tools/gold/gold-plugin.cpp

   1 //===-- gold-plugin.cpp - Plugin to gold for Link Time 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 is a gold plugin for LLVM. It provides an LLVM implementation of the
  11 // interface described in http://gcc.gnu.org/wiki/whopr/driver .
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #include "llvm/Config/config.h" // plugin-api.h requires HAVE_STDINT_H
  16 #include "llvm-c/lto.h"
  17 #include "llvm/ADT/StringSet.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/CommandFlags.h"
  19 #include "llvm/LTO/LTOCodeGenerator.h"
  20 #include "llvm/LTO/LTOModule.h"
  21 #include "llvm/Support/Errno.h"
  22 #include "llvm/Support/FileSystem.h"
  23 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
  24 #include "llvm/Support/Path.h"
  25 #include "llvm/Support/Program.h"
  26 #include "llvm/Support/TargetSelect.h"
  27 #include "llvm/Support/ToolOutputFile.h"
  28 #include <cerrno>
  29 #include <cstdlib>
  30 #include <cstring>
  31 #include <fstream>
  32 #include <list>
  33 #include <plugin-api.h>
  34 #include <system_error>
  35 #include <vector>
  36
  37 // Support Windows/MinGW crazyness.
  38 #ifdef _WIN32
  39 # include <io.h>
  40 # define lseek _lseek
  41 # define read _read
  42 #endif
  43
  44 #ifndef LDPO_PIE
  45 // FIXME: remove this declaration when we stop maintaining Ubuntu Quantal and
  46 // Precise and Debian Wheezy (binutils 2.23 is required)
  47 # define LDPO_PIE 3
  48 #endif
  49
  50 using namespace llvm;
  51
  52 namespace {
  53   ld_plugin_status discard_message(int level, const char *format, ...) {
  54     // Die loudly. Recent versions of Gold pass ld_plugin_message as the first
  55     // callback in the transfer vector. This should never be called.
  56     abort();
  57   }
  58
  59   ld_plugin_add_symbols add_symbols = NULL;
  60   ld_plugin_get_symbols get_symbols = NULL;
  61   ld_plugin_add_input_file add_input_file = NULL;
  62   ld_plugin_add_input_library add_input_library = NULL;
  63   ld_plugin_set_extra_library_path set_extra_library_path = NULL;
  64   ld_plugin_get_view get_view = NULL;
  65   ld_plugin_message message = discard_message;
  66
  67   int api_version = 0;
  68   int gold_version = 0;
  69
  70   struct claimed_file {
  71     void *handle;
  72     std::vector<ld_plugin_symbol> syms;
  73   };
  74
  75   lto_codegen_model output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
  76   std::string output_name = "";
  77   std::list<claimed_file> Modules;
  78   std::vector<std::string> Cleanup;
  79   LTOCodeGenerator *CodeGen = nullptr;
  80   StringSet<> CannotBeHidden;
  81 }
  82 static llvm::TargetOptions TargetOpts;
  83
  84 namespace options {
  85   enum generate_bc { BC_NO, BC_ALSO, BC_ONLY };
  86   static bool generate_api_file = false;
  87   static generate_bc generate_bc_file = BC_NO;
  88   static std::string bc_path;
  89   static std::string obj_path;
  90   static std::string extra_library_path;
  91   static std::string triple;
  92   static std::string mcpu;
  93   // Additional options to pass into the code generator.
  94   // Note: This array will contain all plugin options which are not claimed
  95   // as plugin exclusive to pass to the code generator.
  96   // For example, "generate-api-file" and "as"options are for the plugin
  97   // use only and will not be passed.
