rematerializeChain(NormalInsertBefore);
+      Instruction *UnwindRematerializedValue =
+          rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
+
+      Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
+      Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
+    }
+  }
+
+  // Remove rematerializaed values from the live set
+  for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
+    Info.liveset.erase(LiveValue);
+  }
 }
 
 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
@@ -1717,9 +2214,9 @@ static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
       continue;
     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
-                                P);
+                                DT);
     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
-                                P);
+                                DT);
   }
 
   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
@@ -1753,21 +2250,10 @@ static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
   }
   assert(records.size() == toUpdate.size());
 
-  // A) Identify all gc pointers which are staticly live at the given call
+  // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
   // site.
   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
 
-  // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
-  // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
-  // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
-  // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
-  // to scalarize here.
-  for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
-    struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
-    Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
-    splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset, DT);
-  }
-
   // B) Find the base pointers for each live pointer
   /* scope for caching */ {
     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
@@ -1828,6 +2314,31 @@ static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
   }
   holders.clear();
 
+  // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
+  // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
+  // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
+  // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
+  // to scalarize here.
+  for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
+    struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
+    Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
+    splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
+                      info.PointerToBase, DT);
+  }
+
+  // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
+  // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
+  // does not influence correctness.
+  TargetTransformInfo &TTI =
+    P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
+
+  for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
+    struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
+    CallSite &CS = toUpdate[i];
+
+    rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
+  }
+
   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
   // relocated. We have references to live variables that need to
@@ -1885,17 +2396,99 @@ static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
   return !records.empty();
 }
 
+// Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
+template <typename AttrHolder>
+static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
+                                   unsigned Index) {
+  AttrBuilder R;
+  if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
+    R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
+                                  AH.getDereferenceableBytes(Index)));
+  if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
+    R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
+                                  AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
+
+  if (!R.empty())
+    AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
+        Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
+}
+
+void
+RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
+  LLVMContext &Ctx = F.getContext();
+
+  for (Argument &A : F.args())
+    if (isa<PointerType>(A.getType()))
+      RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
+
+  if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
+    RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
+}
+
+void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
+  if (F.empty())
+    return;
+
+  LLVMContext &Ctx = F.getContext();
+  MDBuilder Builder(Ctx);
+
+  for (Instruction &I : instructions(F)) {
+    if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
+      assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
+      bool IsImmutableTBAA =
+          MD->getNumOperands() == 4 &&
+          mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
+
+      if (!IsImmutableTBAA)
+        continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
+
+      MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
+      MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
+      uint64_t Offset =
+          mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
+
+      MDNode *MutableTBAA =
+          Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
+      I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
+    }
+
+    if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
+      for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
+        if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
+          RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
+      if (isa<PointerType>(CS.getType()))
+        RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
+    }
+  }
+}
+
 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
   // TODO: This should check the GCStrategy
   if (F.hasGC()) {
-    const std::string StatepointExampleName("statepoint-example");
-    return StatepointExampleName == F.getGC();
+    const char *FunctionGCName = F.getGC();
+    const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
+    const StringRef CoreCLRName("coreclr");
+    return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
+           (CoreCLRName == FunctionGCName);
   } else
     return false;
 }
 
+void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
+#ifndef NDEBUG
+  assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
+         "precondition!");
+#endif
+
+  for (Function &F : M)
+    stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
+
+  for (Function &F : M)
+    stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
+}
+
 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
   // Nothing to do for declarations.
   if (F.isDeclaration() || F.empty())
@@ -1906,14 +2499,14 @@ bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
     return false;
 
-  DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
+  DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
 
   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
   bool HasUnreachableStatepoint = false;
-  for (Instruction &I : inst_range(F)) {
+  for (Instruction &I : instructions(F)) {
     // TODO: only the ones with the flag set!
     if (isStatepoint(I)) {
       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
@@ -1946,6 +2539,37 @@ bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
     }
 
+  // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
+  // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
+  // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
+  // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
+  // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
+  // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
+  // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
+  // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
+  // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
+  // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
+  // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
+  // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
+  // lowering for live values this would be a much safer transform.
+  auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
+    if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
+      if (BI->isConditional())
+        return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
+    // TODO: Extend this to handle switches
+    return nullptr;
+  };
+  for (BasicBlock &BB : F) {
+    TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
+    if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
+      // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
+      // most instructions without side effects or memory access.  
+      if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
+        MadeChange = true;
+        Cond->moveBefore(TI);
+      }
+  }
+
   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
   return MadeChange;
 }
@@ -1979,7 +2603,7 @@ static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
              "support for FCA unimplemented");
       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
-        // There are two idependent reasons:
+        // There are two independent reasons:
         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
@@ -2117,7 +2741,7 @@ static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
   } // while( !worklist.empty() )
 
 #ifndef NDEBUG
-  // Sanity check our ouput against SSA properties.  This helps catch any
+  // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
   // missing kills during the above iteration.
   for (BasicBlock &BB : F) {
     checkBasicSSA(DT, Data, BB);