]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/ProfileData/SampleProfReader.h
Merge clang 7.0.1 and several follow-up changes
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / ProfileData / SampleProfReader.h
1 //===- SampleProfReader.h - Read LLVM sample profile data -------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                      The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains definitions needed for reading sample profiles.
11 //
12 // NOTE: If you are making changes to this file format, please remember
13 //       to document them in the Clang documentation at
14 //       tools/clang/docs/UsersManual.rst.
15 //
16 // Text format
17 // -----------
18 //
19 // Sample profiles are written as ASCII text. The file is divided into
20 // sections, which correspond to each of the functions executed at runtime.
21 // Each section has the following format
22 //
23 //     function1:total_samples:total_head_samples
24 //      offset1[.discriminator]: number_of_samples [fn1:num fn2:num ... ]
25 //      offset2[.discriminator]: number_of_samples [fn3:num fn4:num ... ]
26 //      ...
27 //      offsetN[.discriminator]: number_of_samples [fn5:num fn6:num ... ]
28 //      offsetA[.discriminator]: fnA:num_of_total_samples
29 //       offsetA1[.discriminator]: number_of_samples [fn7:num fn8:num ... ]
30 //       ...
31 //
32 // This is a nested tree in which the identation represents the nesting level
33 // of the inline stack. There are no blank lines in the file. And the spacing
34 // within a single line is fixed. Additional spaces will result in an error
35 // while reading the file.
36 //
37 // Any line starting with the '#' character is completely ignored.
38 //
39 // Inlined calls are represented with indentation. The Inline stack is a
40 // stack of source locations in which the top of the stack represents the
41 // leaf function, and the bottom of the stack represents the actual
42 // symbol to which the instruction belongs.
43 //
44 // Function names must be mangled in order for the profile loader to
45 // match them in the current translation unit. The two numbers in the
46 // function header specify how many total samples were accumulated in the
47 // function (first number), and the total number of samples accumulated
48 // in the prologue of the function (second number). This head sample
49 // count provides an indicator of how frequently the function is invoked.
50 //
51 // There are two types of lines in the function body.
52 //
53 // * Sampled line represents the profile information of a source location.
54 // * Callsite line represents the profile information of a callsite.
55 //
56 // Each sampled line may contain several items. Some are optional (marked
57 // below):
58 //
59 // a. Source line offset. This number represents the line number
60 //    in the function where the sample was collected. The line number is
61 //    always relative to the line where symbol of the function is
62 //    defined. So, if the function has its header at line 280, the offset
63 //    13 is at line 293 in the file.
64 //
65 //    Note that this offset should never be a negative number. This could
66 //    happen in cases like macros. The debug machinery will register the
67 //    line number at the point of macro expansion. So, if the macro was
68 //    expanded in a line before the start of the function, the profile
69 //    converter should emit a 0 as the offset (this means that the optimizers
70 //    will not be able to associate a meaningful weight to the instructions
71 //    in the macro).
72 //
73 // b. [OPTIONAL] Discriminator. This is used if the sampled program
74 //    was compiled with DWARF discriminator support
75 //    (http://wiki.dwarfstd.org/index.php?title=Path_Discriminators).
76 //    DWARF discriminators are unsigned integer values that allow the
77 //    compiler to distinguish between multiple execution paths on the
78 //    same source line location.
79 //
80 //    For example, consider the line of code ``if (cond) foo(); else bar();``.
81 //    If the predicate ``cond`` is true 80% of the time, then the edge
82 //    into function ``foo`` should be considered to be taken most of the
83 //    time. But both calls to ``foo`` and ``bar`` are at the same source
84 //    line, so a sample count at that line is not sufficient. The
85 //    compiler needs to know which part of that line is taken more
86 //    frequently.
87 //
88 //    This is what discriminators provide. In this case, the calls to
89 //    ``foo`` and ``bar`` will be at the same line, but will have
90 //    different discriminator values. This allows the compiler to correctly
91 //    set edge weights into ``foo`` and ``bar``.
92 //
93 // c. Number of samples. This is an integer quantity representing the
94 //    number of samples collected by the profiler at this source
95 //    location.
96 //
97 // d. [OPTIONAL] Potential call targets and samples. If present, this
98 //    line contains a call instruction. This models both direct and
99 //    number of samples. For example,
100 //
101 //      130: 7  foo:3  bar:2  baz:7
102 //
103 //    The above means that at relative line offset 130 there is a call
104 //    instruction that calls one of ``foo()``, ``bar()`` and ``baz()``,
105 //    with ``baz()`` being the relatively more frequently called target.
106 //
107 // Each callsite line may contain several items. Some are optional.
108 //
109 // a. Source line offset. This number represents the line number of the
110 //    callsite that is inlined in the profiled binary.
