06cc7ba2a58a38924f65d36f64ae500027cca6aa
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / MachineBlockPlacement.cpp
1 //===-- MachineBlockPlacement.cpp - Basic Block Code Layout optimization --===//
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 basic block placement transformations using the CFG
11 // structure and branch probability estimates.
12 //
13 // The pass strives to preserve the structure of the CFG (that is, retain
14 // a topological ordering of basic blocks) in the absence of a *strong* signal
15 // to the contrary from probabilities. However, within the CFG structure, it
16 // attempts to choose an ordering which favors placing more likely sequences of
17 // blocks adjacent to each other.
18 //
19 // The algorithm works from the inner-most loop within a function outward, and
20 // at each stage walks through the basic blocks, trying to coalesce them into
21 // sequential chains where allowed by the CFG (or demanded by heavy
22 // probabilities). Finally, it walks the blocks in topological order, and the
23 // first time it reaches a chain of basic blocks, it schedules them in the
24 // function in-order.
25 //
26 //===----------------------------------------------------------------------===//
27
28 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
29 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
31 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
32 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.h"
36 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
37 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
41 #include "llvm/Support/Allocator.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
45 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
46 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
47 #include <algorithm>
48 using namespace llvm;
49
50 #define DEBUG_TYPE "block-placement"
51
52 STATISTIC(NumCondBranches, "Number of conditional branches");
53 STATISTIC(NumUncondBranches, "Number of uncondittional branches");
54 STATISTIC(CondBranchTakenFreq,
55           "Potential frequency of taking conditional branches");
56 STATISTIC(UncondBranchTakenFreq,
57           "Potential frequency of taking unconditional branches");
58
59 static cl::opt<unsigned> AlignAllBlock("align-all-blocks",
60                                        cl::desc("Force the alignment of all "
61                                                 "blocks in the function."),
62                                        cl::init(0), cl::Hidden);
63
64 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
65 static cl::opt<unsigned> ExitBlockBias(
66     "block-placement-exit-block-bias",
67     cl::desc("Block frequency percentage a loop exit block needs "
68              "over the original exit to be considered the new exit."),
69     cl::init(0), cl::Hidden);
70
71 static cl::opt<bool> OutlineOptionalBranches(
72     "outline-optional-branches",
73     cl::desc("Put completely optional branches, i.e. branches with a common "
74              "post dominator, out of line."),
75     cl::init(false), cl::Hidden);
76
77 namespace {
78 class BlockChain;
79 /// \brief Type for our function-wide basic block -> block chain mapping.
80 typedef DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChainMapType;
81 }
82
83 namespace {
84 /// \brief A chain of blocks which will be laid out contiguously.
85 ///
86 /// This is the datastructure representing a chain of consecutive blocks that
87 /// are profitable to layout together in order to maximize fallthrough
88 /// probabilities and code locality. We also can use a block chain to represent
89 /// a sequence of basic blocks which have some external (correctness)
90 /// requirement for sequential layout.
91 ///
92 /// Chains can be built around a single basic block and can be merged to grow
93 /// them. They participate in a block-to-chain mapping, which is updated
94 /// automatically as chains are merged together.
95 class BlockChain {
96   /// \brief The sequence of blocks belonging to this chain.
97   ///
98   /// This is the sequence of blocks for a particular chain. These will be laid
99   /// out in-order within the function.
100   SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> Blocks;
101
102   /// \brief A handle to the function-wide basic block to block chain mapping.
103   ///
104   /// This is retained in each block chain to simplify the computation of child
105   /// block chains for SCC-formation and iteration. We store the edges to child
106   /// basic blocks, and map them back to their associated chains using this
107   /// structure.
108   BlockToChainMapType &BlockToChain;
109
110 public:
111   /// \brief Construct a new BlockChain.
112   ///
113   /// This builds a new block chain representing a single basic block in the
114   /// function. It also registers itself as the chain that block participates
115   /// in with the BlockToChain mapping.
116   BlockChain(BlockToChainMapType &BlockToChain, MachineBasicBlock *BB)
117       : Blocks(1, BB), BlockToChain(BlockToChain), LoopPredecessors(0) {
118     assert(BB && "Cannot create a chain with a null basic block");
119     BlockToChain[BB] = this;
120   }
121
122   /// \brief Iterator over blocks within the chain.
123   typedef SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *>::iterator iterator;
124
125   /// \brief Beginning of blocks within the chain.
126   iterator begin() { return Blocks.begin(); }
127
128   /// \brief End of blocks within the chain.
129   iterator end() { return Blocks.end(); }
130
131   /// \brief Merge a block chain into this one.
132   ///
133   /// This routine merges a block chain into this one. It takes care of forming
134   /// a contiguous sequence of basic blocks, updating the edge list, and
135   /// updating the block -> chain mapping. It does not free or tear down the
136   /// old chain, but the old chain's block list is no longer valid.
137   void merge(MachineBasicBlock *BB, BlockChain *Chain) {
138     assert(BB);
139     assert(!Blocks.empty());
140
141     // Fast path in case we don't have a chain already.
142     if (!Chain) {
143       assert(!BlockToChain[BB]);
144       Blocks.push_back(BB);
145       BlockToChain[BB] = this;
146       return;
147     }
148
149     assert(BB == *Chain->begin());
150     assert(Chain->begin() != Chain->end());
151
152     // Update the incoming blocks to point to this chain, and add them to the
153     // chain structure.
154     for (MachineBasicBlock *ChainBB : *Chain) {
155       Blocks.push_back(ChainBB);
156       assert(BlockToChain[ChainBB] == Chain && "Incoming blocks not in chain");
157       BlockToChain[ChainBB] = this;
158     }
159   }
160
161 #ifndef NDEBUG
162   /// \brief Dump the blocks in this chain.
163   LLVM_DUMP_METHOD void dump() {
164     for (MachineBasicBlock *MBB : *this)
165       MBB->dump();
166   }
167 #endif // NDEBUG
168
169   /// \brief Count of predecessors within the loop currently being processed.
170   ///
171   /// This count is updated at each loop we process to represent the number of
172   /// in-loop predecessors of this chain.
