]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - compiler/rustc_codegen_llvm/src/back/lto.rs
Allow LTO for dylibs
[rust.git] / compiler / rustc_codegen_llvm / src / back / lto.rs
1 use crate::back::write::{self, save_temp_bitcode, DiagnosticHandlers};
2 use crate::llvm::{self, build_string};
3 use crate::{LlvmCodegenBackend, ModuleLlvm};
4 use object::read::archive::ArchiveFile;
5 use rustc_codegen_ssa::back::lto::{LtoModuleCodegen, SerializedModule, ThinModule, ThinShared};
6 use rustc_codegen_ssa::back::symbol_export;
7 use rustc_codegen_ssa::back::write::{CodegenContext, FatLTOInput, TargetMachineFactoryConfig};
8 use rustc_codegen_ssa::traits::*;
9 use rustc_codegen_ssa::{looks_like_rust_object_file, ModuleCodegen, ModuleKind};
10 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
11 use rustc_data_structures::memmap::Mmap;
12 use rustc_errors::{FatalError, Handler};
13 use rustc_hir::def_id::LOCAL_CRATE;
14 use rustc_middle::bug;
15 use rustc_middle::dep_graph::WorkProduct;
16 use rustc_middle::middle::exported_symbols::{SymbolExportInfo, SymbolExportLevel};
17 use rustc_session::cgu_reuse_tracker::CguReuse;
18 use rustc_session::config::{self, CrateType, Lto};
19
20 use std::ffi::{CStr, CString};
21 use std::fs::File;
22 use std::io;
23 use std::iter;
24 use std::path::Path;
25 use std::ptr;
26 use std::slice;
27 use std::sync::Arc;
28
29 /// We keep track of the computed LTO cache keys from the previous
30 /// session to determine which CGUs we can reuse.
31 pub const THIN_LTO_KEYS_INCR_COMP_FILE_NAME: &str = "thin-lto-past-keys.bin";
32
33 pub fn crate_type_allows_lto(crate_type: CrateType) -> bool {
34     match crate_type {
35         CrateType::Executable | CrateType::Dylib | CrateType::Staticlib | CrateType::Cdylib => true,
36         CrateType::Rlib | CrateType::ProcMacro => false,
37     }
38 }
39
40 fn prepare_lto(
41     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
42     diag_handler: &Handler,
43 ) -> Result<(Vec<CString>, Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, CString)>), FatalError> {
44     let export_threshold = match cgcx.lto {
45         // We're just doing LTO for our one crate
46         Lto::ThinLocal => SymbolExportLevel::Rust,
47
48         // We're doing LTO for the entire crate graph
49         Lto::Fat | Lto::Thin => symbol_export::crates_export_threshold(&cgcx.crate_types),
50
51         Lto::No => panic!("didn't request LTO but we're doing LTO"),
52     };
53
54     let symbol_filter = &|&(ref name, info): &(String, SymbolExportInfo)| {
55         if info.level.is_below_threshold(export_threshold) || info.used {
56             Some(CString::new(name.as_str()).unwrap())
57         } else {
58             None
59         }
60     };
61     let exported_symbols = cgcx.exported_symbols.as_ref().expect("needs exported symbols for LTO");
62     let mut symbols_below_threshold = {
63         let _timer = cgcx.prof.generic_activity("LLVM_lto_generate_symbols_below_threshold");
64         exported_symbols[&LOCAL_CRATE].iter().filter_map(symbol_filter).collect::<Vec<CString>>()
65     };
66     info!("{} symbols to preserve in this crate", symbols_below_threshold.len());
67
68     // If we're performing LTO for the entire crate graph, then for each of our
69     // upstream dependencies, find the corresponding rlib and load the bitcode
70     // from the archive.
