contrib/llvm/lib/LTO/ThinLTOCodeGenerator.cpp

   1 //===-ThinLTOCodeGenerator.cpp - LLVM Link Time Optimizer -----------------===//
   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 implements the Thin Link Time Optimization library. This library is
  11 // intended to be used by linker to optimize code at link time.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/LTO/legacy/ThinLTOCodeGenerator.h"
  16
  17 #ifdef HAVE_LLVM_REVISION
  18 #include "LLVMLTORevision.h"
  19 #endif
  20
  21 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  22 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  23 #include "llvm/Analysis/ModuleSummaryAnalysis.h"
  24 #include "llvm/Analysis/ProfileSummaryInfo.h"
  25 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  26 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
  27 #include "llvm/Bitcode/BitcodeReader.h"
  28 #include "llvm/Bitcode/BitcodeWriter.h"
  29 #include "llvm/Bitcode/BitcodeWriterPass.h"
  30 #include "llvm/ExecutionEngine/ObjectMemoryBuffer.h"
  31 #include "llvm/IR/DiagnosticPrinter.h"
  32 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  33 #include "llvm/IR/LegacyPassManager.h"
  34 #include "llvm/IR/Mangler.h"
  35 #include "llvm/IRReader/IRReader.h"
  36 #include "llvm/LTO/LTO.h"
  37 #include "llvm/Linker/Linker.h"
  38 #include "llvm/MC/SubtargetFeature.h"
  39 #include "llvm/Object/IRObjectFile.h"
  40 #include "llvm/Object/ModuleSummaryIndexObjectFile.h"
  41 #include "llvm/Support/CachePruning.h"
  42 #include "llvm/Support/Debug.h"
  43 #include "llvm/Support/Error.h"
  44 #include "llvm/Support/Path.h"
  45 #include "llvm/Support/SHA1.h"
  46 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
  47 #include "llvm/Support/ThreadPool.h"
  48 #include "llvm/Support/Threading.h"
  49 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  50 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  51 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  52 #include "llvm/Transforms/IPO/FunctionImport.h"
  53 #include "llvm/Transforms/IPO/Internalize.h"
  54 #include "llvm/Transforms/IPO/PassManagerBuilder.h"
  55 #include "llvm/Transforms/ObjCARC.h"
  56 #include "llvm/Transforms/Utils/FunctionImportUtils.h"
  57
  58 #include <numeric>
  59
  60 using namespace llvm;
  61
  62 #define DEBUG_TYPE "thinlto"
  63
  64 namespace llvm {
  65 // Flags -discard-value-names, defined in LTOCodeGenerator.cpp
  66 extern cl::opt<bool> LTODiscardValueNames;
  67 extern cl::opt<std::string> LTORemarksFilename;
  68 extern cl::opt<bool> LTOPassRemarksWithHotness;
  69 }
  70
  71 namespace {
  72
  73 static cl::opt<int>
  74     ThreadCount("threads", cl::init(llvm::heavyweight_hardware_concurrency()));
  75
  76 Expected<std::unique_ptr<tool_output_file>>
  77 setupOptimizationRemarks(LLVMContext &Ctx, int Count) {
  78   if (LTOPassRemarksWithHotness)
  79     Ctx.setDiagnosticHotnessRequested(true);
  80
  81   if (LTORemarksFilename.empty())
  82     return nullptr;
  83
  84   std::string FileName =
  85       LTORemarksFilename + ".thin." + llvm::utostr(Count) + ".yaml";
  86   std::error_code EC;
  87   auto DiagnosticOutputFile =
  88       llvm::make_unique<tool_output_file>(FileName, EC, sys::fs::F_None);
  89   if (EC)
  90     return errorCodeToError(EC);
  91   Ctx.setDiagnosticsOutputFile(
  92       llvm::make_unique<yaml::Output>(DiagnosticOutputFile->os()));
  93   DiagnosticOutputFile->keep();
  94   return std::move(DiagnosticOutputFile);
  95 }
  96
  97 // Simple helper to save temporary files for debug.
  98 static void saveTempBitcode(const Module &TheModule, StringRef TempDir,
  99                             unsigned count, StringRef Suffix) {
 100   if (TempDir.empty())
 101     return;
 102   // User asked to save temps, let dump the bitcode file after import.
 103   std::string SaveTempPath = (TempDir + llvm::utostr(count) + Suffix).str();
 104   std::error_code EC;
 105   raw_fd_ostream OS(SaveTempPath, EC, sys::fs::F_None);
 106   if (EC)
 107     report_fatal_error(Twine("Failed to open ") + SaveTempPath +
 108                        " to save optimized bitcode\n");
 109   WriteBitcodeToFile(&TheModule, OS, /* ShouldPreserveUseListOrder */ true);
 110 }
 111
 112 static const GlobalValueSummary *
 113 getFirstDefinitionForLinker(const GlobalValueSummaryList &GVSummaryList) {
 114   // If there is any strong definition anywhere, get it.
 115   auto StrongDefForLinker = llvm::find_if(
 116       GVSummaryList, [](const std::unique_ptr<GlobalValueSummary> &Summary) {
 117         auto Linkage = Summary->linkage();
 118         return !GlobalValue::isAvailableExternallyLinkage(Linkage) &&
 119                !GlobalValue::isWeakForLinker(Linkage);
 120       });
 121   if (StrongDefForLinker != GVSummaryList.end())
 122     return StrongDefForLinker->get();
 123   // Get the first *linker visible* definition for this global in the summary
 124   // list.
 125   auto FirstDefForLinker = llvm::find_if(
 126       GVSummaryList, [](const std::unique_ptr<GlobalValueSummary> &Summary) {
 127         auto Linkage = Summary->linkage();
 128         return !GlobalValue::isAvailableExternallyLinkage(Linkage);
 129       });
 130   // Extern templates can be emitted as available_externally.