  98   static std::vector<std::string> extra;
  99
 100   static void process_plugin_option(const char* opt_)
 101   {
 102     if (opt_ == NULL)
 103       return;
 104     llvm::StringRef opt = opt_;
 105
 106     if (opt == "generate-api-file") {
 107       generate_api_file = true;
 108     } else if (opt.startswith("mcpu=")) {
 109       mcpu = opt.substr(strlen("mcpu="));
 110     } else if (opt.startswith("extra-library-path=")) {
 111       extra_library_path = opt.substr(strlen("extra_library_path="));
 112     } else if (opt.startswith("mtriple=")) {
 113       triple = opt.substr(strlen("mtriple="));
 114     } else if (opt.startswith("obj-path=")) {
 115       obj_path = opt.substr(strlen("obj-path="));
 116     } else if (opt == "emit-llvm") {
 117       generate_bc_file = BC_ONLY;
 118     } else if (opt == "also-emit-llvm") {
 119       generate_bc_file = BC_ALSO;
 120     } else if (opt.startswith("also-emit-llvm=")) {
 121       llvm::StringRef path = opt.substr(strlen("also-emit-llvm="));
 122       generate_bc_file = BC_ALSO;
 123       if (!bc_path.empty()) {
 124         (*message)(LDPL_WARNING, "Path to the output IL file specified twice. "
 125                    "Discarding %s", opt_);
 126       } else {
 127         bc_path = path;
 128       }
 129     } else {
 130       // Save this option to pass to the code generator.
 131       extra.push_back(opt);
 132     }
 133   }
 134 }
 135
 136 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 137                                         int *claimed);
 138 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void);
 139 static ld_plugin_status cleanup_hook(void);
 140
 141 extern "C" ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv);
 142 ld_plugin_status onload(ld_plugin_tv *tv) {
 143   // We're given a pointer to the first transfer vector. We read through them
 144   // until we find one where tv_tag == LDPT_NULL. The REGISTER_* tagged values
 145   // contain pointers to functions that we need to call to register our own
 146   // hooks. The others are addresses of functions we can use to call into gold
 147   // for services.
 148
 149   bool registeredClaimFile = false;
 150   bool RegisteredAllSymbolsRead = false;
 151
 152   for (; tv->tv_tag != LDPT_NULL; ++tv) {
 153     switch (tv->tv_tag) {
 154       case LDPT_API_VERSION:
 155         api_version = tv->tv_u.tv_val;
 156         break;
 157       case LDPT_GOLD_VERSION:  // major * 100 + minor
 158         gold_version = tv->tv_u.tv_val;
 159         break;
 160       case LDPT_OUTPUT_NAME:
 161         output_name = tv->tv_u.tv_string;
 162         break;
 163       case LDPT_LINKER_OUTPUT:
 164         switch (tv->tv_u.tv_val) {
 165           case LDPO_REL:  // .o
 166           case LDPO_DYN:  // .so
 167           case LDPO_PIE:  // position independent executable
 168             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_DYNAMIC;
 169             break;
 170           case LDPO_EXEC:  // .exe
 171             output_type = LTO_CODEGEN_PIC_MODEL_STATIC;
 172             break;
 173           default:
 174             (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown output file type %d",
 175                        tv->tv_u.tv_val);
 176             return LDPS_ERR;
 177         }
 178         break;
 179       case LDPT_OPTION:
 180         options::process_plugin_option(tv->tv_u.tv_string);
 181         break;
 182       case LDPT_REGISTER_CLAIM_FILE_HOOK: {
 183         ld_plugin_register_claim_file callback;