71     //
72     // We save off all the bytecode and LLVM module ids for later processing
73     // with either fat or thin LTO
74     let mut upstream_modules = Vec::new();
75     if cgcx.lto != Lto::ThinLocal {
76         // Make sure we actually can run LTO
77         for crate_type in cgcx.crate_types.iter() {
78             if !crate_type_allows_lto(*crate_type) {
79                 let e = diag_handler.fatal(
80                     "lto can only be run for executables, cdylibs and \
81                                             static library outputs",
82                 );
83                 return Err(e);
84             } else if *crate_type == CrateType::Dylib {
85                 diag_handler.warn("LTO with dylibs may not be as effective");
86             }
87         }
88
89         for &(cnum, ref path) in cgcx.each_linked_rlib_for_lto.iter() {
90             let exported_symbols =
91                 cgcx.exported_symbols.as_ref().expect("needs exported symbols for LTO");
92             {
93                 let _timer =
94                     cgcx.prof.generic_activity("LLVM_lto_generate_symbols_below_threshold");
95                 symbols_below_threshold
96                     .extend(exported_symbols[&cnum].iter().filter_map(symbol_filter));
97             }
98
99             let archive_data = unsafe {
100                 Mmap::map(std::fs::File::open(&path).expect("couldn't open rlib"))
101                     .expect("couldn't map rlib")
102             };
103             let archive = ArchiveFile::parse(&*archive_data).expect("wanted an rlib");
104             let obj_files = archive
105                 .members()
106                 .filter_map(|child| {
107                     child.ok().and_then(|c| {
108                         std::str::from_utf8(c.name()).ok().map(|name| (name.trim(), c))
109                     })
110                 })
111                 .filter(|&(name, _)| looks_like_rust_object_file(name));
112             for (name, child) in obj_files {
113                 info!("adding bitcode from {}", name);
114                 match get_bitcode_slice_from_object_data(
115                     child.data(&*archive_data).expect("corrupt rlib"),
116                 ) {
117                     Ok(data) => {
118                         let module = SerializedModule::FromRlib(data.to_vec());
119                         upstream_modules.push((module, CString::new(name).unwrap()));
120                     }
121                     Err(msg) => return Err(diag_handler.fatal(&msg)),
122                 }
123             }
124         }
125     }
126
127     Ok((symbols_below_threshold, upstream_modules))
128 }
129
130 fn get_bitcode_slice_from_object_data(obj: &[u8]) -> Result<&[u8], String> {
131     let mut len = 0;
132     let data =
133         unsafe { llvm::LLVMRustGetBitcodeSliceFromObjectData(obj.as_ptr(), obj.len(), &mut len) };
134     if !data.is_null() {
135         assert!(len != 0);
136         let bc = unsafe { slice::from_raw_parts(data, len) };
137
138         // `bc` must be a sub-slice of `obj`.
139         assert!(obj.as_ptr() <= bc.as_ptr());
140         assert!(bc[bc.len()..bc.len()].as_ptr() <= obj[obj.len()..obj.len()].as_ptr());
141
142         Ok(bc)
143     } else {
144         assert!(len == 0);
145         let msg = llvm::last_error().unwrap_or_else(|| "unknown LLVM error".to_string());
146         Err(format!("failed to get bitcode from object file for LTO ({})", msg))
147     }
148 }
149
150 /// Performs fat LTO by merging all modules into a single one and returning it
151 /// for further optimization.
152 pub(crate) fn run_fat(
153     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
154     modules: Vec<FatLTOInput<LlvmCodegenBackend>>,
155     cached_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, WorkProduct)>,
156 ) -> Result<LtoModuleCodegen<LlvmCodegenBackend>, FatalError> {
157     let diag_handler = cgcx.create_diag_handler();
158     let (symbols_below_threshold, upstream_modules) = prepare_lto(cgcx, &diag_handler)?;
159     let symbols_below_threshold =
160         symbols_below_threshold.iter().map(|c| c.as_ptr()).collect::<Vec<_>>();
161     fat_lto(
162         cgcx,
163         &diag_handler,
164         modules,
165         cached_modules,
166         upstream_modules,
167         &symbols_below_threshold,
168     )
169 }
170
171 /// Performs thin LTO by performing necessary global analysis and returning two
172 /// lists, one of the modules that need optimization and another for modules that
173 /// can simply be copied over from the incr. comp. cache.
174 pub(crate) fn run_thin(
175     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
176     modules: Vec<(String, ThinBuffer)>,
177     cached_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, WorkProduct)>,
178 ) -> Result<(Vec<LtoModuleCodegen<LlvmCodegenBackend>>, Vec<WorkProduct>), FatalError> {
179     let diag_handler = cgcx.create_diag_handler();
180     let (symbols_below_threshold, upstream_modules) = prepare_lto(cgcx, &diag_handler)?;
181     let symbols_below_threshold =
182         symbols_below_threshold.iter().map(|c| c.as_ptr()).collect::<Vec<_>>();
183     if cgcx.opts.cg.linker_plugin_lto.enabled() {
184         unreachable!(
185             "We should never reach this case if the LTO step \
186                       is deferred to the linker"
187         );
188     }
189     thin_lto(
190         cgcx,
191         &diag_handler,
192         modules,
193         upstream_modules,
194         cached_modules,
195         &symbols_below_threshold,
196     )
197 }
198
199 pub(crate) fn prepare_thin(module: ModuleCodegen<ModuleLlvm>) -> (String, ThinBuffer) {
200     let name = module.name.clone();
201     let buffer = ThinBuffer::new(module.module_llvm.llmod(), true);
202     (name, buffer)
203 }
204
205 fn fat_lto(
206     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
207     diag_handler: &Handler,
208     modules: Vec<FatLTOInput<LlvmCodegenBackend>>,
209     cached_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, WorkProduct)>,
210     mut serialized_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, CString)>,
211     symbols_below_threshold: &[*const libc::c_char],
212 ) -> Result<LtoModuleCodegen<LlvmCodegenBackend>, FatalError> {
213     let _timer = cgcx.prof.generic_activity("LLVM_fat_lto_build_monolithic_module");
214     info!("going for a fat lto");
215
216     // Sort out all our lists of incoming modules into two lists.
