]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/include/llvm/ProfileData/SampleProfReader.h
Merge llvm, clang, compiler-rt, libc++, libunwind, lld, lldb and openmp
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / include / llvm / ProfileData / SampleProfReader.h
1 //===- SampleProfReader.h - Read LLVM sample profile data -------*- C++ -*-===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This file contains definitions needed for reading sample profiles.
10 //
11 // NOTE: If you are making changes to this file format, please remember
12 //       to document them in the Clang documentation at
13 //       tools/clang/docs/UsersManual.rst.
14 //
15 // Text format
16 // -----------
17 //
18 // Sample profiles are written as ASCII text. The file is divided into
19 // sections, which correspond to each of the functions executed at runtime.
20 // Each section has the following format
21 //
22 //     function1:total_samples:total_head_samples
23 //      offset1[.discriminator]: number_of_samples [fn1:num fn2:num ... ]
24 //      offset2[.discriminator]: number_of_samples [fn3:num fn4:num ... ]
25 //      ...
26 //      offsetN[.discriminator]: number_of_samples [fn5:num fn6:num ... ]
27 //      offsetA[.discriminator]: fnA:num_of_total_samples
28 //       offsetA1[.discriminator]: number_of_samples [fn7:num fn8:num ... ]
29 //       ...
30 //
31 // This is a nested tree in which the identation represents the nesting level
32 // of the inline stack. There are no blank lines in the file. And the spacing
33 // within a single line is fixed. Additional spaces will result in an error
34 // while reading the file.
35 //
36 // Any line starting with the '#' character is completely ignored.
37 //
38 // Inlined calls are represented with indentation. The Inline stack is a
39 // stack of source locations in which the top of the stack represents the
40 // leaf function, and the bottom of the stack represents the actual
41 // symbol to which the instruction belongs.
42 //
43 // Function names must be mangled in order for the profile loader to
44 // match them in the current translation unit. The two numbers in the
45 // function header specify how many total samples were accumulated in the
46 // function (first number), and the total number of samples accumulated
47 // in the prologue of the function (second number). This head sample
48 // count provides an indicator of how frequently the function is invoked.
49 //
50 // There are two types of lines in the function body.
51 //
52 // * Sampled line represents the profile information of a source location.
53 // * Callsite line represents the profile information of a callsite.
54 //
55 // Each sampled line may contain several items. Some are optional (marked
56 // below):
57 //
58 // a. Source line offset. This number represents the line number
59 //    in the function where the sample was collected. The line number is
60 //    always relative to the line where symbol of the function is
61 //    defined. So, if the function has its header at line 280, the offset
62 //    13 is at line 293 in the file.
63 //
64 //    Note that this offset should never be a negative number. This could
65 //    happen in cases like macros. The debug machinery will register the
66 //    line number at the point of macro expansion. So, if the macro was
67 //    expanded in a line before the start of the function, the profile
68 //    converter should emit a 0 as the offset (this means that the optimizers
69 //    will not be able to associate a meaningful weight to the instructions
70 //    in the macro).
71 //
72 // b. [OPTIONAL] Discriminator. This is used if the sampled program
73 //    was compiled with DWARF discriminator support
74 //    (http://wiki.dwarfstd.org/index.php?title=Path_Discriminators).
75 //    DWARF discriminators are unsigned integer values that allow the
76 //    compiler to distinguish between multiple execution paths on the
77 //    same source line location.
78 //
79 //    For example, consider the line of code ``if (cond) foo(); else bar();``.
80 //    If the predicate ``cond`` is true 80% of the time, then the edge
81 //    into function ``foo`` should be considered to be taken most of the
82 //    time. But both calls to ``foo`` and ``bar`` are at the same source
83 //    line, so a sample count at that line is not sufficient. The
84 //    compiler needs to know which part of that line is taken more
85 //    frequently.
86 //
87 //    This is what discriminators provide. In this case, the calls to
88 //    ``foo`` and ``bar`` will be at the same line, but will have
89 //    different discriminator values. This allows the compiler to correctly
90 //    set edge weights into ``foo`` and ``bar``.
91 //
92 // c. Number of samples. This is an integer quantity representing the
93 //    number of samples collected by the profiler at this source
94 //    location.