173   unsigned LoopPredecessors;
174 };
175 }
176
177 namespace {
178 class MachineBlockPlacement : public MachineFunctionPass {
179   /// \brief A typedef for a block filter set.
180   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> BlockFilterSet;
181
182   /// \brief A handle to the branch probability pass.
183   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
184
185   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
186   const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
187
188   /// \brief A handle to the loop info.
189   const MachineLoopInfo *MLI;
190
191   /// \brief A handle to the target's instruction info.
192   const TargetInstrInfo *TII;
193
194   /// \brief A handle to the target's lowering info.
195   const TargetLoweringBase *TLI;
196
197   /// \brief A handle to the post dominator tree.
198   MachineDominatorTree *MDT;
199
200   /// \brief A set of blocks that are unavoidably execute, i.e. they dominate
201   /// all terminators of the MachineFunction.
202   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> UnavoidableBlocks;
203
204   /// \brief Allocator and owner of BlockChain structures.
205   ///
206   /// We build BlockChains lazily while processing the loop structure of
207   /// a function. To reduce malloc traffic, we allocate them using this
208   /// slab-like allocator, and destroy them after the pass completes. An
209   /// important guarantee is that this allocator produces stable pointers to
210   /// the chains.
211   SpecificBumpPtrAllocator<BlockChain> ChainAllocator;
212
213   /// \brief Function wide BasicBlock to BlockChain mapping.
214   ///
215   /// This mapping allows efficiently moving from any given basic block to the
216   /// BlockChain it participates in, if any. We use it to, among other things,
217   /// allow implicitly defining edges between chains as the existing edges
218   /// between basic blocks.
219   DenseMap<MachineBasicBlock *, BlockChain *> BlockToChain;
220
221   void markChainSuccessors(BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
222                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
223                            const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
224   MachineBasicBlock *selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
225                                          BlockChain &Chain,
226                                          const BlockFilterSet *BlockFilter);
227   MachineBasicBlock *
228   selectBestCandidateBlock(BlockChain &Chain,
229                            SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
230                            const BlockFilterSet *BlockFilter);
231   MachineBasicBlock *
232   getFirstUnplacedBlock(MachineFunction &F, const BlockChain &PlacedChain,
233                         MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
234                         const BlockFilterSet *BlockFilter);
235   void buildChain(MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
236                   SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
237                   const BlockFilterSet *BlockFilter = nullptr);
238   MachineBasicBlock *findBestLoopTop(MachineLoop &L,
239                                      const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
240   MachineBasicBlock *findBestLoopExit(MachineFunction &F, MachineLoop &L,
241                                       const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
242   void buildLoopChains(MachineFunction &F, MachineLoop &L);
243   void rotateLoop(BlockChain &LoopChain, MachineBasicBlock *ExitingBB,
244                   const BlockFilterSet &LoopBlockSet);
245   void buildCFGChains(MachineFunction &F);
246
247 public:
248   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
249   MachineBlockPlacement() : MachineFunctionPass(ID) {
250     initializeMachineBlockPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
251   }
252
253   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
254
255   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
256     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
257     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
258     AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
259     AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
260     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
261   }
262 };
263 }
264
265 char MachineBlockPlacement::ID = 0;
266 char &llvm::MachineBlockPlacementID = MachineBlockPlacement::ID;
267 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacement, "block-placement",
268                       "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
269 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
270 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
271 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
272 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
273 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacement, "block-placement",
274                     "Branch Probability Basic Block Placement", false, false)
275
276 #ifndef NDEBUG
277 /// \brief Helper to print the name of a MBB.
278 ///
279 /// Only used by debug logging.
280 static std::string getBlockName(MachineBasicBlock *BB) {
281   std::string Result;
282   raw_string_ostream OS(Result);
283   OS << "BB#" << BB->getNumber();
284   OS << " (derived from LLVM BB '" << BB->getName() << "')";
285   OS.flush();
286   return Result;
287 }
288
289 /// \brief Helper to print the number of a MBB.
290 ///
291 /// Only used by debug logging.
292 static std::string getBlockNum(MachineBasicBlock *BB) {
293   std::string Result;
294   raw_string_ostream OS(Result);
295   OS << "BB#" << BB->getNumber();
296   OS.flush();
297   return Result;
298 }
299 #endif
300
301 /// \brief Mark a chain's successors as having one fewer preds.
302 ///
303 /// When a chain is being merged into the "placed" chain, this routine will
304 /// quickly walk the successors of each block in the chain and mark them as
305 /// having one fewer active predecessor. It also adds any successors of this
306 /// chain which reach the zero-predecessor state to the worklist passed in.
307 void MachineBlockPlacement::markChainSuccessors(
308     BlockChain &Chain, MachineBasicBlock *LoopHeaderBB,
309     SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
310     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
311   // Walk all the blocks in this chain, marking their successors as having
312   // a predecessor placed.
313   for (MachineBasicBlock *MBB : Chain) {
314     // Add any successors for which this is the only un-placed in-loop
315     // predecessor to the worklist as a viable candidate for CFG-neutral
316     // placement. No subsequent placement of this block will violate the CFG
317     // shape, so we get to use heuristics to choose a favorable placement.
318     for (MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
319       if (BlockFilter && !BlockFilter->count(Succ))
320         continue;
321       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
322       // Disregard edges within a fixed chain, or edges to the loop header.
323       if (&Chain == &SuccChain || Succ == LoopHeaderBB)
324         continue;
325
326       // This is a cross-chain edge that is within the loop, so decrement the
327       // loop predecessor count of the destination chain.
328       if (SuccChain.LoopPredecessors > 0 && --SuccChain.LoopPredecessors == 0)
329         BlockWorkList.push_back(*SuccChain.begin());
330     }
331   }
332 }
333
334 /// \brief Select the best successor for a block.
335 ///
336 /// This looks across all successors of a particular block and attempts to
337 /// select the "best" one to be the layout successor. It only considers direct
338 /// successors which also pass the block filter. It will attempt to avoid
339 /// breaking CFG structure, but cave and break such structures in the case of
340 /// very hot successor edges.
341 ///
342 /// \returns The best successor block found, or null if none are viable.