111 //
112 // b. [OPTIONAL] Discriminator. Same as the discriminator for sampled line.
113 //
114 // c. Number of samples. This is an integer quantity representing the
115 //    total number of samples collected for the inlined instance at this
116 //    callsite
117 //
118 //
119 // Binary format
120 // -------------
121 //
122 // This is a more compact encoding. Numbers are encoded as ULEB128 values
123 // and all strings are encoded in a name table. The file is organized in
124 // the following sections:
125 //
126 // MAGIC (uint64_t)
127 //    File identifier computed by function SPMagic() (0x5350524f463432ff)
128 //
129 // VERSION (uint32_t)
130 //    File format version number computed by SPVersion()
131 //
132 // SUMMARY
133 //    TOTAL_COUNT (uint64_t)
134 //        Total number of samples in the profile.
135 //    MAX_COUNT (uint64_t)
136 //        Maximum value of samples on a line.
137 //    MAX_FUNCTION_COUNT (uint64_t)
138 //        Maximum number of samples at function entry (head samples).
139 //    NUM_COUNTS (uint64_t)
140 //        Number of lines with samples.
141 //    NUM_FUNCTIONS (uint64_t)
142 //        Number of functions with samples.
143 //    NUM_DETAILED_SUMMARY_ENTRIES (size_t)
144 //        Number of entries in detailed summary
145 //    DETAILED_SUMMARY
146 //        A list of detailed summary entry. Each entry consists of
147 //        CUTOFF (uint32_t)
148 //            Required percentile of total sample count expressed as a fraction
149 //            multiplied by 1000000.
150 //        MIN_COUNT (uint64_t)
151 //            The minimum number of samples required to reach the target
152 //            CUTOFF.
153 //        NUM_COUNTS (uint64_t)
154 //            Number of samples to get to the desrired percentile.
155 //
156 // NAME TABLE
157 //    SIZE (uint32_t)
158 //        Number of entries in the name table.
159 //    NAMES
160 //        A NUL-separated list of SIZE strings.
161 //
162 // FUNCTION BODY (one for each uninlined function body present in the profile)
163 //    HEAD_SAMPLES (uint64_t) [only for top-level functions]
164 //        Total number of samples collected at the head (prologue) of the
165 //        function.
166 //        NOTE: This field should only be present for top-level functions
167 //              (i.e., not inlined into any caller). Inlined function calls
168 //              have no prologue, so they don't need this.
169 //    NAME_IDX (uint32_t)
170 //        Index into the name table indicating the function name.
171 //    SAMPLES (uint64_t)
172 //        Total number of samples collected in this function.
173 //    NRECS (uint32_t)
174 //        Total number of sampling records this function's profile.
175 //    BODY RECORDS
176 //        A list of NRECS entries. Each entry contains:
177 //          OFFSET (uint32_t)
178 //            Line offset from the start of the function.
179 //          DISCRIMINATOR (uint32_t)
180 //            Discriminator value (see description of discriminators
181 //            in the text format documentation above).
182 //          SAMPLES (uint64_t)
183 //            Number of samples collected at this location.
184 //          NUM_CALLS (uint32_t)
185 //            Number of non-inlined function calls made at this location. In the
186 //            case of direct calls, this number will always be 1. For indirect
187 //            calls (virtual functions and function pointers) this will
188 //            represent all the actual functions called at runtime.
189 //          CALL_TARGETS
190 //            A list of NUM_CALLS entries for each called function:
191 //               NAME_IDX (uint32_t)
192 //                  Index into the name table with the callee name.
193 //               SAMPLES (uint64_t)
194 //                  Number of samples collected at the call site.
195 //    NUM_INLINED_FUNCTIONS (uint32_t)
196 //      Number of callees inlined into this function.
197 //    INLINED FUNCTION RECORDS
198 //      A list of NUM_INLINED_FUNCTIONS entries describing each of the inlined
199 //      callees.
200 //        OFFSET (uint32_t)
201 //          Line offset from the start of the function.
202 //        DISCRIMINATOR (uint32_t)
203 //          Discriminator value (see description of discriminators
204 //          in the text format documentation above).
205 //        FUNCTION BODY
206 //          A FUNCTION BODY entry describing the inlined function.
207 //===----------------------------------------------------------------------===//
208
209 #ifndef LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H
210 #define LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H
211
212 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
213 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
214 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
215 #include "llvm/ADT/Twine.h"
216 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
217 #include "llvm/IR/Function.h"
218 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
219 #include "llvm/IR/ProfileSummary.h"
220 #include "llvm/ProfileData/GCOV.h"
221 #include "llvm/ProfileData/SampleProf.h"
222 #include "llvm/Support/Debug.h"
223 #include "llvm/Support/ErrorOr.h"
224 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
225 #include <algorithm>
226 #include <cstdint>
227 #include <memory>
228 #include <string>
229 #include <system_error>
230 #include <vector>
231
232 namespace llvm {
233
234 class raw_ostream;
235
236 namespace sampleprof {
237
238 /// Sample-based profile reader.
