Remove FileCheck from test case token_landingpad.ll.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / SampleProfile.cpp
index 29fc9268f3b37f90337d8b431822a1da986b6f42..928d92ef9d121cc0451a7eaf28a64c63d16d6ba5 100644 (file)
@@ -44,6 +44,7 @@
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
 #include "llvm/Support/Debug.h"
 #include "llvm/Support/ErrorOr.h"
+#include "llvm/Support/Format.h"
 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
@@ -63,6 +64,28 @@ static cl::opt<unsigned> SampleProfileMaxPropagateIterations(
     "sample-profile-max-propagate-iterations", cl::init(100),
     cl::desc("Maximum number of iterations to go through when propagating "
              "sample block/edge weights through the CFG."));
+static cl::opt<unsigned> SampleProfileRecordCoverage(
+    "sample-profile-check-record-coverage", cl::init(0), cl::value_desc("N"),
+    cl::desc("Emit a warning if less than N% of records in the input profile "
+             "are matched to the IR."));
+static cl::opt<unsigned> SampleProfileSampleCoverage(
+    "sample-profile-check-sample-coverage", cl::init(0), cl::value_desc("N"),
+    cl::desc("Emit a warning if less than N% of samples in the input profile "
+             "are matched to the IR."));
+static cl::opt<double> SampleProfileHotThreshold(
+    "sample-profile-inline-hot-threshold", cl::init(0.1), cl::value_desc("N"),
+    cl::desc("Inlined functions that account for more than N% of all samples "
+             "collected in the parent function, will be inlined again."));
+static cl::opt<double> SampleProfileGlobalHotThreshold(
+    "sample-profile-global-hot-threshold", cl::init(30), cl::value_desc("N"),
+    cl::desc("Top-level functions that account for more than N% of all samples "
+             "collected in the profile, will be marked as hot for the inliner "
+             "to consider."));
+static cl::opt<double> SampleProfileGlobalColdThreshold(
+    "sample-profile-global-cold-threshold", cl::init(0.5), cl::value_desc("N"),
+    cl::desc("Top-level functions that account for less than N% of all samples "
+             "collected in the profile, will be marked as cold for the inliner "
+             "to consider."));
 
 namespace {
 typedef DenseMap<const BasicBlock *, uint64_t> BlockWeightMap;
@@ -84,7 +107,8 @@ public:
 
   SampleProfileLoader(StringRef Name = SampleProfileFile)
       : ModulePass(ID), DT(nullptr), PDT(nullptr), LI(nullptr), Reader(),
-        Samples(nullptr), Filename(Name), ProfileIsValid(false) {
+        Samples(nullptr), Filename(Name), ProfileIsValid(false),
+        TotalCollectedSamples(0) {
     initializeSampleProfileLoaderPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
   }
 
@@ -109,6 +133,7 @@ protected:
   const FunctionSamples *findCalleeFunctionSamples(const CallInst &I) const;
   const FunctionSamples *findFunctionSamples(const Instruction &I) const;
   bool inlineHotFunctions(Function &F);
+  bool emitInlineHints(Function &F);
   void printEdgeWeight(raw_ostream &OS, Edge E);
   void printBlockWeight(raw_ostream &OS, const BasicBlock *BB) const;
   void printBlockEquivalence(raw_ostream &OS, const BasicBlock *BB);
@@ -123,6 +148,7 @@ protected:
   bool propagateThroughEdges(Function &F);
   void computeDominanceAndLoopInfo(Function &F);
   unsigned getOffset(unsigned L, unsigned H) const;
+  void clearFunctionData();
 
   /// \brief Map basic blocks to their computed weights.
   ///
@@ -172,7 +198,196 @@ protected:
 