343 MachineBasicBlock *
344 MachineBlockPlacement::selectBestSuccessor(MachineBasicBlock *BB,
345                                            BlockChain &Chain,
346                                            const BlockFilterSet *BlockFilter) {
347   const BranchProbability HotProb(4, 5); // 80%
348
349   MachineBasicBlock *BestSucc = nullptr;
350   // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
351   // the MBPI analysis, we manually compute probabilities using the edge
352   // weights. This is suboptimal as it means that the somewhat subtle
353   // definition of edge weight semantics is encoded here as well. We should
354   // improve the MBPI interface to efficiently support query patterns such as
355   // this.
356   uint32_t BestWeight = 0;
357   uint32_t WeightScale = 0;
358   uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(BB, WeightScale);
359   DEBUG(dbgs() << "Attempting merge from: " << getBlockName(BB) << "\n");
360   for (MachineBasicBlock *Succ : BB->successors()) {
361     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(Succ))
362       continue;
363     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
364     if (&SuccChain == &Chain) {
365       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> Already merged!\n");
366       continue;
367     }
368     if (Succ != *SuccChain.begin()) {
369       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> Mid chain!\n");
370       continue;
371     }
372
373     uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(BB, Succ);
374     BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
375
376     // If we outline optional branches, look whether Succ is unavoidable, i.e.
377     // dominates all terminators of the MachineFunction. If it does, other
378     // successors must be optional. Don't do this for cold branches.
379     if (OutlineOptionalBranches && SuccProb > HotProb.getCompl() &&
380         UnavoidableBlocks.count(Succ) > 0)
381       return Succ;
382
383     // Only consider successors which are either "hot", or wouldn't violate
384     // any CFG constraints.
385     if (SuccChain.LoopPredecessors != 0) {
386       if (SuccProb < HotProb) {
387         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
388                      << " (prob) (CFG conflict)\n");
389         continue;
390       }
391
392       // Make sure that a hot successor doesn't have a globally more
393       // important predecessor.
394       BlockFrequency CandidateEdgeFreq =
395           MBFI->getBlockFreq(BB) * SuccProb * HotProb.getCompl();
396       bool BadCFGConflict = false;
397       for (MachineBasicBlock *Pred : Succ->predecessors()) {
398         if (Pred == Succ || (BlockFilter && !BlockFilter->count(Pred)) ||
399             BlockToChain[Pred] == &Chain)
400           continue;
401         BlockFrequency PredEdgeFreq =
402             MBFI->getBlockFreq(Pred) * MBPI->getEdgeProbability(Pred, Succ);
403         if (PredEdgeFreq >= CandidateEdgeFreq) {
404           BadCFGConflict = true;
405           break;
406         }
407       }
408       if (BadCFGConflict) {
409         DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
410                      << " (prob) (non-cold CFG conflict)\n");
411         continue;
412       }
413     }
414
415     DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(Succ) << " -> " << SuccProb
416                  << " (prob)"
417                  << (SuccChain.LoopPredecessors != 0 ? " (CFG break)" : "")
418                  << "\n");
419     if (BestSucc && BestWeight >= SuccWeight)
420       continue;
421     BestSucc = Succ;
422     BestWeight = SuccWeight;
423   }
424   return BestSucc;
425 }
426
427 /// \brief Select the best block from a worklist.
428 ///
429 /// This looks through the provided worklist as a list of candidate basic
430 /// blocks and select the most profitable one to place. The definition of
431 /// profitable only really makes sense in the context of a loop. This returns
432 /// the most frequently visited block in the worklist, which in the case of
433 /// a loop, is the one most desirable to be physically close to the rest of the
434 /// loop body in order to improve icache behavior.
435 ///
436 /// \returns The best block found, or null if none are viable.
437 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::selectBestCandidateBlock(
438     BlockChain &Chain, SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &WorkList,
439     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
440   // Once we need to walk the worklist looking for a candidate, cleanup the
441   // worklist of already placed entries.
442   // FIXME: If this shows up on profiles, it could be folded (at the cost of
443   // some code complexity) into the loop below.
444   WorkList.erase(std::remove_if(WorkList.begin(), WorkList.end(),
445                                 [&](MachineBasicBlock *BB) {
446                                   return BlockToChain.lookup(BB) == &Chain;
447                                 }),
448                  WorkList.end());
449
450   MachineBasicBlock *BestBlock = nullptr;
451   BlockFrequency BestFreq;
452   for (MachineBasicBlock *MBB : WorkList) {
453     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[MBB];
454     if (&SuccChain == &Chain) {
455       DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(MBB) << " -> Already merged!\n");
456       continue;
457     }
458     assert(SuccChain.LoopPredecessors == 0 && "Found CFG-violating block");
459
460     BlockFrequency CandidateFreq = MBFI->getBlockFreq(MBB);
461     DEBUG(dbgs() << "    " << getBlockName(MBB) << " -> ";
462           MBFI->printBlockFreq(dbgs(), CandidateFreq) << " (freq)\n");
463     if (BestBlock && BestFreq >= CandidateFreq)
464       continue;
465     BestBlock = MBB;
466     BestFreq = CandidateFreq;
467   }
468   return BestBlock;
469 }
470
471 /// \brief Retrieve the first unplaced basic block.
472 ///
473 /// This routine is called when we are unable to use the CFG to walk through
474 /// all of the basic blocks and form a chain due to unnatural loops in the CFG.
475 /// We walk through the function's blocks in order, starting from the
476 /// LastUnplacedBlockIt. We update this iterator on each call to avoid
477 /// re-scanning the entire sequence on repeated calls to this routine.
478 MachineBasicBlock *MachineBlockPlacement::getFirstUnplacedBlock(
479     MachineFunction &F, const BlockChain &PlacedChain,
480     MachineFunction::iterator &PrevUnplacedBlockIt,
481     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
482   for (MachineFunction::iterator I = PrevUnplacedBlockIt, E = F.end(); I != E;
483        ++I) {
484     if (BlockFilter && !BlockFilter->count(I))
485       continue;
486     if (BlockToChain[I] != &PlacedChain) {
487       PrevUnplacedBlockIt = I;
488       // Now select the head of the chain to which the unplaced block belongs
489       // as the block to place. This will force the entire chain to be placed,
490       // and satisfies the requirements of merging chains.