239 ///
240 /// Each profile contains sample counts for all the functions
241 /// executed. Inside each function, statements are annotated with the
242 /// collected samples on all the instructions associated with that
243 /// statement.
244 ///
245 /// For this to produce meaningful data, the program needs to be
246 /// compiled with some debug information (at minimum, line numbers:
247 /// -gline-tables-only). Otherwise, it will be impossible to match IR
248 /// instructions to the line numbers collected by the profiler.
249 ///
250 /// From the profile file, we are interested in collecting the
251 /// following information:
252 ///
253 /// * A list of functions included in the profile (mangled names).
254 ///
255 /// * For each function F:
256 ///   1. The total number of samples collected in F.
257 ///
258 ///   2. The samples collected at each line in F. To provide some
259 ///      protection against source code shuffling, line numbers should
260 ///      be relative to the start of the function.
261 ///
262 /// The reader supports two file formats: text and binary. The text format
263 /// is useful for debugging and testing, while the binary format is more
264 /// compact and I/O efficient. They can both be used interchangeably.
265 class SampleProfileReader {
266 public:
267   SampleProfileReader(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C,
268                       SampleProfileFormat Format = SPF_None)
269       : Profiles(0), Ctx(C), Buffer(std::move(B)), Format(Format) {}
270
271   virtual ~SampleProfileReader() = default;
272
273   /// Read and validate the file header.
274   virtual std::error_code readHeader() = 0;
275
276   /// Read sample profiles from the associated file.
277   virtual std::error_code read() = 0;
278
279   /// Print the profile for \p FName on stream \p OS.
280   void dumpFunctionProfile(StringRef FName, raw_ostream &OS = dbgs());
281
282   /// Print all the profiles on stream \p OS.
283   void dump(raw_ostream &OS = dbgs());
284
285   /// Return the samples collected for function \p F.
286   FunctionSamples *getSamplesFor(const Function &F) {
287     // The function name may have been updated by adding suffix. In sample
288     // profile, the function names are all stripped, so we need to strip
289     // the function name suffix before matching with profile.
290     StringRef Fname = F.getName().split('.').first;
291     std::string FGUID;
292     Fname = getRepInFormat(Fname, getFormat(), FGUID);
293     if (Profiles.count(Fname))
294       return &Profiles[Fname];
295     return nullptr;
296   }
297
298   /// Return all the profiles.
299   StringMap<FunctionSamples> &getProfiles() { return Profiles; }
300
301   /// Report a parse error message.
302   void reportError(int64_t LineNumber, Twine Msg) const {
303     Ctx.diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(Buffer->getBufferIdentifier(),
304                                              LineNumber, Msg));
305   }
306
307   /// Create a sample profile reader appropriate to the file format.
308   static ErrorOr<std::unique_ptr<SampleProfileReader>>
309   create(const Twine &Filename, LLVMContext &C);
310
311   /// Create a sample profile reader from the supplied memory buffer.
312   static ErrorOr<std::unique_ptr<SampleProfileReader>>
313   create(std::unique_ptr<MemoryBuffer> &B, LLVMContext &C);
314
315   /// Return the profile summary.
316   ProfileSummary &getSummary() { return *(Summary.get()); }
317
318   /// \brief Return the profile format.
319   SampleProfileFormat getFormat() { return Format; }
320
321 protected:
322   /// Map every function to its associated profile.
323   ///
324   /// The profile of every function executed at runtime is collected
325   /// in the structure FunctionSamples. This maps function objects
326   /// to their corresponding profiles.
327   StringMap<FunctionSamples> Profiles;
328
329   /// LLVM context used to emit diagnostics.
330   LLVMContext &Ctx;
331
332   /// Memory buffer holding the profile file.
333   std::unique_ptr<MemoryBuffer> Buffer;
334
335   /// Profile summary information.
336   std::unique_ptr<ProfileSummary> Summary;
337
338   /// Compute summary for this profile.
339   void computeSummary();
340
341   /// \brief The format of sample.
342   SampleProfileFormat Format = SPF_None;
343 };
344
345 class SampleProfileReaderText : public SampleProfileReader {
346 public:
347   SampleProfileReaderText(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
348       : SampleProfileReader(std::move(B), C, SPF_Text) {}
349
350   /// Read and validate the file header.
351   std::error_code readHeader() override { return sampleprof_error::success; }
352
353   /// Read sample profiles from the associated file.
354   std::error_code read() override;
355
356   /// Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
357   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
358 };
359
360 class SampleProfileReaderBinary : public SampleProfileReader {
361 public:
362   SampleProfileReaderBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C,
363                             SampleProfileFormat Format = SPF_None)
364       : SampleProfileReader(std::move(B), C, Format) {}
365
366   /// Read and validate the file header.
