lib/ExecutionEngine/JIT/JIT.cpp

   1 //===-- JIT.cpp - LLVM Just in Time Compiler ------------------------------===//
   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 tool implements a just-in-time compiler for LLVM, allowing direct
  11 // execution of LLVM bitcode in an efficient manner.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "JIT.h"
  16 #include "llvm/Constants.h"
  17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  18 #include "llvm/Function.h"
  19 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  20 #include "llvm/Instructions.h"
  21 #include "llvm/ModuleProvider.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/MachineCodeEmitter.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  24 #include "llvm/ExecutionEngine/GenericValue.h"
  25 #include "llvm/Support/MutexGuard.h"
  26 #include "llvm/System/DynamicLibrary.h"
  27 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetJITInfo.h"
  30
  31 #include "llvm/Config/config.h"
  32
  33 using namespace llvm;
  34
  35 #ifdef __APPLE__
  36 // Apple gcc defaults to -fuse-cxa-atexit (i.e. calls __cxa_atexit instead
  37 // of atexit). It passes the address of linker generated symbol __dso_handle
  38 // to the function.
  39 // This configuration change happened at version 5330.
  40 # include <AvailabilityMacros.h>
  41 # if defined(MAC_OS_X_VERSION_10_4) && \
  42      ((MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED > MAC_OS_X_VERSION_10_4) || \
  43       (MAC_OS_X_VERSION_MIN_REQUIRED == MAC_OS_X_VERSION_10_4 && \
  44        __APPLE_CC__ >= 5330))
  45 #  ifndef HAVE___DSO_HANDLE
  46 #   define HAVE___DSO_HANDLE 1
  47 #  endif
  48 # endif
  49 #endif
  50
  51 #if HAVE___DSO_HANDLE
  52 extern void *__dso_handle __attribute__ ((__visibility__ ("hidden")));
  53 #endif
  54
  55 static struct RegisterJIT {
  56   RegisterJIT() { JIT::Register(); }
  57 } JITRegistrator;
  58
  59 namespace llvm {
  60   void LinkInJIT() {
  61   }
  62 }
  63
  64 #if defined (__GNUC__)
  65 extern "C" void __register_frame(void*);
  66 #endif
  67
  68 /// createJIT - This is the factory method for creating a JIT for the current
  69 /// machine, it does not fall back to the interpreter.  This takes ownership
  70 /// of the module provider.
  71 ExecutionEngine *ExecutionEngine::createJIT(ModuleProvider *MP,
  72                                             std::string *ErrorStr,
  73                                             JITMemoryManager *JMM) {
  74   ExecutionEngine *EE = JIT::createJIT(MP, ErrorStr, JMM);
  75   if (!EE) return 0;
  76
  77   // Register routine for informing unwinding runtime about new EH frames
  78 #if defined(__GNUC__)
  79   EE->InstallExceptionTableRegister(__register_frame);
  80 #endif
  81
  82   // Make sure we can resolve symbols in the program as well. The zero arg
  83   // to the function tells DynamicLibrary to load the program, not a library.
  84   sys::DynamicLibrary::LoadLibraryPermanently(0, ErrorStr);
  85   return EE;
  86 }
  87
  88 JIT::JIT(ModuleProvider *MP, TargetMachine &tm, TargetJITInfo &tji,
  89          JITMemoryManager *JMM)
  90   : ExecutionEngine(MP), TM(tm), TJI(tji), jitstate(MP) {
  91   setTargetData(TM.getTargetData());
  92
  93   // Initialize MCE
  94   MCE = createEmitter(*this, JMM);
  95
  96   // Add target data
  97   MutexGuard locked(lock);
  98   FunctionPassManager &PM = jitstate.getPM(locked);
  99   PM.add(new TargetData(*TM.getTargetData()));
 100
 101   // Turn the machine code intermediate representation into bytes in memory that
 102   // may be executed.
 103   if (TM.addPassesToEmitMachineCode(PM, *MCE, false /*fast*/)) {
 104     cerr << "Target does not support machine code emission!\n";
 105     abort();
 106   }
 107
 108   // Initialize passes.
 109   PM.doInitialization();
 110 }
 111
 112 JIT::~JIT() {
 113   delete MCE;
 114   delete &TM;
 115 }
 116
 117 /// run - Start execution with the specified function and arguments.