95 //
96 // d. [OPTIONAL] Potential call targets and samples. If present, this
97 //    line contains a call instruction. This models both direct and
98 //    number of samples. For example,
99 //
100 //      130: 7  foo:3  bar:2  baz:7
101 //
102 //    The above means that at relative line offset 130 there is a call
103 //    instruction that calls one of ``foo()``, ``bar()`` and ``baz()``,
104 //    with ``baz()`` being the relatively more frequently called target.
105 //
106 // Each callsite line may contain several items. Some are optional.
107 //
108 // a. Source line offset. This number represents the line number of the
109 //    callsite that is inlined in the profiled binary.
110 //
111 // b. [OPTIONAL] Discriminator. Same as the discriminator for sampled line.
112 //
113 // c. Number of samples. This is an integer quantity representing the
114 //    total number of samples collected for the inlined instance at this
115 //    callsite
116 //
117 //
118 // Binary format
119 // -------------
120 //
121 // This is a more compact encoding. Numbers are encoded as ULEB128 values
122 // and all strings are encoded in a name table. The file is organized in
123 // the following sections:
124 //
125 // MAGIC (uint64_t)
126 //    File identifier computed by function SPMagic() (0x5350524f463432ff)
127 //
128 // VERSION (uint32_t)
129 //    File format version number computed by SPVersion()
130 //
131 // SUMMARY
132 //    TOTAL_COUNT (uint64_t)
133 //        Total number of samples in the profile.
134 //    MAX_COUNT (uint64_t)
135 //        Maximum value of samples on a line.
136 //    MAX_FUNCTION_COUNT (uint64_t)
137 //        Maximum number of samples at function entry (head samples).
138 //    NUM_COUNTS (uint64_t)
139 //        Number of lines with samples.
140 //    NUM_FUNCTIONS (uint64_t)
141 //        Number of functions with samples.
142 //    NUM_DETAILED_SUMMARY_ENTRIES (size_t)
143 //        Number of entries in detailed summary
144 //    DETAILED_SUMMARY
145 //        A list of detailed summary entry. Each entry consists of
146 //        CUTOFF (uint32_t)
147 //            Required percentile of total sample count expressed as a fraction
148 //            multiplied by 1000000.
149 //        MIN_COUNT (uint64_t)
150 //            The minimum number of samples required to reach the target
151 //            CUTOFF.
152 //        NUM_COUNTS (uint64_t)
153 //            Number of samples to get to the desrired percentile.
154 //
155 // NAME TABLE
156 //    SIZE (uint32_t)
157 //        Number of entries in the name table.
158 //    NAMES
159 //        A NUL-separated list of SIZE strings.
160 //
161 // FUNCTION BODY (one for each uninlined function body present in the profile)
162 //    HEAD_SAMPLES (uint64_t) [only for top-level functions]
163 //        Total number of samples collected at the head (prologue) of the
164 //        function.
165 //        NOTE: This field should only be present for top-level functions
166 //              (i.e., not inlined into any caller). Inlined function calls
167 //              have no prologue, so they don't need this.
168 //    NAME_IDX (uint32_t)
169 //        Index into the name table indicating the function name.
170 //    SAMPLES (uint64_t)
171 //        Total number of samples collected in this function.
172 //    NRECS (uint32_t)
173 //        Total number of sampling records this function's profile.
174 //    BODY RECORDS
175 //        A list of NRECS entries. Each entry contains:
176 //          OFFSET (uint32_t)
177 //            Line offset from the start of the function.
178 //          DISCRIMINATOR (uint32_t)
179 //            Discriminator value (see description of discriminators
180 //            in the text format documentation above).
181 //          SAMPLES (uint64_t)
182 //            Number of samples collected at this location.
183 //          NUM_CALLS (uint32_t)
184 //            Number of non-inlined function calls made at this location. In the
185 //            case of direct calls, this number will always be 1. For indirect
186 //            calls (virtual functions and function pointers) this will
187 //            represent all the actual functions called at runtime.
188 //          CALL_TARGETS
189 //            A list of NUM_CALLS entries for each called function:
190 //               NAME_IDX (uint32_t)
191 //                  Index into the name table with the callee name.