491       return *BlockToChain[I]->begin();
492     }
493   }
494   return nullptr;
495 }
496
497 void MachineBlockPlacement::buildChain(
498     MachineBasicBlock *BB, BlockChain &Chain,
499     SmallVectorImpl<MachineBasicBlock *> &BlockWorkList,
500     const BlockFilterSet *BlockFilter) {
501   assert(BB);
502   assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
503   MachineFunction &F = *BB->getParent();
504   MachineFunction::iterator PrevUnplacedBlockIt = F.begin();
505
506   MachineBasicBlock *LoopHeaderBB = BB;
507   markChainSuccessors(Chain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
508   BB = *std::prev(Chain.end());
509   for (;;) {
510     assert(BB);
511     assert(BlockToChain[BB] == &Chain);
512     assert(*std::prev(Chain.end()) == BB);
513
514     // Look for the best viable successor if there is one to place immediately
515     // after this block.
516     MachineBasicBlock *BestSucc = selectBestSuccessor(BB, Chain, BlockFilter);
517
518     // If an immediate successor isn't available, look for the best viable
519     // block among those we've identified as not violating the loop's CFG at
520     // this point. This won't be a fallthrough, but it will increase locality.
521     if (!BestSucc)
522       BestSucc = selectBestCandidateBlock(Chain, BlockWorkList, BlockFilter);
523
524     if (!BestSucc) {
525       BestSucc =
526           getFirstUnplacedBlock(F, Chain, PrevUnplacedBlockIt, BlockFilter);
527       if (!BestSucc)
528         break;
529
530       DEBUG(dbgs() << "Unnatural loop CFG detected, forcibly merging the "
531                       "layout successor until the CFG reduces\n");
532     }
533
534     // Place this block, updating the datastructures to reflect its placement.
535     BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[BestSucc];
536     // Zero out LoopPredecessors for the successor we're about to merge in case
537     // we selected a successor that didn't fit naturally into the CFG.
538     SuccChain.LoopPredecessors = 0;
539     DEBUG(dbgs() << "Merging from " << getBlockNum(BB) << " to "
540                  << getBlockNum(BestSucc) << "\n");
541     markChainSuccessors(SuccChain, LoopHeaderBB, BlockWorkList, BlockFilter);
542     Chain.merge(BestSucc, &SuccChain);
543     BB = *std::prev(Chain.end());
544   }
545
546   DEBUG(dbgs() << "Finished forming chain for header block "
547                << getBlockNum(*Chain.begin()) << "\n");
548 }
549
550 /// \brief Find the best loop top block for layout.
551 ///
552 /// Look for a block which is strictly better than the loop header for laying
553 /// out at the top of the loop. This looks for one and only one pattern:
554 /// a latch block with no conditional exit. This block will cause a conditional
555 /// jump around it or will be the bottom of the loop if we lay it out in place,
556 /// but if it it doesn't end up at the bottom of the loop for any reason,
557 /// rotation alone won't fix it. Because such a block will always result in an
558 /// unconditional jump (for the backedge) rotating it in front of the loop
559 /// header is always profitable.
560 MachineBasicBlock *
561 MachineBlockPlacement::findBestLoopTop(MachineLoop &L,
562                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
563   // Check that the header hasn't been fused with a preheader block due to
564   // crazy branches. If it has, we need to start with the header at the top to
565   // prevent pulling the preheader into the loop body.
566   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
567   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
568     return L.getHeader();
569
570   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop top for: " << getBlockName(L.getHeader())
571                << "\n");
572
573   BlockFrequency BestPredFreq;
574   MachineBasicBlock *BestPred = nullptr;
575   for (MachineBasicBlock *Pred : L.getHeader()->predecessors()) {
576     if (!LoopBlockSet.count(Pred))
577       continue;
578     DEBUG(dbgs() << "    header pred: " << getBlockName(Pred) << ", "
579                  << Pred->succ_size() << " successors, ";
580           MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Pred) << " freq\n");
581     if (Pred->succ_size() > 1)
582       continue;
583
584     BlockFrequency PredFreq = MBFI->getBlockFreq(Pred);
585     if (!BestPred || PredFreq > BestPredFreq ||
586         (!(PredFreq < BestPredFreq) &&
587          Pred->isLayoutSuccessor(L.getHeader()))) {
588       BestPred = Pred;
589       BestPredFreq = PredFreq;
590     }
591   }
592
593   // If no direct predecessor is fine, just use the loop header.
594   if (!BestPred)
595     return L.getHeader();
596
597   // Walk backwards through any straight line of predecessors.
598   while (BestPred->pred_size() == 1 &&
599          (*BestPred->pred_begin())->succ_size() == 1 &&
600          *BestPred->pred_begin() != L.getHeader())
601     BestPred = *BestPred->pred_begin();
602
603   DEBUG(dbgs() << "    final top: " << getBlockName(BestPred) << "\n");
604   return BestPred;
605 }
606
607 /// \brief Find the best loop exiting block for layout.
608 ///
609 /// This routine implements the logic to analyze the loop looking for the best
610 /// block to layout at the top of the loop. Typically this is done to maximize
611 /// fallthrough opportunities.
612 MachineBasicBlock *
613 MachineBlockPlacement::findBestLoopExit(MachineFunction &F, MachineLoop &L,
614                                         const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
615   // We don't want to layout the loop linearly in all cases. If the loop header
616   // is just a normal basic block in the loop, we want to look for what block
617   // within the loop is the best one to layout at the top. However, if the loop
618   // header has be pre-merged into a chain due to predecessors not having
619   // analyzable branches, *and* the predecessor it is merged with is *not* part
620   // of the loop, rotating the header into the middle of the loop will create
621   // a non-contiguous range of blocks which is Very Bad. So start with the
622   // header and only rotate if safe.
623   BlockChain &HeaderChain = *BlockToChain[L.getHeader()];
624   if (!LoopBlockSet.count(*HeaderChain.begin()))
625     return nullptr;
626
627   BlockFrequency BestExitEdgeFreq;
628   unsigned BestExitLoopDepth = 0;
629   MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
630   // If there are exits to outer loops, loop rotation can severely limit
631   // fallthrough opportunites unless it selects such an exit. Keep a set of
632   // blocks where rotating to exit with that block will reach an outer loop.