 118 ///
 119 GenericValue JIT::runFunction(Function *F,
 120                               const std::vector<GenericValue> &ArgValues) {
 121   assert(F && "Function *F was null at entry to run()");
 122
 123   void *FPtr = getPointerToFunction(F);
 124   assert(FPtr && "Pointer to fn's code was null after getPointerToFunction");
 125   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
 126   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
 127
 128   assert((FTy->getNumParams() <= ArgValues.size() || FTy->isVarArg()) &&
 129          "Too many arguments passed into function!");
 130   assert(FTy->getNumParams() == ArgValues.size() &&
 131          "This doesn't support passing arguments through varargs (yet)!");
 132
 133   // Handle some common cases first.  These cases correspond to common `main'
 134   // prototypes.
 135   if (RetTy == Type::Int32Ty || RetTy == Type::VoidTy) {
 136     switch (ArgValues.size()) {
 137     case 3:
 138       if (FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty &&
 139           isa<PointerType>(FTy->getParamType(1)) &&
 140           isa<PointerType>(FTy->getParamType(2))) {
 141         int (*PF)(int, char **, const char **) =
 142           (int(*)(int, char **, const char **))(intptr_t)FPtr;
 143
 144         // Call the function.
 145         GenericValue rv;
 146         rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue(),
 147                                  (char **)GVTOP(ArgValues[1]),
 148                                  (const char **)GVTOP(ArgValues[2])));
 149         return rv;
 150       }
 151       break;
 152     case 2:
 153       if (FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty &&
 154           isa<PointerType>(FTy->getParamType(1))) {
 155         int (*PF)(int, char **) = (int(*)(int, char **))(intptr_t)FPtr;
 156
 157         // Call the function.
 158         GenericValue rv;
 159         rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue(),
 160                                  (char **)GVTOP(ArgValues[1])));
 161         return rv;
 162       }
 163       break;
 164     case 1:
 165       if (FTy->getNumParams() == 1 &&
 166           FTy->getParamType(0) == Type::Int32Ty) {
 167         GenericValue rv;
 168         int (*PF)(int) = (int(*)(int))(intptr_t)FPtr;
 169         rv.IntVal = APInt(32, PF(ArgValues[0].IntVal.getZExtValue()));
 170         return rv;
 171       }
 172       break;
 173     }
 174   }
 175
 176   // Handle cases where no arguments are passed first.
 177   if (ArgValues.empty()) {
 178     GenericValue rv;
 179     switch (RetTy->getTypeID()) {
 180     default: assert(0 && "Unknown return type for function call!");
 181     case Type::IntegerTyID: {
 182       unsigned BitWidth = cast<IntegerType>(RetTy)->getBitWidth();
 183       if (BitWidth == 1)
 184         rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((bool(*)())(intptr_t)FPtr)());
 185       else if (BitWidth <= 8)
 186         rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((char(*)())(intptr_t)FPtr)());
 187       else if (BitWidth <= 16)
 188         rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((short(*)())(intptr_t)FPtr)());
 189       else if (BitWidth <= 32)
 190         rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((int(*)())(intptr_t)FPtr)());
 191       else if (BitWidth <= 64)
 192         rv.IntVal = APInt(BitWidth, ((int64_t(*)())(intptr_t)FPtr)());
 193       else
 194         assert(0 && "Integer types > 64 bits not supported");
 195       return rv;
 196     }
 197     case Type::VoidTyID:
 198       rv.IntVal = APInt(32, ((int(*)())(intptr_t)FPtr)());
 199       return rv;
 200     case Type::FloatTyID:
 201       rv.FloatVal = ((float(*)())(intptr_t)FPtr)();
 202       return rv;
 203     case Type::DoubleTyID:
 204       rv.DoubleVal = ((double(*)())(intptr_t)FPtr)();
 205       return rv;
 206     case Type::X86_FP80TyID:
 207     case Type::FP128TyID:
 208     case Type::PPC_FP128TyID:
 209       assert(0 && "long double not supported yet");
 210       return rv;
 211     case Type::PointerTyID:
 212       return PTOGV(((void*(*)())(intptr_t)FPtr)());
 213     }
 214   }
 215
 216   // Okay, this is not one of our quick and easy cases.  Because we don't have a
 217   // full FFI, we have to codegen a nullary stub function that just calls the
 218   // function we are interested in, passing in constants for all of the
 219   // arguments.  Make this function and return.