192 //               SAMPLES (uint64_t)
193 //                  Number of samples collected at the call site.
194 //    NUM_INLINED_FUNCTIONS (uint32_t)
195 //      Number of callees inlined into this function.
196 //    INLINED FUNCTION RECORDS
197 //      A list of NUM_INLINED_FUNCTIONS entries describing each of the inlined
198 //      callees.
199 //        OFFSET (uint32_t)
200 //          Line offset from the start of the function.
201 //        DISCRIMINATOR (uint32_t)
202 //          Discriminator value (see description of discriminators
203 //          in the text format documentation above).
204 //        FUNCTION BODY
205 //          A FUNCTION BODY entry describing the inlined function.
206 //===----------------------------------------------------------------------===//
207
208 #ifndef LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H
209 #define LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H
210
211 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
212 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
213 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
214 #include "llvm/ADT/Twine.h"
215 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
216 #include "llvm/IR/Function.h"
217 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
218 #include "llvm/IR/ProfileSummary.h"
219 #include "llvm/ProfileData/GCOV.h"
220 #include "llvm/ProfileData/SampleProf.h"
221 #include "llvm/Support/Debug.h"
222 #include "llvm/Support/ErrorOr.h"
223 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
224 #include "llvm/Support/SymbolRemappingReader.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   virtual void collectFuncsToUse(const Module &M) {}
283
284   /// Print all the profiles on stream \p OS.
285   void dump(raw_ostream &OS = dbgs());
286
287   /// Return the samples collected for function \p F.
288   FunctionSamples *getSamplesFor(const Function &F) {
289     // The function name may have been updated by adding suffix. Call
290     // a helper to (optionally) strip off suffixes so that we can
291     // match against the original function name in the profile.
292     StringRef CanonName = FunctionSamples::getCanonicalFnName(F);
293     return getSamplesFor(CanonName);
294   }
295
296   /// Return the samples collected for function \p F.
297   virtual FunctionSamples *getSamplesFor(StringRef Fname) {
298     std::string FGUID;
299     Fname = getRepInFormat(Fname, getFormat(), FGUID);
300     auto It = Profiles.find(Fname);
301     if (It != Profiles.end())
302       return &It->second;
303     return nullptr;
304   }
305
306   /// Return all the profiles.
307   StringMap<FunctionSamples> &getProfiles() { return Profiles; }
308
309   /// Report a parse error message.
310   void reportError(int64_t LineNumber, Twine Msg) const {
311     Ctx.diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(Buffer->getBufferIdentifier(),
312                                              LineNumber, Msg));
313   }
314
315   /// Create a sample profile reader appropriate to the file format.
316   static ErrorOr<std::unique_ptr<SampleProfileReader>>
317   create(const Twine &Filename, LLVMContext &C);
318
319   /// Create a sample profile reader from the supplied memory buffer.
320   static ErrorOr<std::unique_ptr<SampleProfileReader>>
321   create(std::unique_ptr<MemoryBuffer> &B, LLVMContext &C);
322
323   /// Return the profile summary.
324   ProfileSummary &getSummary() { return *(Summary.get()); }
325
326   /// \brief Return the profile format.
327   SampleProfileFormat getFormat() { return Format; }
328
329 protected:
330   /// Map every function to its associated profile.
331   ///
332   /// The profile of every function executed at runtime is collected
333   /// in the structure FunctionSamples. This maps function objects
334   /// to their corresponding profiles.
335   StringMap<FunctionSamples> Profiles;
336
337   /// LLVM context used to emit diagnostics.
338   LLVMContext &Ctx;
339
340   /// Memory buffer holding the profile file.
341   std::unique_ptr<MemoryBuffer> Buffer;
342
343   /// Profile summary information.
344   std::unique_ptr<ProfileSummary> Summary;
345
346   /// Take ownership of the summary of this reader.
347   static std::unique_ptr<ProfileSummary>
348   takeSummary(SampleProfileReader &Reader) {
349     return std::move(Reader.Summary);
350   }
351
352   /// Compute summary for this profile.
353   void computeSummary();
354
355   /// \brief The format of sample.