 131   if (FirstDefForLinker == GVSummaryList.end())
 132     return nullptr;
 133   return FirstDefForLinker->get();
 134 }
 135
 136 // Populate map of GUID to the prevailing copy for any multiply defined
 137 // symbols. Currently assume first copy is prevailing, or any strong
 138 // definition. Can be refined with Linker information in the future.
 139 static void computePrevailingCopies(
 140     const ModuleSummaryIndex &Index,
 141     DenseMap<GlobalValue::GUID, const GlobalValueSummary *> &PrevailingCopy) {
 142   auto HasMultipleCopies = [&](const GlobalValueSummaryList &GVSummaryList) {
 143     return GVSummaryList.size() > 1;
 144   };
 145
 146   for (auto &I : Index) {
 147     if (HasMultipleCopies(I.second))
 148       PrevailingCopy[I.first] = getFirstDefinitionForLinker(I.second);
 149   }
 150 }
 151
 152 static StringMap<MemoryBufferRef>
 153 generateModuleMap(const std::vector<MemoryBufferRef> &Modules) {
 154   StringMap<MemoryBufferRef> ModuleMap;
 155   for (auto &ModuleBuffer : Modules) {
 156     assert(ModuleMap.find(ModuleBuffer.getBufferIdentifier()) ==
 157                ModuleMap.end() &&
 158            "Expect unique Buffer Identifier");
 159     ModuleMap[ModuleBuffer.getBufferIdentifier()] = ModuleBuffer;
 160   }
 161   return ModuleMap;
 162 }
 163
 164 static void promoteModule(Module &TheModule, const ModuleSummaryIndex &Index) {
 165   if (renameModuleForThinLTO(TheModule, Index))
 166     report_fatal_error("renameModuleForThinLTO failed");
 167 }
 168
 169 static std::unique_ptr<Module>
 170 loadModuleFromBuffer(const MemoryBufferRef &Buffer, LLVMContext &Context,
 171                      bool Lazy, bool IsImporting) {
 172   SMDiagnostic Err;
 173   Expected<std::unique_ptr<Module>> ModuleOrErr =
 174       Lazy
 175           ? getLazyBitcodeModule(Buffer, Context,
 176                                  /* ShouldLazyLoadMetadata */ true, IsImporting)
 177           : parseBitcodeFile(Buffer, Context);
 178   if (!ModuleOrErr) {
 179     handleAllErrors(ModuleOrErr.takeError(), [&](ErrorInfoBase &EIB) {
 180       SMDiagnostic Err = SMDiagnostic(Buffer.getBufferIdentifier(),
 181                                       SourceMgr::DK_Error, EIB.message());
 182       Err.print("ThinLTO", errs());
 183     });
 184     report_fatal_error("Can't load module, abort.");
 185   }
 186   return std::move(ModuleOrErr.get());
 187 }
 188
 189 static void
 190 crossImportIntoModule(Module &TheModule, const ModuleSummaryIndex &Index,
 191                       StringMap<MemoryBufferRef> &ModuleMap,
 192                       const FunctionImporter::ImportMapTy &ImportList) {
 193   auto Loader = [&](StringRef Identifier) {
 194     return loadModuleFromBuffer(ModuleMap[Identifier], TheModule.getContext(),
 195                                 /*Lazy=*/true, /*IsImporting*/ true);
 196   };
 197
 198   FunctionImporter Importer(Index, Loader);
 199   if (!Importer.importFunctions(TheModule, ImportList))
 200     report_fatal_error("importFunctions failed");
 201 }
 202
 203 static void optimizeModule(Module &TheModule, TargetMachine &TM,
 204                            unsigned OptLevel) {
 205   // Populate the PassManager
 206   PassManagerBuilder PMB;
 207   PMB.LibraryInfo = new TargetLibraryInfoImpl(TM.getTargetTriple());
 208   PMB.Inliner = createFunctionInliningPass();
 209   // FIXME: should get it from the bitcode?
 210   PMB.OptLevel = OptLevel;
 211   PMB.LoopVectorize = true;
 212   PMB.SLPVectorize = true;
 213   PMB.VerifyInput = true;
 214   PMB.VerifyOutput = false;
 215
 216   legacy::PassManager PM;
 217
 218   // Add the TTI (required to inform the vectorizer about register size for
 219   // instance)
 220   PM.add(createTargetTransformInfoWrapperPass(TM.getTargetIRAnalysis()));
 221
 222   // Add optimizations
 223   PMB.populateThinLTOPassManager(PM);
 224
 225   PM.run(TheModule);
 226 }
 227
 228 // Convert the PreservedSymbols map from "Name" based to "GUID" based.
 229 static DenseSet<GlobalValue::GUID>
 230 computeGUIDPreservedSymbols(const StringSet<> &PreservedSymbols,
 231                             const Triple &TheTriple) {
 232   DenseSet<GlobalValue::GUID> GUIDPreservedSymbols(PreservedSymbols.size());
 233   for (auto &Entry : PreservedSymbols) {
 234     StringRef Name = Entry.first();
 235     if (TheTriple.isOSBinFormatMachO() && Name.size() > 0 && Name[0] == '_')
 236       Name = Name.drop_front();
 237     GUIDPreservedSymbols.insert(GlobalValue::getGUID(Name));
 238   }
 239   return GUIDPreservedSymbols;
 240 }
 241
 242 std::unique_ptr<MemoryBuffer> codegenModule(Module &TheModule,
 243                                             TargetMachine &TM) {
 244   SmallVector<char, 128> OutputBuffer;
 245
 246   // CodeGen
 247   {
 248     raw_svector_ostream OS(OutputBuffer);
 249     legacy::PassManager PM;
 250
 251     // If the bitcode files contain ARC code and were compiled with optimization,
 252     // the ObjCARCContractPass must be run, so do it unconditionally here.
 253     PM.add(createObjCARCContractPass());
 254
 255     // Setup the codegen now.