633   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 4> BlocksExitingToOuterLoop;
634
635   DEBUG(dbgs() << "Finding best loop exit for: " << getBlockName(L.getHeader())
636                << "\n");
637   for (MachineBasicBlock *MBB : L.getBlocks()) {
638     BlockChain &Chain = *BlockToChain[MBB];
639     // Ensure that this block is at the end of a chain; otherwise it could be
640     // mid-way through an inner loop or a successor of an analyzable branch.
641     if (MBB != *std::prev(Chain.end()))
642       continue;
643
644     // Now walk the successors. We need to establish whether this has a viable
645     // exiting successor and whether it has a viable non-exiting successor.
646     // We store the old exiting state and restore it if a viable looping
647     // successor isn't found.
648     MachineBasicBlock *OldExitingBB = ExitingBB;
649     BlockFrequency OldBestExitEdgeFreq = BestExitEdgeFreq;
650     bool HasLoopingSucc = false;
651     // FIXME: Due to the performance of the probability and weight routines in
652     // the MBPI analysis, we use the internal weights and manually compute the
653     // probabilities to avoid quadratic behavior.
654     uint32_t WeightScale = 0;
655     uint32_t SumWeight = MBPI->getSumForBlock(MBB, WeightScale);
656     for (MachineBasicBlock *Succ : MBB->successors()) {
657       if (Succ->isLandingPad())
658         continue;
659       if (Succ == MBB)
660         continue;
661       BlockChain &SuccChain = *BlockToChain[Succ];
662       // Don't split chains, either this chain or the successor's chain.
663       if (&Chain == &SuccChain) {
664         DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(MBB) << " -> "
665                      << getBlockName(Succ) << " (chain conflict)\n");
666         continue;
667       }
668
669       uint32_t SuccWeight = MBPI->getEdgeWeight(MBB, Succ);
670       if (LoopBlockSet.count(Succ)) {
671         DEBUG(dbgs() << "    looping: " << getBlockName(MBB) << " -> "
672                      << getBlockName(Succ) << " (" << SuccWeight << ")\n");
673         HasLoopingSucc = true;
674         continue;
675       }
676
677       unsigned SuccLoopDepth = 0;
678       if (MachineLoop *ExitLoop = MLI->getLoopFor(Succ)) {
679         SuccLoopDepth = ExitLoop->getLoopDepth();
680         if (ExitLoop->contains(&L))
681           BlocksExitingToOuterLoop.insert(MBB);
682       }
683
684       BranchProbability SuccProb(SuccWeight / WeightScale, SumWeight);
685       BlockFrequency ExitEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(MBB) * SuccProb;
686       DEBUG(dbgs() << "    exiting: " << getBlockName(MBB) << " -> "
687                    << getBlockName(Succ) << " [L:" << SuccLoopDepth << "] (";
688             MBFI->printBlockFreq(dbgs(), ExitEdgeFreq) << ")\n");
689       // Note that we bias this toward an existing layout successor to retain
690       // incoming order in the absence of better information. The exit must have
691       // a frequency higher than the current exit before we consider breaking
692       // the layout.
693       BranchProbability Bias(100 - ExitBlockBias, 100);
694       if (!ExitingBB || BestExitLoopDepth < SuccLoopDepth ||
695           ExitEdgeFreq > BestExitEdgeFreq ||
696           (MBB->isLayoutSuccessor(Succ) &&
697            !(ExitEdgeFreq < BestExitEdgeFreq * Bias))) {
698         BestExitEdgeFreq = ExitEdgeFreq;
699         ExitingBB = MBB;
700       }
701     }
702
703     // Restore the old exiting state, no viable looping successor was found.
704     if (!HasLoopingSucc) {
705       ExitingBB = OldExitingBB;
706       BestExitEdgeFreq = OldBestExitEdgeFreq;
707       continue;
708     }
709   }
710   // Without a candidate exiting block or with only a single block in the
711   // loop, just use the loop header to layout the loop.
712   if (!ExitingBB || L.getNumBlocks() == 1)
713     return nullptr;
714
715   // Also, if we have exit blocks which lead to outer loops but didn't select
716   // one of them as the exiting block we are rotating toward, disable loop
717   // rotation altogether.
718   if (!BlocksExitingToOuterLoop.empty() &&
719       !BlocksExitingToOuterLoop.count(ExitingBB))
720     return nullptr;
721
722   DEBUG(dbgs() << "  Best exiting block: " << getBlockName(ExitingBB) << "\n");
723   return ExitingBB;
724 }
725
726 /// \brief Attempt to rotate an exiting block to the bottom of the loop.
727 ///
728 /// Once we have built a chain, try to rotate it to line up the hot exit block
729 /// with fallthrough out of the loop if doing so doesn't introduce unnecessary
730 /// branches. For example, if the loop has fallthrough into its header and out
731 /// of its bottom already, don't rotate it.
732 void MachineBlockPlacement::rotateLoop(BlockChain &LoopChain,
733                                        MachineBasicBlock *ExitingBB,
734                                        const BlockFilterSet &LoopBlockSet) {
735   if (!ExitingBB)
736     return;
737
738   MachineBasicBlock *Top = *LoopChain.begin();
739   bool ViableTopFallthrough = false;
740   for (MachineBasicBlock *Pred : Top->predecessors()) {
741     BlockChain *PredChain = BlockToChain[Pred];
742     if (!LoopBlockSet.count(Pred) &&
743         (!PredChain || Pred == *std::prev(PredChain->end()))) {
744       ViableTopFallthrough = true;
745       break;
746     }
747   }
748
749   // If the header has viable fallthrough, check whether the current loop
750   // bottom is a viable exiting block. If so, bail out as rotating will
751   // introduce an unnecessary branch.