367   std::error_code readHeader() override;
368
369   /// Read sample profiles from the associated file.
370   std::error_code read() override;
371
372 protected:
373   /// Read a numeric value of type T from the profile.
374   ///
375   /// If an error occurs during decoding, a diagnostic message is emitted and
376   /// EC is set.
377   ///
378   /// \returns the read value.
379   template <typename T> ErrorOr<T> readNumber();
380
381   /// Read a string from the profile.
382   ///
383   /// If an error occurs during decoding, a diagnostic message is emitted and
384   /// EC is set.
385   ///
386   /// \returns the read value.
387   ErrorOr<StringRef> readString();
388
389   /// Read the string index and check whether it overflows the table.
390   template <typename T> inline ErrorOr<uint32_t> readStringIndex(T &Table);
391
392   /// Return true if we've reached the end of file.
393   bool at_eof() const { return Data >= End; }
394
395   /// Read the contents of the given profile instance.
396   std::error_code readProfile(FunctionSamples &FProfile);
397
398   /// Points to the current location in the buffer.
399   const uint8_t *Data = nullptr;
400
401   /// Points to the end of the buffer.
402   const uint8_t *End = nullptr;
403
404 private:
405   std::error_code readSummaryEntry(std::vector<ProfileSummaryEntry> &Entries);
406   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) = 0;
407
408   /// Read profile summary.
409   std::error_code readSummary();
410
411   /// Read the whole name table.
412   virtual std::error_code readNameTable() = 0;
413
414   /// Read a string indirectly via the name table.
415   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() = 0;
416 };
417
418 class SampleProfileReaderRawBinary : public SampleProfileReaderBinary {
419 private:
420   /// Function name table.
421   std::vector<StringRef> NameTable;
422   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) override;
423   virtual std::error_code readNameTable() override;
424   /// Read a string indirectly via the name table.
425   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() override;
426
427 public:
428   SampleProfileReaderRawBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
429       : SampleProfileReaderBinary(std::move(B), C, SPF_Binary) {}
430
431   /// \brief Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
432   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
433 };
434
435 class SampleProfileReaderCompactBinary : public SampleProfileReaderBinary {
436 private:
437   /// Function name table.
438   std::vector<std::string> NameTable;
439   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) override;
440   virtual std::error_code readNameTable() override;
441   /// Read a string indirectly via the name table.
442   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() override;
443
444 public:
445   SampleProfileReaderCompactBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B,
446                                    LLVMContext &C)
447       : SampleProfileReaderBinary(std::move(B), C, SPF_Compact_Binary) {}
448
449   /// \brief Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
450   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
451 };
452
453 using InlineCallStack = SmallVector<FunctionSamples *, 10>;
454
455 // Supported histogram types in GCC.  Currently, we only need support for
456 // call target histograms.
457 enum HistType {
458   HIST_TYPE_INTERVAL,
459   HIST_TYPE_POW2,
460   HIST_TYPE_SINGLE_VALUE,
461   HIST_TYPE_CONST_DELTA,
462   HIST_TYPE_INDIR_CALL,
463   HIST_TYPE_AVERAGE,
464   HIST_TYPE_IOR,
465   HIST_TYPE_INDIR_CALL_TOPN
466 };
467
468 class SampleProfileReaderGCC : public SampleProfileReader {
469 public:
470   SampleProfileReaderGCC(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
471       : SampleProfileReader(std::move(B), C, SPF_GCC),
472         GcovBuffer(Buffer.get()) {}
473
474   /// Read and validate the file header.
475   std::error_code readHeader() override;
476
477   /// Read sample profiles from the associated file.
478   std::error_code read() override;
479
480   /// Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
481   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
482
483 protected:
484   std::error_code readNameTable();
485   std::error_code readOneFunctionProfile(const InlineCallStack &InlineStack,
486                                          bool Update, uint32_t Offset);
487   std::error_code readFunctionProfiles();
488   std::error_code skipNextWord();
489   template <typename T> ErrorOr<T> readNumber();
490   ErrorOr<StringRef> readString();
491
492   /// Read the section tag and check that it's the same as \p Expected.
493   std::error_code readSectionTag(uint32_t Expected);
494
495   /// GCOV buffer containing the profile.
496   GCOVBuffer GcovBuffer;
497
498   /// Function names in this profile.
499   std::vector<std::string> Names;
500
501   /// GCOV tags used to separate sections in the profile file.
502   static const uint32_t GCOVTagAFDOFileNames = 0xaa000000;
503   static const uint32_t GCOVTagAFDOFunction = 0xac000000;
504 };
505
506 } // end namespace sampleprof
507
508 } // end namespace llvm
509
510 #endif // LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H