 256     if (TM.addPassesToEmitFile(PM, OS, TargetMachine::CGFT_ObjectFile,
 257                                /* DisableVerify */ true))
 258       report_fatal_error("Failed to setup codegen");
 259
 260     // Run codegen now. resulting binary is in OutputBuffer.
 261     PM.run(TheModule);
 262   }
 263   return make_unique<ObjectMemoryBuffer>(std::move(OutputBuffer));
 264 }
 265
 266 /// Manage caching for a single Module.
 267 class ModuleCacheEntry {
 268   SmallString<128> EntryPath;
 269
 270 public:
 271   // Create a cache entry. This compute a unique hash for the Module considering
 272   // the current list of export/import, and offer an interface to query to
 273   // access the content in the cache.
 274   ModuleCacheEntry(
 275       StringRef CachePath, const ModuleSummaryIndex &Index, StringRef ModuleID,
 276       const FunctionImporter::ImportMapTy &ImportList,
 277       const FunctionImporter::ExportSetTy &ExportList,
 278       const std::map<GlobalValue::GUID, GlobalValue::LinkageTypes> &ResolvedODR,
 279       const GVSummaryMapTy &DefinedFunctions,
 280       const DenseSet<GlobalValue::GUID> &PreservedSymbols) {
 281     if (CachePath.empty())
 282       return;
 283
 284     if (!Index.modulePaths().count(ModuleID))
 285       // The module does not have an entry, it can't have a hash at all
 286       return;
 287
 288     // Compute the unique hash for this entry
 289     // This is based on the current compiler version, the module itself, the
 290     // export list, the hash for every single module in the import list, the
 291     // list of ResolvedODR for the module, and the list of preserved symbols.
 292
 293     // Include the hash for the current module
 294     auto ModHash = Index.getModuleHash(ModuleID);
 295
 296     if (all_of(ModHash, [](uint32_t V) { return V == 0; }))
 297       // No hash entry, no caching!
 298       return;
 299
 300     SHA1 Hasher;
 301
 302     // Start with the compiler revision
 303     Hasher.update(LLVM_VERSION_STRING);
 304 #ifdef HAVE_LLVM_REVISION
 305     Hasher.update(LLVM_REVISION);
 306 #endif
 307
 308     Hasher.update(ArrayRef<uint8_t>((uint8_t *)&ModHash[0], sizeof(ModHash)));
 309     for (auto F : ExportList)
 310       // The export list can impact the internalization, be conservative here
 311       Hasher.update(ArrayRef<uint8_t>((uint8_t *)&F, sizeof(F)));
 312
 313     // Include the hash for every module we import functions from
 314     for (auto &Entry : ImportList) {
 315       auto ModHash = Index.getModuleHash(Entry.first());
 316       Hasher.update(ArrayRef<uint8_t>((uint8_t *)&ModHash[0], sizeof(ModHash)));
 317     }
 318
 319     // Include the hash for the resolved ODR.
 320     for (auto &Entry : ResolvedODR) {
 321       Hasher.update(ArrayRef<uint8_t>((const uint8_t *)&Entry.first,
 322                                       sizeof(GlobalValue::GUID)));
 323       Hasher.update(ArrayRef<uint8_t>((const uint8_t *)&Entry.second,
 324                                       sizeof(GlobalValue::LinkageTypes)));
 325     }
 326
 327     // Include the hash for the preserved symbols.
 328     for (auto &Entry : PreservedSymbols) {
 329       if (DefinedFunctions.count(Entry))
 330         Hasher.update(
 331             ArrayRef<uint8_t>((const uint8_t *)&Entry, sizeof(GlobalValue::GUID)));
 332     }
 333
 334     sys::path::append(EntryPath, CachePath, toHex(Hasher.result()));
 335   }
 336
 337   // Access the path to this entry in the cache.
 338   StringRef getEntryPath() { return EntryPath; }
 339
 340   // Try loading the buffer for this cache entry.
 341   ErrorOr<std::unique_ptr<MemoryBuffer>> tryLoadingBuffer() {
 342     if (EntryPath.empty())
 343       return std::error_code();
 344     return MemoryBuffer::getFile(EntryPath);
 345   }
 346
 347   // Cache the Produced object file
 348   void write(const MemoryBuffer &OutputBuffer) {
 349     if (EntryPath.empty())
 350       return;
 351
 352     // Write to a temporary to avoid race condition
 353     SmallString<128> TempFilename;
 354     int TempFD;
 355     std::error_code EC =
 356         sys::fs::createTemporaryFile("Thin", "tmp.o", TempFD, TempFilename);
 357     if (EC) {
 358       errs() << "Error: " << EC.message() << "\n";
 359       report_fatal_error("ThinLTO: Can't get a temporary file");
 360     }
 361     {
 362       raw_fd_ostream OS(TempFD, /* ShouldClose */ true);
 363       OS << OutputBuffer.getBuffer();
 364     }
 365     // Rename to final destination (hopefully race condition won't matter here)
 366     EC = sys::fs::rename(TempFilename, EntryPath);
 367     if (EC) {
 368       sys::fs::remove(TempFilename);
 369       raw_fd_ostream OS(EntryPath, EC, sys::fs::F_None);
 370       if (EC)
 371         report_fatal_error(Twine("Failed to open ") + EntryPath +
 372                            " to save cached entry\n");
 373       OS << OutputBuffer.getBuffer();
 374     }
 375   }
 376 };
 377
 378 static std::unique_ptr<MemoryBuffer>
 379 ProcessThinLTOModule(Module &TheModule, ModuleSummaryIndex &Index,
 380                      StringMap<MemoryBufferRef> &ModuleMap, TargetMachine &TM,
 381                      const FunctionImporter::ImportMapTy &ImportList,
 382                      const FunctionImporter::ExportSetTy &ExportList,
 383                      const DenseSet<GlobalValue::GUID> &GUIDPreservedSymbols,
 384                      const GVSummaryMapTy &DefinedGlobals,
 385                      const ThinLTOCodeGenerator::CachingOptions &CacheOptions,
 386                      bool DisableCodeGen, StringRef SaveTempsDir,
 387                      unsigned OptLevel, unsigned count) {
 388
 389   // "Benchmark"-like optimization: single-source case
 390   bool SingleModule = (ModuleMap.size() == 1);
 391
 392   if (!SingleModule) {
 393     promoteModule(TheModule, Index);
 394
 395     // Apply summary-based LinkOnce/Weak resolution decisions.