752   if (ViableTopFallthrough) {
753     MachineBasicBlock *Bottom = *std::prev(LoopChain.end());
754     for (MachineBasicBlock *Succ : Bottom->successors()) {
755       BlockChain *SuccChain = BlockToChain[Succ];
756       if (!LoopBlockSet.count(Succ) &&
757           (!SuccChain || Succ == *SuccChain->begin()))
758         return;
759     }
760   }
761
762   BlockChain::iterator ExitIt =
763       std::find(LoopChain.begin(), LoopChain.end(), ExitingBB);
764   if (ExitIt == LoopChain.end())
765     return;
766
767   std::rotate(LoopChain.begin(), std::next(ExitIt), LoopChain.end());
768 }
769
770 /// \brief Forms basic block chains from the natural loop structures.
771 ///
772 /// These chains are designed to preserve the existing *structure* of the code
773 /// as much as possible. We can then stitch the chains together in a way which
774 /// both preserves the topological structure and minimizes taken conditional
775 /// branches.
776 void MachineBlockPlacement::buildLoopChains(MachineFunction &F,
777                                             MachineLoop &L) {
778   // First recurse through any nested loops, building chains for those inner
779   // loops.
780   for (MachineLoop *InnerLoop : L)
781     buildLoopChains(F, *InnerLoop);
782
783   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
784   BlockFilterSet LoopBlockSet(L.block_begin(), L.block_end());
785
786   // First check to see if there is an obviously preferable top block for the
787   // loop. This will default to the header, but may end up as one of the
788   // predecessors to the header if there is one which will result in strictly
789   // fewer branches in the loop body.
790   MachineBasicBlock *LoopTop = findBestLoopTop(L, LoopBlockSet);
791
792   // If we selected just the header for the loop top, look for a potentially
793   // profitable exit block in the event that rotating the loop can eliminate
794   // branches by placing an exit edge at the bottom.
795   MachineBasicBlock *ExitingBB = nullptr;
796   if (LoopTop == L.getHeader())
797     ExitingBB = findBestLoopExit(F, L, LoopBlockSet);
798
799   BlockChain &LoopChain = *BlockToChain[LoopTop];
800
801   // FIXME: This is a really lame way of walking the chains in the loop: we
802   // walk the blocks, and use a set to prevent visiting a particular chain
803   // twice.
804   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
805   assert(LoopChain.LoopPredecessors == 0);
806   UpdatedPreds.insert(&LoopChain);
807   for (MachineBasicBlock *LoopBB : L.getBlocks()) {
808     BlockChain &Chain = *BlockToChain[LoopBB];
809     if (!UpdatedPreds.insert(&Chain).second)
810       continue;
811
812     assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
813     for (MachineBasicBlock *ChainBB : Chain) {
814       assert(BlockToChain[ChainBB] == &Chain);
815       for (MachineBasicBlock *Pred : ChainBB->predecessors()) {
816         if (BlockToChain[Pred] == &Chain || !LoopBlockSet.count(Pred))
817           continue;
818         ++Chain.LoopPredecessors;
819       }
820     }
821
822     if (Chain.LoopPredecessors == 0)
823       BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
824   }
825
826   buildChain(LoopTop, LoopChain, BlockWorkList, &LoopBlockSet);
827   rotateLoop(LoopChain, ExitingBB, LoopBlockSet);
828
829   DEBUG({
830     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
831     bool BadLoop = false;
832     if (LoopChain.LoopPredecessors) {
833       BadLoop = true;
834       dbgs() << "Loop chain contains a block without its preds placed!\n"
835              << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
836              << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n";
837     }
838     for (MachineBasicBlock *ChainBB : LoopChain) {
839       dbgs() << "          ... " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
840       if (!LoopBlockSet.erase(ChainBB)) {
841         // We don't mark the loop as bad here because there are real situations
842         // where this can occur. For example, with an unanalyzable fallthrough
843         // from a loop block to a non-loop block or vice versa.
844         dbgs() << "Loop chain contains a block not contained by the loop!\n"
845                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
846                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
847                << "  Bad block:    " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
848       }
849     }
850
851     if (!LoopBlockSet.empty()) {
852       BadLoop = true;
853       for (MachineBasicBlock *LoopBB : LoopBlockSet)
854         dbgs() << "Loop contains blocks never placed into a chain!\n"
855                << "  Loop header:  " << getBlockName(*L.block_begin()) << "\n"
856                << "  Chain header: " << getBlockName(*LoopChain.begin()) << "\n"
857                << "  Bad block:    " << getBlockName(LoopBB) << "\n";
858     }
859     assert(!BadLoop && "Detected problems with the placement of this loop.");
860   });
861 }
862
863 void MachineBlockPlacement::buildCFGChains(MachineFunction &F) {
864   // Ensure that every BB in the function has an associated chain to simplify
865   // the assumptions of the remaining algorithm.
866   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond; // For AnalyzeBranch.
867   for (MachineFunction::iterator FI = F.begin(), FE = F.end(); FI != FE; ++FI) {
868     MachineBasicBlock *BB = FI;
869     BlockChain *Chain =
870         new (ChainAllocator.Allocate()) BlockChain(BlockToChain, BB);
871     // Also, merge any blocks which we cannot reason about and must preserve
872     // the exact fallthrough behavior for.
873     for (;;) {
874       Cond.clear();
875       MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
876       if (!TII->AnalyzeBranch(*BB, TBB, FBB, Cond) || !FI->canFallThrough())
877         break;
878
879       MachineFunction::iterator NextFI(std::next(FI));
880       MachineBasicBlock *NextBB = NextFI;
881       // Ensure that the layout successor is a viable block, as we know that
882       // fallthrough is a possibility.
883       assert(NextFI != FE && "Can't fallthrough past the last block.");
884       DEBUG(dbgs() << "Pre-merging due to unanalyzable fallthrough: "
885                    << getBlockName(BB) << " -> " << getBlockName(NextBB)
886                    << "\n");
887       Chain->merge(NextBB, nullptr);
888       FI = NextFI;
889       BB = NextBB;
890     }
891   }
892
893   if (OutlineOptionalBranches) {
894     // Find the nearest common dominator of all of F's terminators.
895     MachineBasicBlock *Terminator = nullptr;
896     for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
897       if (MBB.succ_size() == 0) {
898         if (Terminator == nullptr)
899           Terminator = &MBB;
900         else
901           Terminator = MDT->findNearestCommonDominator(Terminator, &MBB);
902       }
903     }
904
905     // MBBs dominating this common dominator are unavoidable.