217     //
218     // * `serialized_modules` (also and argument to this function) contains all
219     //   modules that are serialized in-memory.
220     // * `in_memory` contains modules which are already parsed and in-memory,
221     //   such as from multi-CGU builds.
222     //
223     // All of `cached_modules` (cached from previous incremental builds) can
224     // immediately go onto the `serialized_modules` modules list and then we can
225     // split the `modules` array into these two lists.
226     let mut in_memory = Vec::new();
227     serialized_modules.extend(cached_modules.into_iter().map(|(buffer, wp)| {
228         info!("pushing cached module {:?}", wp.cgu_name);
229         (buffer, CString::new(wp.cgu_name).unwrap())
230     }));
231     for module in modules {
232         match module {
233             FatLTOInput::InMemory(m) => in_memory.push(m),
234             FatLTOInput::Serialized { name, buffer } => {
235                 info!("pushing serialized module {:?}", name);
236                 let buffer = SerializedModule::Local(buffer);
237                 serialized_modules.push((buffer, CString::new(name).unwrap()));
238             }
239         }
240     }
241
242     // Find the "costliest" module and merge everything into that codegen unit.
243     // All the other modules will be serialized and reparsed into the new
244     // context, so this hopefully avoids serializing and parsing the largest
245     // codegen unit.
246     //
247     // Additionally use a regular module as the base here to ensure that various
248     // file copy operations in the backend work correctly. The only other kind
249     // of module here should be an allocator one, and if your crate is smaller
250     // than the allocator module then the size doesn't really matter anyway.
251     let costliest_module = in_memory
252         .iter()
253         .enumerate()
254         .filter(|&(_, module)| module.kind == ModuleKind::Regular)
255         .map(|(i, module)| {
256             let cost = unsafe { llvm::LLVMRustModuleCost(module.module_llvm.llmod()) };
257             (cost, i)
258         })
259         .max();
260
261     // If we found a costliest module, we're good to go. Otherwise all our
262     // inputs were serialized which could happen in the case, for example, that
263     // all our inputs were incrementally reread from the cache and we're just
264     // re-executing the LTO passes. If that's the case deserialize the first
265     // module and create a linker with it.
266     let module: ModuleCodegen<ModuleLlvm> = match costliest_module {
267         Some((_cost, i)) => in_memory.remove(i),
268         None => {
269             assert!(!serialized_modules.is_empty(), "must have at least one serialized module");
270             let (buffer, name) = serialized_modules.remove(0);
271             info!("no in-memory regular modules to choose from, parsing {:?}", name);
272             ModuleCodegen {
273                 module_llvm: ModuleLlvm::parse(cgcx, &name, buffer.data(), diag_handler)?,
274                 name: name.into_string().unwrap(),
275                 kind: ModuleKind::Regular,
276             }
277         }
278     };
279     let mut serialized_bitcode = Vec::new();
280     {
281         let (llcx, llmod) = {
282             let llvm = &module.module_llvm;
283             (&llvm.llcx, llvm.llmod())
284         };
285         info!("using {:?} as a base module", module.name);
286
287         // The linking steps below may produce errors and diagnostics within LLVM
288         // which we'd like to handle and print, so set up our diagnostic handlers
289         // (which get unregistered when they go out of scope below).
290         let _handler = DiagnosticHandlers::new(cgcx, diag_handler, llcx);
291
292         // For all other modules we codegened we'll need to link them into our own
293         // bitcode. All modules were codegened in their own LLVM context, however,
294         // and we want to move everything to the same LLVM context. Currently the
295         // way we know of to do that is to serialize them to a string and them parse
296         // them later. Not great but hey, that's why it's "fat" LTO, right?
297         for module in in_memory {
298             let buffer = ModuleBuffer::new(module.module_llvm.llmod());
299             let llmod_id = CString::new(&module.name[..]).unwrap();
300             serialized_modules.push((SerializedModule::Local(buffer), llmod_id));
301         }
302         // Sort the modules to ensure we produce deterministic results.
303         serialized_modules.sort_by(|module1, module2| module1.1.cmp(&module2.1));
304
305         // For all serialized bitcode files we parse them and link them in as we did
306         // above, this is all mostly handled in C++. Like above, though, we don't
307         // know much about the memory management here so we err on the side of being
308         // save and persist everything with the original module.