 396     thinLTOResolveWeakForLinkerModule(TheModule, DefinedGlobals);
 397
 398     // Save temps: after promotion.
 399     saveTempBitcode(TheModule, SaveTempsDir, count, ".1.promoted.bc");
 400   }
 401
 402   // Be friendly and don't nuke totally the module when the client didn't
 403   // supply anything to preserve.
 404   if (!ExportList.empty() || !GUIDPreservedSymbols.empty()) {
 405     // Apply summary-based internalization decisions.
 406     thinLTOInternalizeModule(TheModule, DefinedGlobals);
 407   }
 408
 409   // Save internalized bitcode
 410   saveTempBitcode(TheModule, SaveTempsDir, count, ".2.internalized.bc");
 411
 412   if (!SingleModule) {
 413     crossImportIntoModule(TheModule, Index, ModuleMap, ImportList);
 414
 415     // Save temps: after cross-module import.
 416     saveTempBitcode(TheModule, SaveTempsDir, count, ".3.imported.bc");
 417   }
 418
 419   optimizeModule(TheModule, TM, OptLevel);
 420
 421   saveTempBitcode(TheModule, SaveTempsDir, count, ".4.opt.bc");
 422
 423   if (DisableCodeGen) {
 424     // Configured to stop before CodeGen, serialize the bitcode and return.
 425     SmallVector<char, 128> OutputBuffer;
 426     {
 427       raw_svector_ostream OS(OutputBuffer);
 428       ProfileSummaryInfo PSI(TheModule);
 429       auto Index = buildModuleSummaryIndex(TheModule, nullptr, nullptr);
 430       WriteBitcodeToFile(&TheModule, OS, true, &Index);
 431     }
 432     return make_unique<ObjectMemoryBuffer>(std::move(OutputBuffer));
 433   }
 434
 435   return codegenModule(TheModule, TM);
 436 }
 437
 438 /// Resolve LinkOnce/Weak symbols. Record resolutions in the \p ResolvedODR map
 439 /// for caching, and in the \p Index for application during the ThinLTO
 440 /// backends. This is needed for correctness for exported symbols (ensure
 441 /// at least one copy kept) and a compile-time optimization (to drop duplicate
 442 /// copies when possible).
 443 static void resolveWeakForLinkerInIndex(
 444     ModuleSummaryIndex &Index,
 445     StringMap<std::map<GlobalValue::GUID, GlobalValue::LinkageTypes>>
 446         &ResolvedODR) {
 447
 448   DenseMap<GlobalValue::GUID, const GlobalValueSummary *> PrevailingCopy;
 449   computePrevailingCopies(Index, PrevailingCopy);
 450
 451   auto isPrevailing = [&](GlobalValue::GUID GUID, const GlobalValueSummary *S) {
 452     const auto &Prevailing = PrevailingCopy.find(GUID);
 453     // Not in map means that there was only one copy, which must be prevailing.
 454     if (Prevailing == PrevailingCopy.end())
 455       return true;
 456     return Prevailing->second == S;
 457   };
 458
 459   auto recordNewLinkage = [&](StringRef ModuleIdentifier,
 460                               GlobalValue::GUID GUID,
 461                               GlobalValue::LinkageTypes NewLinkage) {
 462     ResolvedODR[ModuleIdentifier][GUID] = NewLinkage;
 463   };
 464
 465   thinLTOResolveWeakForLinkerInIndex(Index, isPrevailing, recordNewLinkage);
 466 }
 467
 468 // Initialize the TargetMachine builder for a given Triple
 469 static void initTMBuilder(TargetMachineBuilder &TMBuilder,
 470                           const Triple &TheTriple) {
 471   // Set a default CPU for Darwin triples (copied from LTOCodeGenerator).
 472   // FIXME this looks pretty terrible...
 473   if (TMBuilder.MCpu.empty() && TheTriple.isOSDarwin()) {
 474     if (TheTriple.getArch() == llvm::Triple::x86_64)
 475       TMBuilder.MCpu = "core2";
 476     else if (TheTriple.getArch() == llvm::Triple::x86)
 477       TMBuilder.MCpu = "yonah";
 478     else if (TheTriple.getArch() == llvm::Triple::aarch64)
 479       TMBuilder.MCpu = "cyclone";
 480   }
 481   TMBuilder.TheTriple = std::move(TheTriple);
 482 }
 483
 484 } // end anonymous namespace
 485
 486 void ThinLTOCodeGenerator::addModule(StringRef Identifier, StringRef Data) {
 487   MemoryBufferRef Buffer(Data, Identifier);
 488   if (Modules.empty()) {
 489     // First module added, so initialize the triple and some options
 490     LLVMContext Context;
 491     StringRef TripleStr;
 492     ErrorOr<std::string> TripleOrErr =
 493         expectedToErrorOrAndEmitErrors(Context, getBitcodeTargetTriple(Buffer));
 494     if (TripleOrErr)
 495       TripleStr = *TripleOrErr;
 496     Triple TheTriple(TripleStr);
 497     initTMBuilder(TMBuilder, Triple(TheTriple));
 498   }
 499 #ifndef NDEBUG
 500   else {
 501     LLVMContext Context;
 502     StringRef TripleStr;
 503     ErrorOr<std::string> TripleOrErr =
 504         expectedToErrorOrAndEmitErrors(Context, getBitcodeTargetTriple(Buffer));
 505     if (TripleOrErr)
 506       TripleStr = *TripleOrErr;
 507     assert(TMBuilder.TheTriple.str() == TripleStr &&
 508            "ThinLTO modules with different triple not supported");
 509   }
 510 #endif
 511   Modules.push_back(Buffer);
 512 }
 513
 514 void ThinLTOCodeGenerator::preserveSymbol(StringRef Name) {
 515   PreservedSymbols.insert(Name);
 516 }
 517
 518 void ThinLTOCodeGenerator::crossReferenceSymbol(StringRef Name) {
 519   // FIXME: At the moment, we don't take advantage of this extra information,
 520   // we're conservatively considering cross-references as preserved.