356   SampleProfileFormat Format = SPF_None;
357 };
358
359 class SampleProfileReaderText : public SampleProfileReader {
360 public:
361   SampleProfileReaderText(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
362       : SampleProfileReader(std::move(B), C, SPF_Text) {}
363
364   /// Read and validate the file header.
365   std::error_code readHeader() override { return sampleprof_error::success; }
366
367   /// Read sample profiles from the associated file.
368   std::error_code read() override;
369
370   /// Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
371   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
372 };
373
374 class SampleProfileReaderBinary : public SampleProfileReader {
375 public:
376   SampleProfileReaderBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C,
377                             SampleProfileFormat Format = SPF_None)
378       : SampleProfileReader(std::move(B), C, Format) {}
379
380   /// Read and validate the file header.
381   virtual std::error_code readHeader() override;
382
383   /// Read sample profiles from the associated file.
384   std::error_code read() override;
385
386 protected:
387   /// Read a numeric value of type T from the profile.
388   ///
389   /// If an error occurs during decoding, a diagnostic message is emitted and
390   /// EC is set.
391   ///
392   /// \returns the read value.
393   template <typename T> ErrorOr<T> readNumber();
394
395   /// Read a numeric value of type T from the profile. The value is saved
396   /// without encoded.
397   template <typename T> ErrorOr<T> readUnencodedNumber();
398
399   /// Read a string from the profile.
400   ///
401   /// If an error occurs during decoding, a diagnostic message is emitted and
402   /// EC is set.
403   ///
404   /// \returns the read value.
405   ErrorOr<StringRef> readString();
406
407   /// Read the string index and check whether it overflows the table.
408   template <typename T> inline ErrorOr<uint32_t> readStringIndex(T &Table);
409
410   /// Return true if we've reached the end of file.
411   bool at_eof() const { return Data >= End; }
412
413   /// Read the next function profile instance.
414   std::error_code readFuncProfile();
415
416   /// Read the contents of the given profile instance.
417   std::error_code readProfile(FunctionSamples &FProfile);
418
419   /// Points to the current location in the buffer.
420   const uint8_t *Data = nullptr;
421
422   /// Points to the end of the buffer.
423   const uint8_t *End = nullptr;
424
425 private:
426   std::error_code readSummaryEntry(std::vector<ProfileSummaryEntry> &Entries);
427   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) = 0;
428
429   /// Read profile summary.
430   std::error_code readSummary();
431
432   /// Read the whole name table.
433   virtual std::error_code readNameTable() = 0;
434
435   /// Read a string indirectly via the name table.
436   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() = 0;
437 };
438
439 class SampleProfileReaderRawBinary : public SampleProfileReaderBinary {
440 private:
441   /// Function name table.
442   std::vector<StringRef> NameTable;
443   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) override;
444   virtual std::error_code readNameTable() override;
445   /// Read a string indirectly via the name table.
446   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() override;
447
448 public:
449   SampleProfileReaderRawBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
450       : SampleProfileReaderBinary(std::move(B), C, SPF_Binary) {}
451
452   /// \brief Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
453   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
454 };
455
456 class SampleProfileReaderCompactBinary : public SampleProfileReaderBinary {
457 private:
458   /// Function name table.
459   std::vector<std::string> NameTable;
460   /// The table mapping from function name to the offset of its FunctionSample
461   /// towards file start.
462   DenseMap<StringRef, uint64_t> FuncOffsetTable;
463   /// The set containing the functions to use when compiling a module.
464   DenseSet<StringRef> FuncsToUse;
465   virtual std::error_code verifySPMagic(uint64_t Magic) override;
466   virtual std::error_code readNameTable() override;
467   /// Read a string indirectly via the name table.
468   virtual ErrorOr<StringRef> readStringFromTable() override;
469   virtual std::error_code readHeader() override;
470   std::error_code readFuncOffsetTable();
471
472 public:
473   SampleProfileReaderCompactBinary(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B,
474                                    LLVMContext &C)
475       : SampleProfileReaderBinary(std::move(B), C, SPF_Compact_Binary) {}
476
477   /// \brief Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
478   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
479
480   /// Read samples only for functions to use.