 184         callback = tv->tv_u.tv_register_claim_file;
 185
 186         if ((*callback)(claim_file_hook) != LDPS_OK)
 187           return LDPS_ERR;
 188
 189         registeredClaimFile = true;
 190       } break;
 191       case LDPT_REGISTER_ALL_SYMBOLS_READ_HOOK: {
 192         ld_plugin_register_all_symbols_read callback;
 193         callback = tv->tv_u.tv_register_all_symbols_read;
 194
 195         if ((*callback)(all_symbols_read_hook) != LDPS_OK)
 196           return LDPS_ERR;
 197
 198         RegisteredAllSymbolsRead = true;
 199       } break;
 200       case LDPT_REGISTER_CLEANUP_HOOK: {
 201         ld_plugin_register_cleanup callback;
 202         callback = tv->tv_u.tv_register_cleanup;
 203
 204         if ((*callback)(cleanup_hook) != LDPS_OK)
 205           return LDPS_ERR;
 206       } break;
 207       case LDPT_ADD_SYMBOLS:
 208         add_symbols = tv->tv_u.tv_add_symbols;
 209         break;
 210       case LDPT_GET_SYMBOLS_V2:
 211         get_symbols = tv->tv_u.tv_get_symbols;
 212         break;
 213       case LDPT_ADD_INPUT_FILE:
 214         add_input_file = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 215         break;
 216       case LDPT_ADD_INPUT_LIBRARY:
 217         add_input_library = tv->tv_u.tv_add_input_file;
 218         break;
 219       case LDPT_SET_EXTRA_LIBRARY_PATH:
 220         set_extra_library_path = tv->tv_u.tv_set_extra_library_path;
 221         break;
 222       case LDPT_GET_VIEW:
 223         get_view = tv->tv_u.tv_get_view;
 224         break;
 225       case LDPT_MESSAGE:
 226         message = tv->tv_u.tv_message;
 227         break;
 228       default:
 229         break;
 230     }
 231   }
 232
 233   if (!registeredClaimFile) {
 234     (*message)(LDPL_ERROR, "register_claim_file not passed to LLVMgold.");
 235     return LDPS_ERR;
 236   }
 237   if (!add_symbols) {
 238     (*message)(LDPL_ERROR, "add_symbols not passed to LLVMgold.");
 239     return LDPS_ERR;
 240   }
 241
 242   if (!RegisteredAllSymbolsRead)
 243     return LDPS_OK;
 244
 245   InitializeAllTargetInfos();
 246   InitializeAllTargets();
 247   InitializeAllTargetMCs();
 248   InitializeAllAsmParsers();
 249   InitializeAllAsmPrinters();
 250   InitializeAllDisassemblers();
 251   TargetOpts = InitTargetOptionsFromCodeGenFlags();
 252   CodeGen = new LTOCodeGenerator();
 253   CodeGen->setTargetOptions(TargetOpts);
 254   if (MAttrs.size()) {
 255     std::string Attrs;
 256     for (unsigned I = 0; I < MAttrs.size(); ++I) {
 257       if (I > 0)
 258         Attrs.append(",");
 259       Attrs.append(MAttrs[I]);
 260     }
 261     CodeGen->setAttr(Attrs.c_str());
 262   }
 263
 264   return LDPS_OK;
 265 }
 266
 267 /// claim_file_hook - called by gold to see whether this file is one that
 268 /// our plugin can handle. We'll try to open it and register all the symbols
 269 /// with add_symbol if possible.
 270 static ld_plugin_status claim_file_hook(const ld_plugin_input_file *file,
 271                                         int *claimed) {
 272   LTOModule *M;
 273   const void *view;
 274   std::unique_ptr<MemoryBuffer> buffer;
 275   if (get_view) {
 276     if (get_view(file->handle, &view) != LDPS_OK) {
 277       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to get a view of %s", file->name);
 278       return LDPS_ERR;
 279     }
 280   } else {
 281     int64_t offset = 0;
 282     // Gold has found what might be IR part-way inside of a file, such as
 283     // an .a archive.