309         let mut linker = Linker::new(llmod);
310         for (bc_decoded, name) in serialized_modules {
311             let _timer = cgcx
312                 .prof
313                 .generic_activity_with_arg_recorder("LLVM_fat_lto_link_module", |recorder| {
314                     recorder.record_arg(format!("{:?}", name))
315                 });
316             info!("linking {:?}", name);
317             let data = bc_decoded.data();
318             linker.add(data).map_err(|()| {
319                 let msg = format!("failed to load bitcode of module {:?}", name);
320                 write::llvm_err(diag_handler, &msg)
321             })?;
322             serialized_bitcode.push(bc_decoded);
323         }
324         drop(linker);
325         save_temp_bitcode(cgcx, &module, "lto.input");
326
327         // Internalize everything below threshold to help strip out more modules and such.
328         unsafe {
329             let ptr = symbols_below_threshold.as_ptr();
330             llvm::LLVMRustRunRestrictionPass(
331                 llmod,
332                 ptr as *const *const libc::c_char,
333                 symbols_below_threshold.len() as libc::size_t,
334             );
335             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "lto.after-restriction");
336         }
337     }
338
339     Ok(LtoModuleCodegen::Fat { module, _serialized_bitcode: serialized_bitcode })
340 }
341
342 pub(crate) struct Linker<'a>(&'a mut llvm::Linker<'a>);
343
344 impl<'a> Linker<'a> {
345     pub(crate) fn new(llmod: &'a llvm::Module) -> Self {
346         unsafe { Linker(llvm::LLVMRustLinkerNew(llmod)) }
347     }
348
349     pub(crate) fn add(&mut self, bytecode: &[u8]) -> Result<(), ()> {
350         unsafe {
351             if llvm::LLVMRustLinkerAdd(
352                 self.0,
353                 bytecode.as_ptr() as *const libc::c_char,
354                 bytecode.len(),
355             ) {
356                 Ok(())
357             } else {
358                 Err(())
359             }
360         }
361     }
362 }
363
364 impl Drop for Linker<'_> {
365     fn drop(&mut self) {
366         unsafe {
367             llvm::LLVMRustLinkerFree(&mut *(self.0 as *mut _));
368         }
369     }
370 }
371
372 /// Prepare "thin" LTO to get run on these modules.
373 ///
374 /// The general structure of ThinLTO is quite different from the structure of
375 /// "fat" LTO above. With "fat" LTO all LLVM modules in question are merged into
376 /// one giant LLVM module, and then we run more optimization passes over this
377 /// big module after internalizing most symbols. Thin LTO, on the other hand,
378 /// avoid this large bottleneck through more targeted optimization.
379 ///
380 /// At a high level Thin LTO looks like:
381 ///
382 ///    1. Prepare a "summary" of each LLVM module in question which describes
383 ///       the values inside, cost of the values, etc.
384 ///    2. Merge the summaries of all modules in question into one "index"
385 ///    3. Perform some global analysis on this index
386 ///    4. For each module, use the index and analysis calculated previously to
387 ///       perform local transformations on the module, for example inlining
388 ///       small functions from other modules.
389 ///    5. Run thin-specific optimization passes over each module, and then code
390 ///       generate everything at the end.
391 ///
392 /// The summary for each module is intended to be quite cheap, and the global
393 /// index is relatively quite cheap to create as well. As a result, the goal of
394 /// ThinLTO is to reduce the bottleneck on LTO and enable LTO to be used in more
395 /// situations. For example one cheap optimization is that we can parallelize
396 /// all codegen modules, easily making use of all the cores on a machine.
397 ///
398 /// With all that in mind, the function here is designed at specifically just
399 /// calculating the *index* for ThinLTO. This index will then be shared amongst
400 /// all of the `LtoModuleCodegen` units returned below and destroyed once
401 /// they all go out of scope.
402 fn thin_lto(
403     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
404     diag_handler: &Handler,
405     modules: Vec<(String, ThinBuffer)>,
406     serialized_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, CString)>,
407     cached_modules: Vec<(SerializedModule<ModuleBuffer>, WorkProduct)>,
408     symbols_below_threshold: &[*const libc::c_char],
409 ) -> Result<(Vec<LtoModuleCodegen<LlvmCodegenBackend>>, Vec<WorkProduct>), FatalError> {
410     let _timer = cgcx.prof.generic_activity("LLVM_thin_lto_global_analysis");
411     unsafe {
412         info!("going for that thin, thin LTO");
413
414         let green_modules: FxHashMap<_, _> =
415             cached_modules.iter().map(|&(_, ref wp)| (wp.cgu_name.clone(), wp.clone())).collect();
416
417         let full_scope_len = modules.len() + serialized_modules.len() + cached_modules.len();
418         let mut thin_buffers = Vec::with_capacity(modules.len());
419         let mut module_names = Vec::with_capacity(full_scope_len);
420         let mut thin_modules = Vec::with_capacity(full_scope_len);
421
422         for (i, (name, buffer)) in modules.into_iter().enumerate() {
423             info!("local module: {} - {}", i, name);
424             let cname = CString::new(name.clone()).unwrap();
425             thin_modules.push(llvm::ThinLTOModule {
426                 identifier: cname.as_ptr(),
427                 data: buffer.data().as_ptr(),
428                 len: buffer.data().len(),
429             });
430             thin_buffers.push(buffer);
431             module_names.push(cname);
432         }
433
434         // FIXME: All upstream crates are deserialized internally in the
435         //        function below to extract their summary and modules. Note that
436         //        unlike the loop above we *must* decode and/or read something
437         //        here as these are all just serialized files on disk. An
438         //        improvement, however, to make here would be to store the
439         //        module summary separately from the actual module itself. Right
440         //        now this is store in one large bitcode file, and the entire
441         //        file is deflate-compressed. We could try to bypass some of the
442         //        decompression by storing the index uncompressed and only
443         //        lazily decompressing the bytecode if necessary.
