lib/Transforms/Instrumentation/ProfilePaths/ProfilePaths.cpp

   1 //===-- ProfilePaths.cpp - interface to insert instrumentation ---*- C++ -*--=//
   2 //
   3 // This inserts intrumentation for counting
   4 // execution of paths though a given function
   5 // Its implemented as a "Function" Pass, and called using opt
   6 //
   7 // This pass is implemented by using algorithms similar to
   8 // 1."Efficient Path Profiling": Ball, T. and Larus, J. R.,
   9 // Proceedings of Micro-29, Dec 1996, Paris, France.
  10 // 2."Efficiently Counting Program events with support for on-line
  11 //   "queries": Ball T., ACM Transactions on Programming Languages
  12 //   and systems, Sep 1994.
  13 //
  14 // The algorithms work on a Graph constructed over the nodes
  15 // made from Basic Blocks: The transformations then take place on
  16 // the constucted graph (implementation in Graph.cpp and GraphAuxillary.cpp)
  17 // and finally, appropriate instrumentation is placed over suitable edges.
  18 // (code inserted through EdgeCode.cpp).
  19 //
  20 // The algorithm inserts code such that every acyclic path in the CFG
  21 // of a function is identified through a unique number. the code insertion
  22 // is optimal in the sense that its inserted over a minimal set of edges. Also,
  23 // the algorithm makes sure than initialization, path increment and counter
  24 // update can be collapsed into minmimum number of edges.
  25 //===----------------------------------------------------------------------===//
  26
  27 #include "llvm/Transforms/Instrumentation/ProfilePaths.h"
  28 #include "llvm/Transforms/UnifyMethodExitNodes.h"
  29 #include "llvm/Support/CFG.h"
  30 #include "llvm/Function.h"
  31 #include "llvm/BasicBlock.h"
  32 #include "llvm/ConstantVals.h"
  33 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  34 #include "llvm/iMemory.h"
  35 #include "llvm/Pass.h"
  36 #include "Graph.h"
  37
  38 using std::vector;
  39
  40 class ProfilePaths: public MethodPass {
  41  public:
  42   bool runOnMethod(Function *M);
  43
  44   // Before this pass, make sure that there is only one
  45   // entry and only one exit node for the function in the CFG of the function
  46   //
  47   void ProfilePaths::getAnalysisUsageInfo(Pass::AnalysisSet &Requires,
  48                                           Pass::AnalysisSet &Destroyed,
  49                                           Pass::AnalysisSet &Provided) {
  50     Requires.push_back(UnifyMethodExitNodes::ID);
  51   }
  52 };
  53
  54 // createProfilePathsPass - Create a new pass to add path profiling
  55 //
  56 Pass *createProfilePathsPass() {
  57   return new ProfilePaths();
  58 }
  59
  60
  61 static Node *findBB(std::set<Node *> &st, BasicBlock *BB){
  62   for(std::set<Node *>::iterator si=st.begin(); si!=st.end(); ++si){
  63     if(((*si)->getElement())==BB){
  64       return *si;
  65     }
  66   }
  67   return NULL;
  68 }
  69
  70 //Per function pass for inserting counters and trigger code
  71 bool ProfilePaths::runOnMethod(Function *M){
  72   //Transform the cfg s.t. we have just one exit node
  73   BasicBlock *ExitNode =
  74     getAnalysis<UnifyMethodExitNodes>().getExitNode();
  75
  76   //iterating over BBs and making graph
  77   std::set<Node *> nodes;
  78   std::set<Edge> edges;
  79   Node *tmp;
  80   Node *exitNode, *startNode;
  81
  82   //The nodes must be uniquesly identified:
  83   //That is, no two nodes must hav same BB*
  84
  85   //First enter just nodes: later enter edges
  86   for (Function::iterator BB = M->begin(), BE=M->end(); BB != BE; ++BB){
  87     Node *nd=new Node(*BB);
  88     nodes.insert(nd);
  89     if(*BB==ExitNode)
  90       exitNode=nd;
  91     if(*BB==M->front())
  92       startNode=nd;
  93   }
  94
  95   //now do it againto insert edges
  96   for (Function::iterator BB = M->begin(), BE=M->end(); BB != BE; ++BB){
  97     Node *nd=findBB(nodes, *BB);
  98     assert(nd && "No node for this edge!");
  99     for(BasicBlock::succ_iterator s=succ_begin(*BB), se=succ_end(*BB);
 100         s!=se; ++s){
 101       Node *nd2=findBB(nodes,*s);
 102       assert(nd2 && "No node for this edge!");
 103       Edge ed(nd,nd2,0);
 104       edges.insert(ed);
 105     }
 106   }
 107
 108   Graph g(nodes,edges, startNode, exitNode);
 109
 110 #ifdef DEBUG_PATH_PROFILES
 111   printGraph(g);
 112 #endif
 113
 114   BasicBlock *fr=M->front();
 115
 116   //If only one BB, don't instrument
 117   if (M->getBasicBlocks().size() == 1) {
 118     //The graph is made acyclic: this is done
 119     //by removing back edges for now, and adding them later on
 120     vector<Edge> be;
 121     g.getBackEdges(be);
 122 #ifdef DEBUG_PATH_PROFILES
 123     cerr<<"Backedges:"<<be.size()<<endl;
 124 #endif
 125     //Now we need to reflect the effect of back edges
 126     //This is done by adding dummy edges
 127     //If a->b is a back edge
 128     //Then we add 2 back edges for it:
 129     //1. from root->b (in vector stDummy)
 130     //and 2. from a->exit (in vector exDummy)
 131     vector<Edge> stDummy;
 132     vector<Edge> exDummy;
 133     addDummyEdges(stDummy, exDummy, g, be);
 134
 135     //Now, every edge in the graph is assigned a weight
 136     //This weight later adds on to assign path
 137     //numbers to different paths in the graph
 138     // All paths for now are acyclic,
 139     //since no back edges in the graph now
 140     //numPaths is the number of acyclic paths in the graph
 141     int numPaths=valueAssignmentToEdges(g);
 142
 143     //create instruction allocation r and count
 144     //r is the variable that'll act like an accumulator
 145     //all along the path, we just add edge values to r
 146     //and at the end, r reflects the path number
 147     //count is an array: count[x] would store
 148     //the number of executions of path numbered x
 149     Instruction *rVar=new
 150       AllocaInst(PointerType::get(Type::IntTy),
 151                  ConstantUInt::get(Type::UIntTy,1),"R");
 152
 153     Instruction *countVar=new
 154       AllocaInst(PointerType::get(Type::IntTy),
 155                  ConstantUInt::get(Type::UIntTy, numPaths), "Count");
 156
 157     //insert initialization code in first (entry) BB
 158     //this includes initializing r and count
 159     insertInTopBB(M->getEntryNode(),numPaths, rVar, countVar);
 160
 161     //now process the graph: get path numbers,
 162     //get increments along different paths,
 163     //and assign "increments" and "updates" (to r and count)
 164     //"optimally". Finally, insert llvm code along various edges
 165     processGraph(g, rVar, countVar, be, stDummy, exDummy);
 166   }
 167
 168   return true;  // Always modifies function
 169 }