906     UnavoidableBlocks.clear();
907     for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
908       if (MDT->dominates(&MBB, Terminator)) {
909         UnavoidableBlocks.insert(&MBB);
910       }
911     }
912   }
913
914   // Build any loop-based chains.
915   for (MachineLoop *L : *MLI)
916     buildLoopChains(F, *L);
917
918   SmallVector<MachineBasicBlock *, 16> BlockWorkList;
919
920   SmallPtrSet<BlockChain *, 4> UpdatedPreds;
921   for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
922     BlockChain &Chain = *BlockToChain[&MBB];
923     if (!UpdatedPreds.insert(&Chain).second)
924       continue;
925
926     assert(Chain.LoopPredecessors == 0);
927     for (MachineBasicBlock *ChainBB : Chain) {
928       assert(BlockToChain[ChainBB] == &Chain);
929       for (MachineBasicBlock *Pred : ChainBB->predecessors()) {
930         if (BlockToChain[Pred] == &Chain)
931           continue;
932         ++Chain.LoopPredecessors;
933       }
934     }
935
936     if (Chain.LoopPredecessors == 0)
937       BlockWorkList.push_back(*Chain.begin());
938   }
939
940   BlockChain &FunctionChain = *BlockToChain[&F.front()];
941   buildChain(&F.front(), FunctionChain, BlockWorkList);
942
943 #ifndef NDEBUG
944   typedef SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 16> FunctionBlockSetType;
945 #endif
946   DEBUG({
947     // Crash at the end so we get all of the debugging output first.
948     bool BadFunc = false;
949     FunctionBlockSetType FunctionBlockSet;
950     for (MachineBasicBlock &MBB : F)
951       FunctionBlockSet.insert(&MBB);
952
953     for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain)
954       if (!FunctionBlockSet.erase(ChainBB)) {
955         BadFunc = true;
956         dbgs() << "Function chain contains a block not in the function!\n"
957                << "  Bad block:    " << getBlockName(ChainBB) << "\n";
958       }
959
960     if (!FunctionBlockSet.empty()) {
961       BadFunc = true;
962       for (MachineBasicBlock *RemainingBB : FunctionBlockSet)
963         dbgs() << "Function contains blocks never placed into a chain!\n"
964                << "  Bad block:    " << getBlockName(RemainingBB) << "\n";
965     }
966     assert(!BadFunc && "Detected problems with the block placement.");
967   });
968
969   // Splice the blocks into place.
970   MachineFunction::iterator InsertPos = F.begin();
971   for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain) {
972     DEBUG(dbgs() << (ChainBB == *FunctionChain.begin() ? "Placing chain "
973                                                        : "          ... ")
974                  << getBlockName(ChainBB) << "\n");
975     if (InsertPos != MachineFunction::iterator(ChainBB))
976       F.splice(InsertPos, ChainBB);
977     else
978       ++InsertPos;
979
980     // Update the terminator of the previous block.
981     if (ChainBB == *FunctionChain.begin())
982       continue;
983     MachineBasicBlock *PrevBB = std::prev(MachineFunction::iterator(ChainBB));
984
985     // FIXME: It would be awesome of updateTerminator would just return rather
986     // than assert when the branch cannot be analyzed in order to remove this
987     // boiler plate.
988     Cond.clear();
989     MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
990     if (!TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
991       // The "PrevBB" is not yet updated to reflect current code layout, so,
992       //   o. it may fall-through to a block without explict "goto" instruction
993       //      before layout, and no longer fall-through it after layout; or
994       //   o. just opposite.
995       //
996       // AnalyzeBranch() may return erroneous value for FBB when these two
997       // situations take place. For the first scenario FBB is mistakenly set
998       // NULL; for the 2nd scenario, the FBB, which is expected to be NULL,
999       // is mistakenly pointing to "*BI".
1000       //
1001       bool needUpdateBr = true;
1002       if (!Cond.empty() && (!FBB || FBB == ChainBB)) {
1003         PrevBB->updateTerminator();
1004         needUpdateBr = false;
1005         Cond.clear();
1006         TBB = FBB = nullptr;
1007         if (TII->AnalyzeBranch(*PrevBB, TBB, FBB, Cond)) {
1008           // FIXME: This should never take place.
1009           TBB = FBB = nullptr;
1010         }
1011       }
1012
1013       // If PrevBB has a two-way branch, try to re-order the branches
1014       // such that we branch to the successor with higher weight first.
1015       if (TBB && !Cond.empty() && FBB &&
1016           MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB) > MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) &&
1017           !TII->ReverseBranchCondition(Cond)) {
1018         DEBUG(dbgs() << "Reverse order of the two branches: "
1019                      << getBlockName(PrevBB) << "\n");
1020         DEBUG(dbgs() << "    Edge weight: " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, FBB)
1021                      << " vs " << MBPI->getEdgeWeight(PrevBB, TBB) << "\n");
1022         DebugLoc dl; // FIXME: this is nowhere
1023         TII->RemoveBranch(*PrevBB);
1024         TII->InsertBranch(*PrevBB, FBB, TBB, Cond, dl);
1025         needUpdateBr = true;
1026       }
1027       if (needUpdateBr)
1028         PrevBB->updateTerminator();
1029     }
1030   }
1031
1032   // Fixup the last block.
1033   Cond.clear();
1034   MachineBasicBlock *TBB = nullptr, *FBB = nullptr; // For AnalyzeBranch.
1035   if (!TII->AnalyzeBranch(F.back(), TBB, FBB, Cond))
1036     F.back().updateTerminator();
1037
1038   // Walk through the backedges of the function now that we have fully laid out
1039   // the basic blocks and align the destination of each backedge. We don't rely
1040   // exclusively on the loop info here so that we can align backedges in
1041   // unnatural CFGs and backedges that were introduced purely because of the
1042   // loop rotations done during this layout pass.
1043   if (F.getFunction()->hasFnAttribute(Attribute::OptimizeForSize))
1044     return;
1045   if (FunctionChain.begin() == FunctionChain.end())
1046     return; // Empty chain.