 521   //  CrossReferencedSymbols.insert(Name);
 522   PreservedSymbols.insert(Name);
 523 }
 524
 525 // TargetMachine factory
 526 std::unique_ptr<TargetMachine> TargetMachineBuilder::create() const {
 527   std::string ErrMsg;
 528   const Target *TheTarget =
 529       TargetRegistry::lookupTarget(TheTriple.str(), ErrMsg);
 530   if (!TheTarget) {
 531     report_fatal_error("Can't load target for this Triple: " + ErrMsg);
 532   }
 533
 534   // Use MAttr as the default set of features.
 535   SubtargetFeatures Features(MAttr);
 536   Features.getDefaultSubtargetFeatures(TheTriple);
 537   std::string FeatureStr = Features.getString();
 538
 539   return std::unique_ptr<TargetMachine>(TheTarget->createTargetMachine(
 540       TheTriple.str(), MCpu, FeatureStr, Options, RelocModel,
 541       CodeModel::Default, CGOptLevel));
 542 }
 543
 544 /**
 545  * Produce the combined summary index from all the bitcode files:
 546  * "thin-link".
 547  */
 548 std::unique_ptr<ModuleSummaryIndex> ThinLTOCodeGenerator::linkCombinedIndex() {
 549   std::unique_ptr<ModuleSummaryIndex> CombinedIndex;
 550   uint64_t NextModuleId = 0;
 551   for (auto &ModuleBuffer : Modules) {
 552     Expected<std::unique_ptr<object::ModuleSummaryIndexObjectFile>> ObjOrErr =
 553         object::ModuleSummaryIndexObjectFile::create(ModuleBuffer);
 554     if (!ObjOrErr) {
 555       // FIXME diagnose
 556       logAllUnhandledErrors(
 557           ObjOrErr.takeError(), errs(),
 558           "error: can't create ModuleSummaryIndexObjectFile for buffer: ");
 559       return nullptr;
 560     }
 561     auto Index = (*ObjOrErr)->takeIndex();
 562     if (CombinedIndex) {
 563       CombinedIndex->mergeFrom(std::move(Index), ++NextModuleId);
 564     } else {
 565       CombinedIndex = std::move(Index);
 566     }
 567   }
 568   return CombinedIndex;
 569 }
 570
 571 /**
 572  * Perform promotion and renaming of exported internal functions.
 573  * Index is updated to reflect linkage changes from weak resolution.
 574  */
 575 void ThinLTOCodeGenerator::promote(Module &TheModule,
 576                                    ModuleSummaryIndex &Index) {
 577   auto ModuleCount = Index.modulePaths().size();
 578   auto ModuleIdentifier = TheModule.getModuleIdentifier();
 579
 580   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 581   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries;
 582   Index.collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 583
 584   // Convert the preserved symbols set from string to GUID
 585   auto GUIDPreservedSymbols = computeGUIDPreservedSymbols(
 586       PreservedSymbols, Triple(TheModule.getTargetTriple()));
 587
 588   // Compute "dead" symbols, we don't want to import/export these!
 589   auto DeadSymbols = computeDeadSymbols(Index, GUIDPreservedSymbols);
 590
 591   // Generate import/export list
 592   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 593   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 594   ComputeCrossModuleImport(Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 595                            ExportLists, &DeadSymbols);
 596
 597   // Resolve LinkOnce/Weak symbols.
 598   StringMap<std::map<GlobalValue::GUID, GlobalValue::LinkageTypes>> ResolvedODR;
 599   resolveWeakForLinkerInIndex(Index, ResolvedODR);
 600
 601   thinLTOResolveWeakForLinkerModule(
 602       TheModule, ModuleToDefinedGVSummaries[ModuleIdentifier]);
 603
 604   // Promote the exported values in the index, so that they are promoted
 605   // in the module.
 606   auto isExported = [&](StringRef ModuleIdentifier, GlobalValue::GUID GUID) {
 607     const auto &ExportList = ExportLists.find(ModuleIdentifier);
 608     return (ExportList != ExportLists.end() &&
 609             ExportList->second.count(GUID)) ||
 610            GUIDPreservedSymbols.count(GUID);
 611   };
 612   thinLTOInternalizeAndPromoteInIndex(Index, isExported);
 613
 614   promoteModule(TheModule, Index);
 615 }
 616
 617 /**
 618  * Perform cross-module importing for the module identified by ModuleIdentifier.
 619  */
 620 void ThinLTOCodeGenerator::crossModuleImport(Module &TheModule,
 621                                              ModuleSummaryIndex &Index) {
 622   auto ModuleMap = generateModuleMap(Modules);
 623   auto ModuleCount = Index.modulePaths().size();
 624
 625   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 626   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries(ModuleCount);
 627   Index.collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 628
 629   // Convert the preserved symbols set from string to GUID
 630   auto GUIDPreservedSymbols = computeGUIDPreservedSymbols(
 631       PreservedSymbols, Triple(TheModule.getTargetTriple()));
 632
 633   // Compute "dead" symbols, we don't want to import/export these!