 284     if (file->offset) {
 285       offset = file->offset;
 286     }
 287     if (std::error_code ec = MemoryBuffer::getOpenFileSlice(
 288             file->fd, file->name, buffer, file->filesize, offset)) {
 289       (*message)(LDPL_ERROR, ec.message().c_str());
 290       return LDPS_ERR;
 291     }
 292     view = buffer->getBufferStart();
 293   }
 294
 295   if (!LTOModule::isBitcodeFile(view, file->filesize))
 296     return LDPS_OK;
 297
 298   std::string Error;
 299   M = LTOModule::makeLTOModule(view, file->filesize, TargetOpts, Error);
 300   if (!M) {
 301     (*message)(LDPL_ERROR,
 302                "LLVM gold plugin has failed to create LTO module: %s",
 303                Error.c_str());
 304     return LDPS_OK;
 305   }
 306
 307   *claimed = 1;
 308   Modules.resize(Modules.size() + 1);
 309   claimed_file &cf = Modules.back();
 310
 311   if (!options::triple.empty())
 312     M->setTargetTriple(options::triple.c_str());
 313
 314   cf.handle = file->handle;
 315   unsigned sym_count = M->getSymbolCount();
 316   cf.syms.reserve(sym_count);
 317
 318   for (unsigned i = 0; i != sym_count; ++i) {
 319     lto_symbol_attributes attrs = M->getSymbolAttributes(i);
 320     if ((attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK) == LTO_SYMBOL_SCOPE_INTERNAL)
 321       continue;
 322
 323     cf.syms.push_back(ld_plugin_symbol());
 324     ld_plugin_symbol &sym = cf.syms.back();
 325     sym.name = strdup(M->getSymbolName(i));
 326     sym.version = NULL;
 327
 328     int scope = attrs & LTO_SYMBOL_SCOPE_MASK;
 329     bool CanBeHidden = scope == LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT_CAN_BE_HIDDEN;
 330     if (!CanBeHidden)
 331       CannotBeHidden.insert(sym.name);
 332     switch (scope) {
 333       case LTO_SYMBOL_SCOPE_HIDDEN:
 334         sym.visibility = LDPV_HIDDEN;
 335         break;
 336       case LTO_SYMBOL_SCOPE_PROTECTED:
 337         sym.visibility = LDPV_PROTECTED;
 338         break;
 339       case 0: // extern
 340       case LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT:
 341       case LTO_SYMBOL_SCOPE_DEFAULT_CAN_BE_HIDDEN:
 342         sym.visibility = LDPV_DEFAULT;
 343         break;
 344       default:
 345         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown scope attribute: %d", scope);
 346         return LDPS_ERR;
 347     }
 348
 349     int definition = attrs & LTO_SYMBOL_DEFINITION_MASK;
 350     sym.comdat_key = NULL;
 351     switch (definition) {
 352       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_REGULAR:
 353         sym.def = LDPK_DEF;
 354         break;
 355       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_UNDEFINED:
 356         sym.def = LDPK_UNDEF;
 357         break;
 358       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_TENTATIVE:
 359         sym.def = LDPK_COMMON;
 360         break;
 361       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAK:
 362         sym.comdat_key = sym.name;
 363         sym.def = LDPK_WEAKDEF;
 364         break;
 365       case LTO_SYMBOL_DEFINITION_WEAKUNDEF:
 366         sym.def = LDPK_WEAKUNDEF;
 367         break;
 368       default:
 369         (*message)(LDPL_ERROR, "Unknown definition attribute: %d", definition);
 370         return LDPS_ERR;
 371     }
 372
 373     sym.size = 0;
 374
 375     sym.resolution = LDPR_UNKNOWN;
 376   }
 377
 378   cf.syms.reserve(cf.syms.size());
 379
 380   if (!cf.syms.empty()) {
 381     if ((*add_symbols)(cf.handle, cf.syms.size(), &cf.syms[0]) != LDPS_OK) {
 382       (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add symbols!");
 383       return LDPS_ERR;
 384     }
 385   }
 386
 387   if (CodeGen) {
 388     std::string Error;
 389     if (!CodeGen->addModule(M, Error)) {
 390       (*message)(LDPL_ERROR, "Error linking module: %s", Error.c_str());
 391       return LDPS_ERR;
 392     }
 393   }
 394
 395   delete M;
 396
 397   return LDPS_OK;
 398 }
 399
 400 static bool mustPreserve(const claimed_file &F, int i) {
 401   if (F.syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF)
 402     return true;
 403   if (F.syms[i].resolution == LDPR_PREVAILING_DEF_IRONLY_EXP)
 404     return CannotBeHidden.count(F.syms[i].name);
 405   return false;
 406 }
 407
 408 /// all_symbols_read_hook - gold informs us that all symbols have been read.
 409 /// At this point, we use get_symbols to see if any of our definitions have
 410 /// been overridden by a native object file. Then, perform optimization and
 411 /// codegen.