444         //
445         //        Note that truly taking advantage of this optimization will
446         //        likely be further down the road. We'd have to implement
447         //        incremental ThinLTO first where we could actually avoid
448         //        looking at upstream modules entirely sometimes (the contents,
449         //        we must always unconditionally look at the index).
450         let mut serialized = Vec::with_capacity(serialized_modules.len() + cached_modules.len());
451
452         let cached_modules =
453             cached_modules.into_iter().map(|(sm, wp)| (sm, CString::new(wp.cgu_name).unwrap()));
454
455         for (module, name) in serialized_modules.into_iter().chain(cached_modules) {
456             info!("upstream or cached module {:?}", name);
457             thin_modules.push(llvm::ThinLTOModule {
458                 identifier: name.as_ptr(),
459                 data: module.data().as_ptr(),
460                 len: module.data().len(),
461             });
462             serialized.push(module);
463             module_names.push(name);
464         }
465
466         // Sanity check
467         assert_eq!(thin_modules.len(), module_names.len());
468
469         // Delegate to the C++ bindings to create some data here. Once this is a
470         // tried-and-true interface we may wish to try to upstream some of this
471         // to LLVM itself, right now we reimplement a lot of what they do
472         // upstream...
473         let data = llvm::LLVMRustCreateThinLTOData(
474             thin_modules.as_ptr(),
475             thin_modules.len() as u32,
476             symbols_below_threshold.as_ptr(),
477             symbols_below_threshold.len() as u32,
478         )
479         .ok_or_else(|| write::llvm_err(diag_handler, "failed to prepare thin LTO context"))?;
480
481         let data = ThinData(data);
482
483         info!("thin LTO data created");
484
485         let (key_map_path, prev_key_map, curr_key_map) = if let Some(ref incr_comp_session_dir) =
486             cgcx.incr_comp_session_dir
487         {
488             let path = incr_comp_session_dir.join(THIN_LTO_KEYS_INCR_COMP_FILE_NAME);
489             // If the previous file was deleted, or we get an IO error
490             // reading the file, then we'll just use `None` as the
491             // prev_key_map, which will force the code to be recompiled.
492             let prev =
493                 if path.exists() { ThinLTOKeysMap::load_from_file(&path).ok() } else { None };
494             let curr = ThinLTOKeysMap::from_thin_lto_modules(&data, &thin_modules, &module_names);
495             (Some(path), prev, curr)
496         } else {
497             // If we don't compile incrementally, we don't need to load the
498             // import data from LLVM.
499             assert!(green_modules.is_empty());
500             let curr = ThinLTOKeysMap::default();
501             (None, None, curr)
502         };
503         info!("thin LTO cache key map loaded");
504         info!("prev_key_map: {:#?}", prev_key_map);
505         info!("curr_key_map: {:#?}", curr_key_map);
506
507         // Throw our data in an `Arc` as we'll be sharing it across threads. We
508         // also put all memory referenced by the C++ data (buffers, ids, etc)
509         // into the arc as well. After this we'll create a thin module
510         // codegen per module in this data.
511         let shared = Arc::new(ThinShared {
512             data,
513             thin_buffers,
514             serialized_modules: serialized,
515             module_names,
516         });
517
518         let mut copy_jobs = vec![];
519         let mut opt_jobs = vec![];
520
521         info!("checking which modules can be-reused and which have to be re-optimized.");
522         for (module_index, module_name) in shared.module_names.iter().enumerate() {
523             let module_name = module_name_to_str(module_name);
524             if let (Some(prev_key_map), true) =
525                 (prev_key_map.as_ref(), green_modules.contains_key(module_name))
526             {
527                 assert!(cgcx.incr_comp_session_dir.is_some());
528
529                 // If a module exists in both the current and the previous session,
530                 // and has the same LTO cache key in both sessions, then we can re-use it
531                 if prev_key_map.keys.get(module_name) == curr_key_map.keys.get(module_name) {
532                     let work_product = green_modules[module_name].clone();
533                     copy_jobs.push(work_product);
534                     info!(" - {}: re-used", module_name);
535                     assert!(cgcx.incr_comp_session_dir.is_some());
536                     cgcx.cgu_reuse_tracker.set_actual_reuse(module_name, CguReuse::PostLto);
537                     continue;
538                 }
539             }
540
541             info!(" - {}: re-compiled", module_name);
542             opt_jobs.push(LtoModuleCodegen::Thin(ThinModule {
543                 shared: shared.clone(),
544                 idx: module_index,
545             }));
546         }
547
548         // Save the current ThinLTO import information for the next compilation
549         // session, overwriting the previous serialized data (if any).