 220
 221   // First, create the function.
 222   FunctionType *STy=FunctionType::get(RetTy, std::vector<const Type*>(), false);
 223   Function *Stub = Function::Create(STy, Function::InternalLinkage, "",
 224                                     F->getParent());
 225
 226   // Insert a basic block.
 227   BasicBlock *StubBB = BasicBlock::Create("", Stub);
 228
 229   // Convert all of the GenericValue arguments over to constants.  Note that we
 230   // currently don't support varargs.
 231   SmallVector<Value*, 8> Args;
 232   for (unsigned i = 0, e = ArgValues.size(); i != e; ++i) {
 233     Constant *C = 0;
 234     const Type *ArgTy = FTy->getParamType(i);
 235     const GenericValue &AV = ArgValues[i];
 236     switch (ArgTy->getTypeID()) {
 237     default: assert(0 && "Unknown argument type for function call!");
 238     case Type::IntegerTyID: C = ConstantInt::get(AV.IntVal); break;
 239     case Type::FloatTyID:   C = ConstantFP ::get(ArgTy, APFloat(AV.FloatVal));
 240                             break;
 241     case Type::DoubleTyID:  C = ConstantFP ::get(ArgTy, APFloat(AV.DoubleVal));
 242                             break;
 243     case Type::PPC_FP128TyID:
 244     case Type::X86_FP80TyID:
 245     case Type::FP128TyID:   C = ConstantFP ::get(ArgTy, APFloat(AV.IntVal));
 246                             break;
 247     case Type::PointerTyID:
 248       void *ArgPtr = GVTOP(AV);
 249       if (sizeof(void*) == 4) {
 250         C = ConstantInt::get(Type::Int32Ty, (int)(intptr_t)ArgPtr);
 251       } else {
 252         C = ConstantInt::get(Type::Int64Ty, (intptr_t)ArgPtr);
 253       }
 254       C = ConstantExpr::getIntToPtr(C, ArgTy);  // Cast the integer to pointer
 255       break;
 256     }
 257     Args.push_back(C);
 258   }
 259
 260   CallInst *TheCall = CallInst::Create(F, Args.begin(), Args.end(), "", StubBB);
 261   TheCall->setTailCall();
 262   if (TheCall->getType() != Type::VoidTy)
 263     ReturnInst::Create(TheCall, StubBB);             // Return result of the call.
 264   else
 265     ReturnInst::Create(StubBB);                      // Just return void.
 266
 267   // Finally, return the value returned by our nullary stub function.
 268   return runFunction(Stub, std::vector<GenericValue>());
 269 }
 270
 271 /// runJITOnFunction - Run the FunctionPassManager full of
 272 /// just-in-time compilation passes on F, hopefully filling in
 273 /// GlobalAddress[F] with the address of F's machine code.
 274 ///
 275 void JIT::runJITOnFunction(Function *F) {
 276   static bool isAlreadyCodeGenerating = false;
 277
 278   MutexGuard locked(lock);
 279   assert(!isAlreadyCodeGenerating && "Error: Recursive compilation detected!");
 280
 281   // JIT the function
 282   isAlreadyCodeGenerating = true;
 283   jitstate.getPM(locked).run(*F);
 284   isAlreadyCodeGenerating = false;
 285
 286   // If the function referred to a global variable that had not yet been
 287   // emitted, it allocates memory for the global, but doesn't emit it yet.  Emit
 288   // all of these globals now.
 289   while (!jitstate.getPendingGlobals(locked).empty()) {
 290     const GlobalVariable *GV = jitstate.getPendingGlobals(locked).back();
 291     jitstate.getPendingGlobals(locked).pop_back();
 292     EmitGlobalVariable(GV);
 293   }
 294 }
 295
 296 /// getPointerToFunction - This method is used to get the address of the
 297 /// specified function, compiling it if neccesary.
 298 ///
 299 void *JIT::getPointerToFunction(Function *F) {
 300   MutexGuard locked(lock);
 301
 302   if (void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F))
 303     return Addr;   // Check if function already code gen'd
 304
 305   // Make sure we read in the function if it exists in this Module.