   /// \brief Flag indicating whether the profile input loaded successfully.
   bool ProfileIsValid;
+
+  /// \brief Total number of samples collected in this profile.
+  ///
+  /// This is the sum of all the samples collected in all the functions executed
+  /// at runtime.
+  uint64_t TotalCollectedSamples;
 };
+
+class SampleCoverageTracker {
+public:
+  SampleCoverageTracker() : SampleCoverage(), TotalUsedSamples(0) {}
+
+  bool markSamplesUsed(const FunctionSamples *FS, uint32_t LineOffset,
+                       uint32_t Discriminator, uint64_t Samples);
+  unsigned computeCoverage(unsigned Used, unsigned Total) const;
+  unsigned countUsedRecords(const FunctionSamples *FS) const;
+  unsigned countBodyRecords(const FunctionSamples *FS) const;
+  uint64_t getTotalUsedSamples() const { return TotalUsedSamples; }
+  uint64_t countBodySamples(const FunctionSamples *FS) const;
+  void clear() {
+    SampleCoverage.clear();
+    TotalUsedSamples = 0;
+  }
+
+private:
+  typedef std::map<LineLocation, unsigned> BodySampleCoverageMap;
+  typedef DenseMap<const FunctionSamples *, BodySampleCoverageMap>
+      FunctionSamplesCoverageMap;
+
+  /// Coverage map for sampling records.
+  ///
+  /// This map keeps a record of sampling records that have been matched to
+  /// an IR instruction. This is used to detect some form of staleness in
+  /// profiles (see flag -sample-profile-check-coverage).
+  ///
+  /// Each entry in the map corresponds to a FunctionSamples instance.  This is
+  /// another map that counts how many times the sample record at the
+  /// given location has been used.
+  FunctionSamplesCoverageMap SampleCoverage;
+
+  /// Number of samples used from the profile.
+  ///
+  /// When a sampling record is used for the first time, the samples from
+  /// that record are added to this accumulator.  Coverage is later computed
+  /// based on the total number of samples available in this function and
+  /// its callsites.
+  ///
+  /// Note that this accumulator tracks samples used from a single function
+  /// and all the inlined callsites. Strictly, we should have a map of counters
+  /// keyed by FunctionSamples pointers, but these stats are cleared after
+  /// every function, so we just need to keep a single counter.
+  uint64_t TotalUsedSamples;
+};
+
+SampleCoverageTracker CoverageTracker;
+
+/// Return true if the given callsite is hot wrt to its caller.
+///
+/// Functions that were inlined in the original binary will be represented
+/// in the inline stack in the sample profile. If the profile shows that
+/// the original inline decision was "good" (i.e., the callsite is executed
+/// frequently), then we will recreate the inline decision and apply the
+/// profile from the inlined callsite.
+///
+/// To decide whether an inlined callsite is hot, we compute the fraction
+/// of samples used by the callsite with respect to the total number of samples
+/// collected in the caller.
+///
+/// If that fraction is larger than the default given by
+/// SampleProfileHotThreshold, the callsite will be inlined again.
+bool callsiteIsHot(const FunctionSamples *CallerFS,
+                   const FunctionSamples *CallsiteFS) {
+  if (!CallsiteFS)
+    return false; // The callsite was not inlined in the original binary.
+
+  uint64_t ParentTotalSamples = CallerFS->getTotalSamples();
+  if (ParentTotalSamples == 0)
+    return false; // Avoid division by zero.
+
+  uint64_t CallsiteTotalSamples = CallsiteFS->getTotalSamples();
+  if (CallsiteTotalSamples == 0)
+    return false; // Callsite is trivially cold.
+
+  double PercentSamples =
+      (double)CallsiteTotalSamples / (double)ParentTotalSamples * 100.0;
+  return PercentSamples >= SampleProfileHotThreshold;
+}
+
+}
+
+/// Mark as used the sample record for the given function samples at
+/// (LineOffset, Discriminator).
+///
+/// \returns true if this is the first time we mark the given record.
+bool SampleCoverageTracker::markSamplesUsed(const FunctionSamples *FS,
+                                            uint32_t LineOffset,
+                                            uint32_t Discriminator,
+                                            uint64_t Samples) {
+  LineLocation Loc(LineOffset, Discriminator);
+  unsigned &Count = SampleCoverage[FS][Loc];
+  bool FirstTime = (++Count == 1);
+  if (FirstTime)
+    TotalUsedSamples += Samples;
+  return FirstTime;
+}
+
+/// Return the number of sample records that were applied from this profile.
+///
+/// This count does not include records from cold inlined callsites.
+unsigned
+SampleCoverageTracker::countUsedRecords(const FunctionSamples *FS) const {
+  auto I = SampleCoverage.find(FS);
+
+  // The size of the coverage map for FS represents the number of records
+  // that were marked used at least once.
+  unsigned Count = (I != SampleCoverage.end()) ? I->second.size() : 0;
+
+  // If there are inlined callsites in this function, count the samples found
+  // in the respective bodies. However, do not bother counting callees with 0
+  // total samples, these are callees that were never invoked at runtime.
+  for (const auto &I : FS->getCallsiteSamples()) {
+    const FunctionSamples *CalleeSamples = &I.second;
+    if (callsiteIsHot(FS, CalleeSamples))
+      Count += countUsedRecords(CalleeSamples);
+  }
+
+  return Count;
+}
+
+/// Return the number of sample records in the body of this profile.
+///
+/// This count does not include records from cold inlined callsites.
+unsigned
+SampleCoverageTracker::countBodyRecords(const FunctionSamples *FS) const {
+  unsigned Count = FS->getBodySamples().size();
+
+  // Only count records in hot callsites.
+  for (const auto &I : FS->getCallsiteSamples()) {
+    const FunctionSamples *CalleeSamples = &I.second;
+    if (callsiteIsHot(FS, CalleeSamples))
+      Count += countBodyRecords(CalleeSamples);
+  }
+
+  return Count;
+}
+
+/// Return the number of samples collected in the body of this profile.
+///
+/// This count does not include samples from cold inlined callsites.
+uint64_t
+SampleCoverageTracker::countBodySamples(const FunctionSamples *FS) const {
+  uint64_t Total = 0;
+  for (const auto &I : FS->getBodySamples())
+    Total += I.second.getSamples();
+
+  // Only count samples in hot callsites.
+  for (const auto &I : FS->getCallsiteSamples()) {
+    const FunctionSamples *CalleeSamples = &I.second;
+    if (callsiteIsHot(FS, CalleeSamples))
+      Total += countBodySamples(CalleeSamples);
+  }
+
+  return Total;
+}
+
+/// Return the fraction of sample records used in this profile.
+///
+/// The returned value is an unsigned integer in the range 0-100 indicating
+/// the percentage of sample records that were used while applying this
+/// profile to the associated function.
+unsigned SampleCoverageTracker::computeCoverage(unsigned Used,
+                                                unsigned Total) const {
+  assert(Used <= Total &&
+         "number of used records cannot exceed the total number of records");
+  return Total > 0 ? Used * 100 / Total : 100;
+}
+
+/// Clear all the per-function data used to load samples and propagate weights.
+void SampleProfileLoader::clearFunctionData() {
+  BlockWeights.clear();
+  EdgeWeights.clear();
+  VisitedBlocks.clear();
+  VisitedEdges.clear();
+  EquivalenceClass.clear();
+  DT = nullptr;
+  PDT = nullptr;
+  LI = nullptr;
+  Predecessors.clear();
+  Successors.clear();
+  CoverageTracker.clear();
 }
 