550         if let Some(path) = key_map_path {
551             if let Err(err) = curr_key_map.save_to_file(&path) {
552                 let msg = format!("Error while writing ThinLTO key data: {}", err);
553                 return Err(write::llvm_err(diag_handler, &msg));
554             }
555         }
556
557         Ok((opt_jobs, copy_jobs))
558     }
559 }
560
561 pub(crate) fn run_pass_manager(
562     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
563     diag_handler: &Handler,
564     module: &mut ModuleCodegen<ModuleLlvm>,
565     thin: bool,
566 ) -> Result<(), FatalError> {
567     let _timer = cgcx.prof.verbose_generic_activity_with_arg("LLVM_lto_optimize", &*module.name);
568     let config = cgcx.config(module.kind);
569
570     // Now we have one massive module inside of llmod. Time to run the
571     // LTO-specific optimization passes that LLVM provides.
572     //
573     // This code is based off the code found in llvm's LTO code generator:
574     //      llvm/lib/LTO/LTOCodeGenerator.cpp
575     debug!("running the pass manager");
576     unsafe {
577         if !llvm::LLVMRustHasModuleFlag(
578             module.module_llvm.llmod(),
579             "LTOPostLink".as_ptr().cast(),
580             11,
581         ) {
582             llvm::LLVMRustAddModuleFlag(
583                 module.module_llvm.llmod(),
584                 llvm::LLVMModFlagBehavior::Error,
585                 "LTOPostLink\0".as_ptr().cast(),
586                 1,
587             );
588         }
589         let opt_stage = if thin { llvm::OptStage::ThinLTO } else { llvm::OptStage::FatLTO };
590         let opt_level = config.opt_level.unwrap_or(config::OptLevel::No);
591         write::llvm_optimize(cgcx, diag_handler, module, config, opt_level, opt_stage)?;
592     }
593     debug!("lto done");
594     Ok(())
595 }
596
597 pub struct ModuleBuffer(&'static mut llvm::ModuleBuffer);
598
599 unsafe impl Send for ModuleBuffer {}
600 unsafe impl Sync for ModuleBuffer {}
601
602 impl ModuleBuffer {
603     pub fn new(m: &llvm::Module) -> ModuleBuffer {
604         ModuleBuffer(unsafe { llvm::LLVMRustModuleBufferCreate(m) })
605     }
606 }
607
608 impl ModuleBufferMethods for ModuleBuffer {
609     fn data(&self) -> &[u8] {
610         unsafe {
611             let ptr = llvm::LLVMRustModuleBufferPtr(self.0);
612             let len = llvm::LLVMRustModuleBufferLen(self.0);
613             slice::from_raw_parts(ptr, len)
614         }
615     }
616 }
617
618 impl Drop for ModuleBuffer {
619     fn drop(&mut self) {
620         unsafe {
621             llvm::LLVMRustModuleBufferFree(&mut *(self.0 as *mut _));
622         }
623     }
624 }
625
626 pub struct ThinData(&'static mut llvm::ThinLTOData);
627
628 unsafe impl Send for ThinData {}
629 unsafe impl Sync for ThinData {}
630
631 impl Drop for ThinData {
632     fn drop(&mut self) {
633         unsafe {
634             llvm::LLVMRustFreeThinLTOData(&mut *(self.0 as *mut _));
635         }
636     }
637 }
638
639 pub struct ThinBuffer(&'static mut llvm::ThinLTOBuffer);
640
641 unsafe impl Send for ThinBuffer {}
642 unsafe impl Sync for ThinBuffer {}
643
644 impl ThinBuffer {
645     pub fn new(m: &llvm::Module, is_thin: bool) -> ThinBuffer {
646         unsafe {
647             let buffer = llvm::LLVMRustThinLTOBufferCreate(m, is_thin);
648             ThinBuffer(buffer)
649         }
650     }
651 }
652
653 impl ThinBufferMethods for ThinBuffer {
654     fn data(&self) -> &[u8] {
655         unsafe {
656             let ptr = llvm::LLVMRustThinLTOBufferPtr(self.0) as *const _;
657             let len = llvm::LLVMRustThinLTOBufferLen(self.0);
658             slice::from_raw_parts(ptr, len)
659         }
660     }
661 }
662
663 impl Drop for ThinBuffer {
664     fn drop(&mut self) {
665         unsafe {
666             llvm::LLVMRustThinLTOBufferFree(&mut *(self.0 as *mut _));
667         }
668     }
669 }
670
671 pub unsafe fn optimize_thin_module(
672     thin_module: ThinModule<LlvmCodegenBackend>,
673     cgcx: &CodegenContext<LlvmCodegenBackend>,
674 ) -> Result<ModuleCodegen<ModuleLlvm>, FatalError> {
675     let diag_handler = cgcx.create_diag_handler();
676
677     let module_name = &thin_module.shared.module_names[thin_module.idx];
678     let tm_factory_config = TargetMachineFactoryConfig::new(cgcx, module_name.to_str().unwrap());
679     let tm =
680         (cgcx.tm_factory)(tm_factory_config).map_err(|e| write::llvm_err(&diag_handler, &e))?;
681
682     // Right now the implementation we've got only works over serialized
683     // modules, so we create a fresh new LLVM context and parse the module
684     // into that context. One day, however, we may do this for upstream
685     // crates but for locally codegened modules we may be able to reuse
686     // that LLVM Context and Module.