 306   if (F->hasNotBeenReadFromBitcode()) {
 307     // Determine the module provider this function is provided by.
 308     Module *M = F->getParent();
 309     ModuleProvider *MP = 0;
 310     for (unsigned i = 0, e = Modules.size(); i != e; ++i) {
 311       if (Modules[i]->getModule() == M) {
 312         MP = Modules[i];
 313         break;
 314       }
 315     }
 316     assert(MP && "Function isn't in a module we know about!");
 317
 318     std::string ErrorMsg;
 319     if (MP->materializeFunction(F, &ErrorMsg)) {
 320       cerr << "Error reading function '" << F->getName()
 321            << "' from bitcode file: " << ErrorMsg << "\n";
 322       abort();
 323     }
 324   }
 325
 326   if (F->isDeclaration()) {
 327     void *Addr = getPointerToNamedFunction(F->getName());
 328     addGlobalMapping(F, Addr);
 329     return Addr;
 330   }
 331
 332   runJITOnFunction(F);
 333
 334   void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
 335   assert(Addr && "Code generation didn't add function to GlobalAddress table!");
 336   return Addr;
 337 }
 338
 339 /// getOrEmitGlobalVariable - Return the address of the specified global
 340 /// variable, possibly emitting it to memory if needed.  This is used by the
 341 /// Emitter.
 342 void *JIT::getOrEmitGlobalVariable(const GlobalVariable *GV) {
 343   MutexGuard locked(lock);
 344
 345   void *Ptr = getPointerToGlobalIfAvailable(GV);
 346   if (Ptr) return Ptr;
 347
 348   // If the global is external, just remember the address.
 349   if (GV->isDeclaration()) {
 350 #if HAVE___DSO_HANDLE
 351     if (GV->getName() == "__dso_handle")
 352       return (void*)&__dso_handle;
 353 #endif
 354     Ptr = sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol(GV->getName().c_str());
 355     if (Ptr == 0) {
 356       cerr << "Could not resolve external global address: "
 357            << GV->getName() << "\n";
 358       abort();
 359     }
 360   } else {
 361     // If the global hasn't been emitted to memory yet, allocate space.  We will
 362     // actually initialize the global after current function has finished
 363     // compilation.
 364     const Type *GlobalType = GV->getType()->getElementType();
 365     size_t S = getTargetData()->getABITypeSize(GlobalType);
 366     size_t A = getTargetData()->getPreferredAlignment(GV);
 367     if (A <= 8) {
 368       Ptr = malloc(S);
 369     } else {
 370       // Allocate S+A bytes of memory, then use an aligned pointer within that
 371       // space.
 372       Ptr = malloc(S+A);
 373       unsigned MisAligned = ((intptr_t)Ptr & (A-1));
 374       Ptr = (char*)Ptr + (MisAligned ? (A-MisAligned) : 0);
 375     }
 376     jitstate.getPendingGlobals(locked).push_back(GV);
 377   }
 378   addGlobalMapping(GV, Ptr);
 379   return Ptr;
 380 }
 381
 382
 383 /// recompileAndRelinkFunction - This method is used to force a function
 384 /// which has already been compiled, to be compiled again, possibly
 385 /// after it has been modified. Then the entry to the old copy is overwritten
 386 /// with a branch to the new copy. If there was no old copy, this acts
 387 /// just like JIT::getPointerToFunction().
 388 ///
 389 void *JIT::recompileAndRelinkFunction(Function *F) {
 390   void *OldAddr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
 391
 392   // If it's not already compiled there is no reason to patch it up.
 393   if (OldAddr == 0) { return getPointerToFunction(F); }
 394
 395   // Delete the old function mapping.
 396   addGlobalMapping(F, 0);
 397
 398   // Recodegen the function
 399   runJITOnFunction(F);
 400
 401   // Update state, forward the old function to the new function.
 402   void *Addr = getPointerToGlobalIfAvailable(F);
 403   assert(Addr && "Code generation didn't add function to GlobalAddress table!");
 404   TJI.replaceMachineCodeForFunction(OldAddr, Addr);
 405   return Addr;
 406 }
 407