 634   auto DeadSymbols = computeDeadSymbols(Index, GUIDPreservedSymbols);
 635
 636   // Generate import/export list
 637   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 638   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 639   ComputeCrossModuleImport(Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 640                            ExportLists, &DeadSymbols);
 641   auto &ImportList = ImportLists[TheModule.getModuleIdentifier()];
 642
 643   crossImportIntoModule(TheModule, Index, ModuleMap, ImportList);
 644 }
 645
 646 /**
 647  * Compute the list of summaries needed for importing into module.
 648  */
 649 void ThinLTOCodeGenerator::gatherImportedSummariesForModule(
 650     StringRef ModulePath, ModuleSummaryIndex &Index,
 651     std::map<std::string, GVSummaryMapTy> &ModuleToSummariesForIndex) {
 652   auto ModuleCount = Index.modulePaths().size();
 653
 654   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 655   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries(ModuleCount);
 656   Index.collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 657
 658   // Generate import/export list
 659   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 660   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 661   ComputeCrossModuleImport(Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 662                            ExportLists);
 663
 664   llvm::gatherImportedSummariesForModule(ModulePath, ModuleToDefinedGVSummaries,
 665                                          ImportLists[ModulePath],
 666                                          ModuleToSummariesForIndex);
 667 }
 668
 669 /**
 670  * Emit the list of files needed for importing into module.
 671  */
 672 void ThinLTOCodeGenerator::emitImports(StringRef ModulePath,
 673                                        StringRef OutputName,
 674                                        ModuleSummaryIndex &Index) {
 675   auto ModuleCount = Index.modulePaths().size();
 676
 677   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 678   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries(ModuleCount);
 679   Index.collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 680
 681   // Generate import/export list
 682   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 683   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 684   ComputeCrossModuleImport(Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 685                            ExportLists);
 686
 687   std::error_code EC;
 688   if ((EC = EmitImportsFiles(ModulePath, OutputName, ImportLists[ModulePath])))
 689     report_fatal_error(Twine("Failed to open ") + OutputName +
 690                        " to save imports lists\n");
 691 }
 692
 693 /**
 694  * Perform internalization. Index is updated to reflect linkage changes.
 695  */
 696 void ThinLTOCodeGenerator::internalize(Module &TheModule,
 697                                        ModuleSummaryIndex &Index) {
 698   initTMBuilder(TMBuilder, Triple(TheModule.getTargetTriple()));
 699   auto ModuleCount = Index.modulePaths().size();
 700   auto ModuleIdentifier = TheModule.getModuleIdentifier();
 701
 702   // Convert the preserved symbols set from string to GUID
 703   auto GUIDPreservedSymbols =
 704       computeGUIDPreservedSymbols(PreservedSymbols, TMBuilder.TheTriple);
 705
 706   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 707   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries(ModuleCount);
 708   Index.collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 709
 710   // Compute "dead" symbols, we don't want to import/export these!
 711   auto DeadSymbols = computeDeadSymbols(Index, GUIDPreservedSymbols);
 712
 713   // Generate import/export list
 714   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 715   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 716   ComputeCrossModuleImport(Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 717                            ExportLists, &DeadSymbols);
 718   auto &ExportList = ExportLists[ModuleIdentifier];
 719
 720   // Be friendly and don't nuke totally the module when the client didn't
 721   // supply anything to preserve.
 722   if (ExportList.empty() && GUIDPreservedSymbols.empty())
 723     return;
 724
 725   // Internalization
 726   auto isExported = [&](StringRef ModuleIdentifier, GlobalValue::GUID GUID) {
 727     const auto &ExportList = ExportLists.find(ModuleIdentifier);
 728     return (ExportList != ExportLists.end() &&
 729             ExportList->second.count(GUID)) ||
 730            GUIDPreservedSymbols.count(GUID);
 731   };
 732   thinLTOInternalizeAndPromoteInIndex(Index, isExported);
 733   thinLTOInternalizeModule(TheModule,
 734                            ModuleToDefinedGVSummaries[ModuleIdentifier]);
 735 }
 736
 737 /**
 738  * Perform post-importing ThinLTO optimizations.
 739  */
 740 void ThinLTOCodeGenerator::optimize(Module &TheModule) {
 741   initTMBuilder(TMBuilder, Triple(TheModule.getTargetTriple()));
 742
 743   // Optimize now
 744   optimizeModule(TheModule, *TMBuilder.create(), OptLevel);
 745 }
 746
 747 /**
 748  * Perform ThinLTO CodeGen.
 749  */
 750 std::unique_ptr<MemoryBuffer> ThinLTOCodeGenerator::codegen(Module &TheModule) {
 751   initTMBuilder(TMBuilder, Triple(TheModule.getTargetTriple()));
 752   return codegenModule(TheModule, *TMBuilder.create());
 753 }
 754
 755 /// Write out the generated object file, either from CacheEntryPath or from
 756 /// OutputBuffer, preferring hard-link when possible.
 757 /// Returns the path to the generated file in SavedObjectsDirectoryPath.
 758 static std::string writeGeneratedObject(int count, StringRef CacheEntryPath,
 759                                         StringRef SavedObjectsDirectoryPath,
 760                                         const MemoryBuffer &OutputBuffer) {
 761   SmallString<128> OutputPath(SavedObjectsDirectoryPath);
 762   llvm::sys::path::append(OutputPath, Twine(count) + ".thinlto.o");
 763   OutputPath.c_str(); // Ensure the string is null terminated.
 764   if (sys::fs::exists(OutputPath))
 765     sys::fs::remove(OutputPath);
 766
 767   // We don't return a memory buffer to the linker, just a list of files.
 768   if (!CacheEntryPath.empty()) {
 769     // Cache is enabled, hard-link the entry (or copy if hard-link fails).