687     let llcx = llvm::LLVMRustContextCreate(cgcx.fewer_names);
688     let llmod_raw = parse_module(llcx, module_name, thin_module.data(), &diag_handler)? as *const _;
689     let mut module = ModuleCodegen {
690         module_llvm: ModuleLlvm { llmod_raw, llcx, tm },
691         name: thin_module.name().to_string(),
692         kind: ModuleKind::Regular,
693     };
694     {
695         let target = &*module.module_llvm.tm;
696         let llmod = module.module_llvm.llmod();
697         save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-input");
698
699         // Before we do much else find the "main" `DICompileUnit` that we'll be
700         // using below. If we find more than one though then rustc has changed
701         // in a way we're not ready for, so generate an ICE by returning
702         // an error.
703         let mut cu1 = ptr::null_mut();
704         let mut cu2 = ptr::null_mut();
705         llvm::LLVMRustThinLTOGetDICompileUnit(llmod, &mut cu1, &mut cu2);
706         if !cu2.is_null() {
707             let msg = "multiple source DICompileUnits found";
708             return Err(write::llvm_err(&diag_handler, msg));
709         }
710
711         // Up next comes the per-module local analyses that we do for Thin LTO.
712         // Each of these functions is basically copied from the LLVM
713         // implementation and then tailored to suit this implementation. Ideally
714         // each of these would be supported by upstream LLVM but that's perhaps
715         // a patch for another day!
716         //
717         // You can find some more comments about these functions in the LLVM
718         // bindings we've got (currently `PassWrapper.cpp`)
719         {
720             let _timer =
721                 cgcx.prof.generic_activity_with_arg("LLVM_thin_lto_rename", thin_module.name());
722             if !llvm::LLVMRustPrepareThinLTORename(thin_module.shared.data.0, llmod, target) {
723                 let msg = "failed to prepare thin LTO module";
724                 return Err(write::llvm_err(&diag_handler, msg));
725             }
726             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-rename");
727         }
728
729         {
730             let _timer = cgcx
731                 .prof
732                 .generic_activity_with_arg("LLVM_thin_lto_resolve_weak", thin_module.name());
733             if !llvm::LLVMRustPrepareThinLTOResolveWeak(thin_module.shared.data.0, llmod) {
734                 let msg = "failed to prepare thin LTO module";
735                 return Err(write::llvm_err(&diag_handler, msg));
736             }
737             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-resolve");
738         }
739
740         {
741             let _timer = cgcx
742                 .prof
743                 .generic_activity_with_arg("LLVM_thin_lto_internalize", thin_module.name());
744             if !llvm::LLVMRustPrepareThinLTOInternalize(thin_module.shared.data.0, llmod) {
745                 let msg = "failed to prepare thin LTO module";
746                 return Err(write::llvm_err(&diag_handler, msg));
747             }
748             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-internalize");
749         }
750
751         {
752             let _timer =
753                 cgcx.prof.generic_activity_with_arg("LLVM_thin_lto_import", thin_module.name());
754             if !llvm::LLVMRustPrepareThinLTOImport(thin_module.shared.data.0, llmod, target) {
755                 let msg = "failed to prepare thin LTO module";
756                 return Err(write::llvm_err(&diag_handler, msg));
757             }
758             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-import");
759         }
760
761         // Ok now this is a bit unfortunate. This is also something you won't
762         // find upstream in LLVM's ThinLTO passes! This is a hack for now to
763         // work around bugs in LLVM.