 412 static ld_plugin_status all_symbols_read_hook(void) {
 413   std::ofstream api_file;
 414   assert(CodeGen);
 415
 416   if (options::generate_api_file) {
 417     api_file.open("apifile.txt", std::ofstream::out | std::ofstream::trunc);
 418     if (!api_file.is_open()) {
 419       (*message)(LDPL_FATAL, "Unable to open apifile.txt for writing.");
 420       abort();
 421     }
 422   }
 423
 424   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 425          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 426     if (I->syms.empty())
 427       continue;
 428     (*get_symbols)(I->handle, I->syms.size(), &I->syms[0]);
 429     for (unsigned i = 0, e = I->syms.size(); i != e; i++) {
 430       if (mustPreserve(*I, i)) {
 431         CodeGen->addMustPreserveSymbol(I->syms[i].name);
 432
 433         if (options::generate_api_file)
 434           api_file << I->syms[i].name << "\n";
 435       }
 436     }
 437   }
 438
 439   if (options::generate_api_file)
 440     api_file.close();
 441
 442   CodeGen->setCodePICModel(output_type);
 443   CodeGen->setDebugInfo(LTO_DEBUG_MODEL_DWARF);
 444   if (!options::mcpu.empty())
 445     CodeGen->setCpu(options::mcpu.c_str());
 446
 447   // Pass through extra options to the code generator.
 448   if (!options::extra.empty()) {
 449     for (std::vector<std::string>::iterator it = options::extra.begin();
 450          it != options::extra.end(); ++it) {
 451       CodeGen->setCodeGenDebugOptions((*it).c_str());
 452     }
 453   }
 454
 455   if (options::generate_bc_file != options::BC_NO) {
 456     std::string path;
 457     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY)
 458       path = output_name;
 459     else if (!options::bc_path.empty())
 460       path = options::bc_path;
 461     else
 462       path = output_name + ".bc";
 463     CodeGen->parseCodeGenDebugOptions();
 464     std::string Error;
 465     if (!CodeGen->writeMergedModules(path.c_str(), Error))
 466       (*message)(LDPL_FATAL, "Failed to write the output file.");
 467     if (options::generate_bc_file == options::BC_ONLY) {
 468       delete CodeGen;
 469       exit(0);
 470     }
 471   }
 472
 473   std::string ObjPath;
 474   {
 475     const char *Temp;
 476     CodeGen->parseCodeGenDebugOptions();
 477     std::string Error;
 478     if (!CodeGen->compile_to_file(&Temp, /*DisableOpt*/ false, /*DisableInline*/
 479                                   false, /*DisableGVNLoadPRE*/ false, Error))
 480       (*message)(LDPL_ERROR, "Could not produce a combined object file\n");
 481     ObjPath = Temp;
 482   }
 483
 484   delete CodeGen;
 485   for (std::list<claimed_file>::iterator I = Modules.begin(),
 486          E = Modules.end(); I != E; ++I) {
 487     for (unsigned i = 0; i != I->syms.size(); ++i) {
 488       ld_plugin_symbol &sym = I->syms[i];
 489       free(sym.name);
 490     }
 491   }
 492
 493   if ((*add_input_file)(ObjPath.c_str()) != LDPS_OK) {
 494     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to add .o file to the link.");
 495     (*message)(LDPL_ERROR, "File left behind in: %s", ObjPath.c_str());
 496     return LDPS_ERR;
 497   }
 498
 499   if (!options::extra_library_path.empty() &&
 500       set_extra_library_path(options::extra_library_path.c_str()) != LDPS_OK) {
 501     (*message)(LDPL_ERROR, "Unable to set the extra library path.");
 502     return LDPS_ERR;
 503   }
 504
 505   if (options::obj_path.empty())
 506     Cleanup.push_back(ObjPath);
 507
 508   return LDPS_OK;
 509 }
 510
 511 static ld_plugin_status cleanup_hook(void) {
 512   for (int i = 0, e = Cleanup.size(); i != e; ++i) {
 513     std::error_code EC = sys::fs::remove(Cleanup[i]);
 514     if (EC)
 515       (*message)(LDPL_ERROR, "Failed to delete '%s': %s", Cleanup[i].c_str(),
 516                  EC.message().c_str());
 517   }
 518
 519   return LDPS_OK;
 520 }