1047
1048   const BranchProbability ColdProb(1, 5); // 20%
1049   BlockFrequency EntryFreq = MBFI->getBlockFreq(F.begin());
1050   BlockFrequency WeightedEntryFreq = EntryFreq * ColdProb;
1051   for (MachineBasicBlock *ChainBB : FunctionChain) {
1052     if (ChainBB == *FunctionChain.begin())
1053       continue;
1054
1055     // Don't align non-looping basic blocks. These are unlikely to execute
1056     // enough times to matter in practice. Note that we'll still handle
1057     // unnatural CFGs inside of a natural outer loop (the common case) and
1058     // rotated loops.
1059     MachineLoop *L = MLI->getLoopFor(ChainBB);
1060     if (!L)
1061       continue;
1062
1063     unsigned Align = TLI->getPrefLoopAlignment(L);
1064     if (!Align)
1065       continue; // Don't care about loop alignment.
1066
1067     // If the block is cold relative to the function entry don't waste space
1068     // aligning it.
1069     BlockFrequency Freq = MBFI->getBlockFreq(ChainBB);
1070     if (Freq < WeightedEntryFreq)
1071       continue;
1072
1073     // If the block is cold relative to its loop header, don't align it
1074     // regardless of what edges into the block exist.
1075     MachineBasicBlock *LoopHeader = L->getHeader();
1076     BlockFrequency LoopHeaderFreq = MBFI->getBlockFreq(LoopHeader);
1077     if (Freq < (LoopHeaderFreq * ColdProb))
1078       continue;
1079
1080     // Check for the existence of a non-layout predecessor which would benefit
1081     // from aligning this block.
1082     MachineBasicBlock *LayoutPred =
1083         &*std::prev(MachineFunction::iterator(ChainBB));
1084
1085     // Force alignment if all the predecessors are jumps. We already checked
1086     // that the block isn't cold above.
1087     if (!LayoutPred->isSuccessor(ChainBB)) {
1088       ChainBB->setAlignment(Align);
1089       continue;
1090     }
1091
1092     // Align this block if the layout predecessor's edge into this block is
1093     // cold relative to the block. When this is true, other predecessors make up
1094     // all of the hot entries into the block and thus alignment is likely to be
1095     // important.
1096     BranchProbability LayoutProb =
1097         MBPI->getEdgeProbability(LayoutPred, ChainBB);
1098     BlockFrequency LayoutEdgeFreq = MBFI->getBlockFreq(LayoutPred) * LayoutProb;
1099     if (LayoutEdgeFreq <= (Freq * ColdProb))
1100       ChainBB->setAlignment(Align);
1101   }
1102 }
1103
1104 bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
1105   // Check for single-block functions and skip them.
1106   if (std::next(F.begin()) == F.end())
1107     return false;
1108
1109   if (skipOptnoneFunction(*F.getFunction()))
1110     return false;
1111
1112   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
1113   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
1114   MLI = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1115   TII = F.getSubtarget().getInstrInfo();
1116   TLI = F.getSubtarget().getTargetLowering();
1117   MDT = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
1118   assert(BlockToChain.empty());
1119
1120   buildCFGChains(F);
1121
1122   BlockToChain.clear();
1123   ChainAllocator.DestroyAll();
1124
1125   if (AlignAllBlock)
1126     // Align all of the blocks in the function to a specific alignment.
1127     for (MachineBasicBlock &MBB : F)
1128       MBB.setAlignment(AlignAllBlock);
1129
1130   // We always return true as we have no way to track whether the final order
1131   // differs from the original order.
1132   return true;
1133 }
1134
1135 namespace {
1136 /// \brief A pass to compute block placement statistics.
1137 ///
1138 /// A separate pass to compute interesting statistics for evaluating block
1139 /// placement. This is separate from the actual placement pass so that they can
1140 /// be computed in the absence of any placement transformations or when using
1141 /// alternative placement strategies.
1142 class MachineBlockPlacementStats : public MachineFunctionPass {
1143   /// \brief A handle to the branch probability pass.
1144   const MachineBranchProbabilityInfo *MBPI;
1145
1146   /// \brief A handle to the function-wide block frequency pass.
1147   const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
1148
1149 public:
1150   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
1151   MachineBlockPlacementStats() : MachineFunctionPass(ID) {
1152     initializeMachineBlockPlacementStatsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1153   }
1154
1155   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &F) override;
1156
1157   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
1158     AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
1159     AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
1160     AU.setPreservesAll();
1161     MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
1162   }
1163 };
1164 }
1165
1166 char MachineBlockPlacementStats::ID = 0;
1167 char &llvm::MachineBlockPlacementStatsID = MachineBlockPlacementStats::ID;
1168 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
1169                       "Basic Block Placement Stats", false, false)
1170 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBranchProbabilityInfo)
1171 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineBlockFrequencyInfo)
1172 INITIALIZE_PASS_END(MachineBlockPlacementStats, "block-placement-stats",
1173                     "Basic Block Placement Stats", false, false)
1174
1175 bool MachineBlockPlacementStats::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
1176   // Check for single-block functions and skip them.
1177   if (std::next(F.begin()) == F.end())
1178     return false;
1179
1180   MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
1181   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
1182
1183   for (MachineBasicBlock &MBB : F) {
1184     BlockFrequency BlockFreq = MBFI->getBlockFreq(&MBB);
1185     Statistic &NumBranches =
1186         (MBB.succ_size() > 1) ? NumCondBranches : NumUncondBranches;
1187     Statistic &BranchTakenFreq =
1188         (MBB.succ_size() > 1) ? CondBranchTakenFreq : UncondBranchTakenFreq;
1189     for (MachineBasicBlock *Succ : MBB.successors()) {
1190       // Skip if this successor is a fallthrough.
1191       if (MBB.isLayoutSuccessor(Succ))
1192         continue;
1193
1194       BlockFrequency EdgeFreq =
1195           BlockFreq * MBPI->getEdgeProbability(&MBB, Succ);
1196       ++NumBranches;
1197       BranchTakenFreq += EdgeFreq.getFrequency();
1198     }
1199   }
1200
1201   return false;
1202 }
1203