764         //
765         // First discovered in #45511 it was found that as part of ThinLTO
766         // importing passes LLVM will import `DICompileUnit` metadata
767         // information across modules. This means that we'll be working with one
768         // LLVM module that has multiple `DICompileUnit` instances in it (a
769         // bunch of `llvm.dbg.cu` members). Unfortunately there's a number of
770         // bugs in LLVM's backend which generates invalid DWARF in a situation
771         // like this:
772         //
773         //  https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=35212
774         //  https://bugs.llvm.org/show_bug.cgi?id=35562
775         //
776         // While the first bug there is fixed the second ended up causing #46346
777         // which was basically a resurgence of #45511 after LLVM's bug 35212 was
778         // fixed.
779         //
780         // This function below is a huge hack around this problem. The function
781         // below is defined in `PassWrapper.cpp` and will basically "merge"
782         // all `DICompileUnit` instances in a module. Basically it'll take all
783         // the objects, rewrite all pointers of `DISubprogram` to point to the
784         // first `DICompileUnit`, and then delete all the other units.
785         //
786         // This is probably mangling to the debug info slightly (but hopefully
787         // not too much) but for now at least gets LLVM to emit valid DWARF (or
788         // so it appears). Hopefully we can remove this once upstream bugs are
789         // fixed in LLVM.
790         {
791             let _timer = cgcx
792                 .prof
793                 .generic_activity_with_arg("LLVM_thin_lto_patch_debuginfo", thin_module.name());
794             llvm::LLVMRustThinLTOPatchDICompileUnit(llmod, cu1);
795             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-patch");
796         }
797
798         // Alright now that we've done everything related to the ThinLTO
799         // analysis it's time to run some optimizations! Here we use the same
800         // `run_pass_manager` as the "fat" LTO above except that we tell it to
801         // populate a thin-specific pass manager, which presumably LLVM treats a
802         // little differently.
803         {
804             info!("running thin lto passes over {}", module.name);
805             run_pass_manager(cgcx, &diag_handler, &mut module, true)?;
806             save_temp_bitcode(cgcx, &module, "thin-lto-after-pm");
807         }
808     }
809     Ok(module)
810 }
811
812 /// Maps LLVM module identifiers to their corresponding LLVM LTO cache keys
813 #[derive(Debug, Default)]
814 pub struct ThinLTOKeysMap {
815     // key = llvm name of importing module, value = LLVM cache key
816     keys: FxHashMap<String, String>,
817 }
818
819 impl ThinLTOKeysMap {
820     fn save_to_file(&self, path: &Path) -> io::Result<()> {
821         use std::io::Write;
822         let file = File::create(path)?;
823         let mut writer = io::BufWriter::new(file);
824         for (module, key) in &self.keys {
825             writeln!(writer, "{} {}", module, key)?;
826         }
827         Ok(())
828     }
829
830     fn load_from_file(path: &Path) -> io::Result<Self> {
831         use std::io::BufRead;
832         let mut keys = FxHashMap::default();
833         let file = File::open(path)?;
834         for line in io::BufReader::new(file).lines() {
835             let line = line?;
836             let mut split = line.split(' ');
837             let module = split.next().unwrap();
838             let key = split.next().unwrap();
839             assert_eq!(split.next(), None, "Expected two space-separated values, found {:?}", line);
840             keys.insert(module.to_string(), key.to_string());
841         }
842         Ok(Self { keys })
843     }
844
845     fn from_thin_lto_modules(
846         data: &ThinData,
847         modules: &[llvm::ThinLTOModule],
848         names: &[CString],
849     ) -> Self {
850         let keys = iter::zip(modules, names)
851             .map(|(module, name)| {
852                 let key = build_string(|rust_str| unsafe {
853                     llvm::LLVMRustComputeLTOCacheKey(rust_str, module.identifier, data.0);
854                 })
855                 .expect("Invalid ThinLTO module key");
856                 (name.clone().into_string().unwrap(), key)
857             })
858             .collect();
859         Self { keys }
860     }
861 }
862
863 fn module_name_to_str(c_str: &CStr) -> &str {
864     c_str.to_str().unwrap_or_else(|e| {
865         bug!("Encountered non-utf8 LLVM module name `{}`: {}", c_str.to_string_lossy(), e)
866     })
867 }
868
869 pub fn parse_module<'a>(
870     cx: &'a llvm::Context,
871     name: &CStr,
872     data: &[u8],
873     diag_handler: &Handler,
874 ) -> Result<&'a llvm::Module, FatalError> {
875     unsafe {
876         llvm::LLVMRustParseBitcodeForLTO(cx, data.as_ptr(), data.len(), name.as_ptr()).ok_or_else(
877             || {
878                 let msg = "failed to parse bitcode for LTO module";
879                 write::llvm_err(diag_handler, msg)
880             },
881         )
882     }
883 }