 /// \brief Returns the offset of lineno \p L to head_lineno \p H
@@ -242,13 +457,26 @@ SampleProfileLoader::getInstWeight(const Instruction &Inst) const {
   unsigned Lineno = DLoc.getLine();
   unsigned HeaderLineno = DIL->getScope()->getSubprogram()->getLine();
 
-  ErrorOr<uint64_t> R = FS->findSamplesAt(getOffset(Lineno, HeaderLineno),
-                                          DIL->getDiscriminator());
-  if (R)
+  uint32_t LineOffset = getOffset(Lineno, HeaderLineno);
+  uint32_t Discriminator = DIL->getDiscriminator();
+  ErrorOr<uint64_t> R = FS->findSamplesAt(LineOffset, Discriminator);
+  if (R) {
+    bool FirstMark =
+        CoverageTracker.markSamplesUsed(FS, LineOffset, Discriminator, R.get());
+    if (FirstMark) {
+      const Function *F = Inst.getParent()->getParent();
+      LLVMContext &Ctx = F->getContext();
+      emitOptimizationRemark(
+          Ctx, DEBUG_TYPE, *F, DLoc,
+          Twine("Applied ") + Twine(*R) + " samples from profile (offset: " +
+              Twine(LineOffset) +
+              ((Discriminator) ? Twine(".") + Twine(Discriminator) : "") + ")");
+    }
     DEBUG(dbgs() << "    " << Lineno << "." << DIL->getDiscriminator() << ":"
                  << Inst << " (line offset: " << Lineno - HeaderLineno << "."
                  << DIL->getDiscriminator() << " - weight: " << R.get()
                  << ")\n");
+  }
   return R;
 }
 
@@ -373,6 +601,64 @@ SampleProfileLoader::findFunctionSamples(const Instruction &Inst) const {
   return FS;
 }
 