481   std::error_code read() override;
482
483   /// Collect functions to be used when compiling Module \p M.
484   void collectFuncsToUse(const Module &M) override;
485 };
486
487 using InlineCallStack = SmallVector<FunctionSamples *, 10>;
488
489 // Supported histogram types in GCC.  Currently, we only need support for
490 // call target histograms.
491 enum HistType {
492   HIST_TYPE_INTERVAL,
493   HIST_TYPE_POW2,
494   HIST_TYPE_SINGLE_VALUE,
495   HIST_TYPE_CONST_DELTA,
496   HIST_TYPE_INDIR_CALL,
497   HIST_TYPE_AVERAGE,
498   HIST_TYPE_IOR,
499   HIST_TYPE_INDIR_CALL_TOPN
500 };
501
502 class SampleProfileReaderGCC : public SampleProfileReader {
503 public:
504   SampleProfileReaderGCC(std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C)
505       : SampleProfileReader(std::move(B), C, SPF_GCC),
506         GcovBuffer(Buffer.get()) {}
507
508   /// Read and validate the file header.
509   std::error_code readHeader() override;
510
511   /// Read sample profiles from the associated file.
512   std::error_code read() override;
513
514   /// Return true if \p Buffer is in the format supported by this class.
515   static bool hasFormat(const MemoryBuffer &Buffer);
516
517 protected:
518   std::error_code readNameTable();
519   std::error_code readOneFunctionProfile(const InlineCallStack &InlineStack,
520                                          bool Update, uint32_t Offset);
521   std::error_code readFunctionProfiles();
522   std::error_code skipNextWord();
523   template <typename T> ErrorOr<T> readNumber();
524   ErrorOr<StringRef> readString();
525
526   /// Read the section tag and check that it's the same as \p Expected.
527   std::error_code readSectionTag(uint32_t Expected);
528
529   /// GCOV buffer containing the profile.
530   GCOVBuffer GcovBuffer;
531
532   /// Function names in this profile.
533   std::vector<std::string> Names;
534
535   /// GCOV tags used to separate sections in the profile file.
536   static const uint32_t GCOVTagAFDOFileNames = 0xaa000000;
537   static const uint32_t GCOVTagAFDOFunction = 0xac000000;
538 };
539
540 /// A profile data reader proxy that remaps the profile data from another
541 /// sample profile data reader, by applying a provided set of equivalences
542 /// between components of the symbol names in the profile.
543 class SampleProfileReaderItaniumRemapper : public SampleProfileReader {
544 public:
545   SampleProfileReaderItaniumRemapper(
546       std::unique_ptr<MemoryBuffer> B, LLVMContext &C,
547       std::unique_ptr<SampleProfileReader> Underlying)
548       : SampleProfileReader(std::move(B), C, Underlying->getFormat()) {
549     Profiles = std::move(Underlying->getProfiles());
550     Summary = takeSummary(*Underlying);
551     // Keep the underlying reader alive; the profile data may contain
552     // StringRefs referencing names in its name table.
553     UnderlyingReader = std::move(Underlying);
554   }
555
556   /// Create a remapped sample profile from the given remapping file and
557   /// underlying samples.
558   static ErrorOr<std::unique_ptr<SampleProfileReader>>
559   create(const Twine &Filename, LLVMContext &C,
560          std::unique_ptr<SampleProfileReader> Underlying);
561
562   /// Read and validate the file header.
563   std::error_code readHeader() override { return sampleprof_error::success; }
564
565   /// Read remapping file and apply it to the sample profile.
566   std::error_code read() override;
567
568   /// Return the samples collected for function \p F.
569   FunctionSamples *getSamplesFor(StringRef FunctionName) override;
570   using SampleProfileReader::getSamplesFor;
571
572 private:
573   SymbolRemappingReader Remappings;
574   DenseMap<SymbolRemappingReader::Key, FunctionSamples*> SampleMap;
575   std::unique_ptr<SampleProfileReader> UnderlyingReader;
576 };
577
578 } // end namespace sampleprof
579
580 } // end namespace llvm
581
582 #endif // LLVM_PROFILEDATA_SAMPLEPROFREADER_H