 770     auto Err = sys::fs::create_hard_link(CacheEntryPath, OutputPath);
 771     if (!Err)
 772       return OutputPath.str();
 773     // Hard linking failed, try to copy.
 774     Err = sys::fs::copy_file(CacheEntryPath, OutputPath);
 775     if (!Err)
 776       return OutputPath.str();
 777     // Copy failed (could be because the CacheEntry was removed from the cache
 778     // in the meantime by another process), fall back and try to write down the
 779     // buffer to the output.
 780     errs() << "error: can't link or copy from cached entry '" << CacheEntryPath
 781            << "' to '" << OutputPath << "'\n";
 782   }
 783   // No cache entry, just write out the buffer.
 784   std::error_code Err;
 785   raw_fd_ostream OS(OutputPath, Err, sys::fs::F_None);
 786   if (Err)
 787     report_fatal_error("Can't open output '" + OutputPath + "'\n");
 788   OS << OutputBuffer.getBuffer();
 789   return OutputPath.str();
 790 }
 791
 792 // Main entry point for the ThinLTO processing
 793 void ThinLTOCodeGenerator::run() {
 794   if (CodeGenOnly) {
 795     // Perform only parallel codegen and return.
 796     ThreadPool Pool;
 797     assert(ProducedBinaries.empty() && "The generator should not be reused");
 798     ProducedBinaries.resize(Modules.size());
 799     int count = 0;
 800     for (auto &ModuleBuffer : Modules) {
 801       Pool.async([&](int count) {
 802         LLVMContext Context;
 803         Context.setDiscardValueNames(LTODiscardValueNames);
 804
 805         // Parse module now
 806         auto TheModule = loadModuleFromBuffer(ModuleBuffer, Context, false,
 807                                               /*IsImporting*/ false);
 808
 809         // CodeGen
 810         ProducedBinaries[count] = codegen(*TheModule);
 811       }, count++);
 812     }
 813
 814     return;
 815   }
 816
 817   // Sequential linking phase
 818   auto Index = linkCombinedIndex();
 819
 820   // Save temps: index.
 821   if (!SaveTempsDir.empty()) {
 822     auto SaveTempPath = SaveTempsDir + "index.bc";
 823     std::error_code EC;
 824     raw_fd_ostream OS(SaveTempPath, EC, sys::fs::F_None);
 825     if (EC)
 826       report_fatal_error(Twine("Failed to open ") + SaveTempPath +
 827                          " to save optimized bitcode\n");
 828     WriteIndexToFile(*Index, OS);
 829   }
 830
 831   // Prepare the resulting object vector
 832   assert(ProducedBinaries.empty() && "The generator should not be reused");
 833   if (SavedObjectsDirectoryPath.empty())
 834     ProducedBinaries.resize(Modules.size());
 835   else {
 836     sys::fs::create_directories(SavedObjectsDirectoryPath);
 837     bool IsDir;
 838     sys::fs::is_directory(SavedObjectsDirectoryPath, IsDir);
 839     if (!IsDir)
 840       report_fatal_error("Unexistent dir: '" + SavedObjectsDirectoryPath + "'");
 841     ProducedBinaryFiles.resize(Modules.size());
 842   }
 843
 844   // Prepare the module map.
 845   auto ModuleMap = generateModuleMap(Modules);
 846   auto ModuleCount = Modules.size();
 847
 848   // Collect for each module the list of function it defines (GUID -> Summary).
 849   StringMap<GVSummaryMapTy> ModuleToDefinedGVSummaries(ModuleCount);
 850   Index->collectDefinedGVSummariesPerModule(ModuleToDefinedGVSummaries);
 851
 852   // Convert the preserved symbols set from string to GUID, this is needed for
 853   // computing the caching hash and the internalization.
 854   auto GUIDPreservedSymbols =
 855       computeGUIDPreservedSymbols(PreservedSymbols, TMBuilder.TheTriple);
 856
 857   // Compute "dead" symbols, we don't want to import/export these!
 858   auto DeadSymbols = computeDeadSymbols(*Index, GUIDPreservedSymbols);
 859
 860   // Collect the import/export lists for all modules from the call-graph in the
 861   // combined index.
 862   StringMap<FunctionImporter::ImportMapTy> ImportLists(ModuleCount);
 863   StringMap<FunctionImporter::ExportSetTy> ExportLists(ModuleCount);
 864   ComputeCrossModuleImport(*Index, ModuleToDefinedGVSummaries, ImportLists,
 865                            ExportLists, &DeadSymbols);
 866
 867   // We use a std::map here to be able to have a defined ordering when
 868   // producing a hash for the cache entry.
 869   // FIXME: we should be able to compute the caching hash for the entry based
 870   // on the index, and nuke this map.
 871   StringMap<std::map<GlobalValue::GUID, GlobalValue::LinkageTypes>> ResolvedODR;
 872
 873   // Resolve LinkOnce/Weak symbols, this has to be computed early because it
 874   // impacts the caching.
 875   resolveWeakForLinkerInIndex(*Index, ResolvedODR);
 876
 877   auto isExported = [&](StringRef ModuleIdentifier, GlobalValue::GUID GUID) {
 878     const auto &ExportList = ExportLists.find(ModuleIdentifier);
 879     return (ExportList != ExportLists.end() &&
 880             ExportList->second.count(GUID)) ||
 881            GUIDPreservedSymbols.count(GUID);
 882   };
 883
 884   // Use global summary-based analysis to identify symbols that can be
 885   // internalized (because they aren't exported or preserved as per callback).
 886   // Changes are made in the index, consumed in the ThinLTO backends.
 887   thinLTOInternalizeAndPromoteInIndex(*Index, isExported);
 888
 889   // Make sure that every module has an entry in the ExportLists and
 890   // ResolvedODR maps to enable threaded access to these maps below.