+/// \brief Emit an inline hint if \p F is globally hot or cold.
+///
+/// If \p F consumes a significant fraction of samples (indicated by
+/// SampleProfileGlobalHotThreshold), apply the InlineHint attribute for the
+/// inliner to consider the function hot.
+///
+/// If \p F consumes a small fraction of samples (indicated by
+/// SampleProfileGlobalColdThreshold), apply the Cold attribute for the inliner
+/// to consider the function cold.
+///
+/// FIXME - This setting of inline hints is sub-optimal. Instead of marking a
+/// function globally hot or cold, we should be annotating individual callsites.
+/// This is not currently possible, but work on the inliner will eventually
+/// provide this ability. See http://reviews.llvm.org/D15003 for details and
+/// discussion.
+///
+/// \returns True if either attribute was applied to \p F.
+bool SampleProfileLoader::emitInlineHints(Function &F) {
+  if (TotalCollectedSamples == 0)
+    return false;
+
+  uint64_t FunctionSamples = Samples->getTotalSamples();
+  double SamplesPercent =
+      (double)FunctionSamples / (double)TotalCollectedSamples * 100.0;
+
+  // If the function collected more samples than the hot threshold, mark
+  // it globally hot.
+  if (SamplesPercent >= SampleProfileGlobalHotThreshold) {
+    F.addFnAttr(llvm::Attribute::InlineHint);
+    std::string Msg;
+    raw_string_ostream S(Msg);
+    S << "Applied inline hint to globally hot function '" << F.getName()
+      << "' with " << format("%.2f", SamplesPercent)
+      << "% of samples (threshold: "
+      << format("%.2f", SampleProfileGlobalHotThreshold.getValue()) << "%)";
+    S.flush();
+    emitOptimizationRemark(F.getContext(), DEBUG_TYPE, F, DebugLoc(), Msg);
+    return true;
+  }
+
+  // If the function collected fewer samples than the cold threshold, mark
+  // it globally cold.
+  if (SamplesPercent <= SampleProfileGlobalColdThreshold) {
+    F.addFnAttr(llvm::Attribute::Cold);
+    std::string Msg;
+    raw_string_ostream S(Msg);
+    S << "Applied cold hint to globally cold function '" << F.getName()
+      << "' with " << format("%.2f", SamplesPercent)
+      << "% of samples (threshold: "
+      << format("%.2f", SampleProfileGlobalColdThreshold.getValue()) << "%)";
+    S.flush();
+    emitOptimizationRemark(F.getContext(), DEBUG_TYPE, F, DebugLoc(), Msg);
+    return true;
+  }
+
+  return false;
+}
+
 /// \brief Iteratively inline hot callsites of a function.
 ///
 /// Iteratively traverse all callsites of the function \p F, and find if
@@ -394,12 +680,8 @@ bool SampleProfileLoader::inlineHotFunctions(Function &F) {
     for (auto &BB : F) {
       for (auto &I : BB.getInstList()) {
         CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I);
-        if (CI) {
-          const FunctionSamples *FS = findCalleeFunctionSamples(*CI);
-          if (FS && FS->getTotalSamples() > 0) {
-            CIS.push_back(CI);
-          }
-        }
+        if (CI && callsiteIsHot(Samples, findCalleeFunctionSamples(*CI)))
+          CIS.push_back(CI);
       }
     }
     for (auto CI : CIS) {
@@ -748,7 +1030,6 @@ void SampleProfileLoader::propagateWeights(Function &F) {
                  << TI->getDebugLoc().getLine() << ".\n");
     SmallVector<uint32_t, 4> Weights;
     uint32_t MaxWeight = 0;
-    BasicBlock *MaxDestBB = nullptr;
     DebugLoc MaxDestLoc;
     for (unsigned I = 0; I < TI->getNumSuccessors(); ++I) {
       BasicBlock *Succ = TI->getSuccessor(I);
@@ -766,7 +1047,6 @@ void SampleProfileLoader::propagateWeights(Function &F) {
       if (Weight != 0) {
         if (Weight > MaxWeight) {
           MaxWeight = Weight;
-          MaxDestBB = Succ;
           MaxDestLoc = Succ->getFirstNonPHIOrDbgOrLifetime()->getDebugLoc();
         }
       }
@@ -782,8 +1062,10 @@ void SampleProfileLoader::propagateWeights(Function &F) {
       emitOptimizationRemark(
           Ctx, DEBUG_TYPE, F, MaxDestLoc,
           Twine("most popular destination for conditional branches at ") +
-              BranchLoc->getFilename() + ":" + Twine(BranchLoc.getLine()) +
-              ":" + Twine(BranchLoc.getCol()));
+              ((BranchLoc) ? Twine(BranchLoc->getFilename() + ":" +
+                                   Twine(BranchLoc.getLine()) + ":" +
+                                   Twine(BranchLoc.getCol()))
+                           : Twine("<UNKNOWN LOCATION>")));
     } else {
       DEBUG(dbgs() << "SKIPPED. All branch weights are zero.\n");
     }
@@ -805,7 +1087,7 @@ unsigned SampleProfileLoader::getFunctionLoc(Function &F) {
   if (DISubprogram *S = getDISubprogram(&F))
     return S->getLine();
 