 891   for (auto &DefinedGVSummaries : ModuleToDefinedGVSummaries) {
 892     ExportLists[DefinedGVSummaries.first()];
 893     ResolvedODR[DefinedGVSummaries.first()];
 894   }
 895
 896   // Compute the ordering we will process the inputs: the rough heuristic here
 897   // is to sort them per size so that the largest module get schedule as soon as
 898   // possible. This is purely a compile-time optimization.
 899   std::vector<int> ModulesOrdering;
 900   ModulesOrdering.resize(Modules.size());
 901   std::iota(ModulesOrdering.begin(), ModulesOrdering.end(), 0);
 902   std::sort(ModulesOrdering.begin(), ModulesOrdering.end(),
 903             [&](int LeftIndex, int RightIndex) {
 904               auto LSize = Modules[LeftIndex].getBufferSize();
 905               auto RSize = Modules[RightIndex].getBufferSize();
 906               return LSize > RSize;
 907             });
 908
 909   // Parallel optimizer + codegen
 910   {
 911     ThreadPool Pool(ThreadCount);
 912     for (auto IndexCount : ModulesOrdering) {
 913       auto &ModuleBuffer = Modules[IndexCount];
 914       Pool.async([&](int count) {
 915         auto ModuleIdentifier = ModuleBuffer.getBufferIdentifier();
 916         auto &ExportList = ExportLists[ModuleIdentifier];
 917
 918         auto &DefinedFunctions = ModuleToDefinedGVSummaries[ModuleIdentifier];
 919
 920         // The module may be cached, this helps handling it.
 921         ModuleCacheEntry CacheEntry(CacheOptions.Path, *Index, ModuleIdentifier,
 922                                     ImportLists[ModuleIdentifier], ExportList,
 923                                     ResolvedODR[ModuleIdentifier],
 924                                     DefinedFunctions, GUIDPreservedSymbols);
 925         auto CacheEntryPath = CacheEntry.getEntryPath();
 926
 927         {
 928           auto ErrOrBuffer = CacheEntry.tryLoadingBuffer();
 929           DEBUG(dbgs() << "Cache " << (ErrOrBuffer ? "hit" : "miss") << " '"
 930                        << CacheEntryPath << "' for buffer " << count << " "
 931                        << ModuleIdentifier << "\n");
 932
 933           if (ErrOrBuffer) {
 934             // Cache Hit!
 935             if (SavedObjectsDirectoryPath.empty())
 936               ProducedBinaries[count] = std::move(ErrOrBuffer.get());
 937             else
 938               ProducedBinaryFiles[count] = writeGeneratedObject(
 939                   count, CacheEntryPath, SavedObjectsDirectoryPath,
 940                   *ErrOrBuffer.get());
 941             return;
 942           }
 943         }
 944
 945         LLVMContext Context;
 946         Context.setDiscardValueNames(LTODiscardValueNames);
 947         Context.enableDebugTypeODRUniquing();
 948         auto DiagFileOrErr = setupOptimizationRemarks(Context, count);
 949         if (!DiagFileOrErr) {
 950           errs() << "Error: " << toString(DiagFileOrErr.takeError()) << "\n";
 951           report_fatal_error("ThinLTO: Can't get an output file for the "
 952                              "remarks");
 953         }
 954
 955         // Parse module now
 956         auto TheModule = loadModuleFromBuffer(ModuleBuffer, Context, false,
 957                                               /*IsImporting*/ false);
 958
 959         // Save temps: original file.
 960         saveTempBitcode(*TheModule, SaveTempsDir, count, ".0.original.bc");
 961
 962         auto &ImportList = ImportLists[ModuleIdentifier];
 963         // Run the main process now, and generates a binary
 964         auto OutputBuffer = ProcessThinLTOModule(
 965             *TheModule, *Index, ModuleMap, *TMBuilder.create(), ImportList,
 966             ExportList, GUIDPreservedSymbols,
 967             ModuleToDefinedGVSummaries[ModuleIdentifier], CacheOptions,
 968             DisableCodeGen, SaveTempsDir, OptLevel, count);
 969
 970         // Commit to the cache (if enabled)
 971         CacheEntry.write(*OutputBuffer);
 972
 973         if (SavedObjectsDirectoryPath.empty()) {
 974           // We need to generated a memory buffer for the linker.
 975           if (!CacheEntryPath.empty()) {
 976             // Cache is enabled, reload from the cache
 977             // We do this to lower memory pressuree: the buffer is on the heap
 978             // and releasing it frees memory that can be used for the next input
 979             // file. The final binary link will read from the VFS cache
 980             // (hopefully!) or from disk if the memory pressure wasn't too high.
 981             auto ReloadedBufferOrErr = CacheEntry.tryLoadingBuffer();
 982             if (auto EC = ReloadedBufferOrErr.getError()) {
 983               // On error, keeping the preexisting buffer and printing a
 984               // diagnostic is more friendly than just crashing.
 985               errs() << "error: can't reload cached file '" << CacheEntryPath
 986                      << "': " << EC.message() << "\n";
 987             } else {
 988               OutputBuffer = std::move(*ReloadedBufferOrErr);
 989             }
 990           }
 991           ProducedBinaries[count] = std::move(OutputBuffer);
 992           return;
 993         }
 994         ProducedBinaryFiles[count] = writeGeneratedObject(
 995             count, CacheEntryPath, SavedObjectsDirectoryPath, *OutputBuffer);
 996       }, IndexCount);
 997     }
 998   }
 999
1000   CachePruning(CacheOptions.Path)
1001       .setPruningInterval(std::chrono::seconds(CacheOptions.PruningInterval))
1002       .setEntryExpiration(std::chrono::seconds(CacheOptions.Expiration))
1003       .setMaxSize(CacheOptions.MaxPercentageOfAvailableSpace)
1004       .prune();
1005
1006   // If statistics were requested, print them out now.
1007   if (llvm::AreStatisticsEnabled())
1008     llvm::PrintStatistics();
1009 }