-  // If could not find the start of \p F, emit a diagnostic to inform the user
+  // If the start of \p F is missing, emit a diagnostic to inform the user
   // about the missed opportunity.
   F.getContext().diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(
       "No debug information found in function " + F.getName() +
@@ -883,6 +1165,8 @@ bool SampleProfileLoader::emitAnnotations(Function &F) {
   DEBUG(dbgs() << "Line number for the first instruction in " << F.getName()
                << ": " << getFunctionLoc(F) << "\n");
 
+  Changed |= emitInlineHints(F);
+
   Changed |= inlineHotFunctions(F);
 
   // Compute basic block weights.
@@ -899,6 +1183,32 @@ bool SampleProfileLoader::emitAnnotations(Function &F) {
     propagateWeights(F);
   }
 
+  // If coverage checking was requested, compute it now.
+  if (SampleProfileRecordCoverage) {
+    unsigned Used = CoverageTracker.countUsedRecords(Samples);
+    unsigned Total = CoverageTracker.countBodyRecords(Samples);
+    unsigned Coverage = CoverageTracker.computeCoverage(Used, Total);
+    if (Coverage < SampleProfileRecordCoverage) {
+      F.getContext().diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(
+          getDISubprogram(&F)->getFilename(), getFunctionLoc(F),
+          Twine(Used) + " of " + Twine(Total) + " available profile records (" +
+              Twine(Coverage) + "%) were applied",
+          DS_Warning));
+    }
+  }
+
+  if (SampleProfileSampleCoverage) {
+    uint64_t Used = CoverageTracker.getTotalUsedSamples();
+    uint64_t Total = CoverageTracker.countBodySamples(Samples);
+    unsigned Coverage = CoverageTracker.computeCoverage(Used, Total);
+    if (Coverage < SampleProfileSampleCoverage) {
+      F.getContext().diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(
+          getDISubprogram(&F)->getFilename(), getFunctionLoc(F),
+          Twine(Used) + " of " + Twine(Total) + " available profile samples (" +
+              Twine(Coverage) + "%) were applied",
+          DS_Warning));
+    }
+  }
   return Changed;
 }
 
@@ -914,7 +1224,7 @@ bool SampleProfileLoader::doInitialization(Module &M) {
   auto ReaderOrErr = SampleProfileReader::create(Filename, Ctx);
   if (std::error_code EC = ReaderOrErr.getError()) {
     std::string Msg = "Could not open profile: " + EC.message();
-    Ctx.diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(Filename.data(), Msg));
+    Ctx.diagnose(DiagnosticInfoSampleProfile(Filename, Msg));
     return false;
   }
   Reader = std::move(ReaderOrErr.get());
@@ -931,17 +1241,23 @@ ModulePass *llvm::createSampleProfileLoaderPass(StringRef Name) {
 }
 
 bool SampleProfileLoader::runOnModule(Module &M) {
+  if (!ProfileIsValid)
+    return false;
+
+  // Compute the total number of samples collected in this profile.
+  for (const auto &I : Reader->getProfiles())
+    TotalCollectedSamples += I.second.getTotalSamples();
+
   bool retval = false;
   for (auto &F : M)
-    if (!F.isDeclaration())
+    if (!F.isDeclaration()) {
+      clearFunctionData();
       retval |= runOnFunction(F);
+    }
   return retval;
 }
 
 bool SampleProfileLoader::runOnFunction(Function &F) {
-  if (!ProfileIsValid)
-    return false;
-
   Samples = Reader->getSamplesFor(F);
   if (!Samples->empty())
     return emitAnnotations(F);