]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/librustc_trans/partitioning.rs
Rollup merge of #42496 - Razaekel:feature/integer_max-min, r=BurntSushi
[rust.git] / src / librustc_trans / partitioning.rs
1 // Copyright 2016 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! Partitioning Codegen Units for Incremental Compilation
12 //! ======================================================
13 //!
14 //! The task of this module is to take the complete set of translation items of
15 //! a crate and produce a set of codegen units from it, where a codegen unit
16 //! is a named set of (translation-item, linkage) pairs. That is, this module
17 //! decides which translation item appears in which codegen units with which
18 //! linkage. The following paragraphs describe some of the background on the
19 //! partitioning scheme.
20 //!
21 //! The most important opportunity for saving on compilation time with
22 //! incremental compilation is to avoid re-translating and re-optimizing code.
23 //! Since the unit of translation and optimization for LLVM is "modules" or, how
24 //! we call them "codegen units", the particulars of how much time can be saved
25 //! by incremental compilation are tightly linked to how the output program is
26 //! partitioned into these codegen units prior to passing it to LLVM --
27 //! especially because we have to treat codegen units as opaque entities once
28 //! they are created: There is no way for us to incrementally update an existing
29 //! LLVM module and so we have to build any such module from scratch if it was
30 //! affected by some change in the source code.
31 //!
32 //! From that point of view it would make sense to maximize the number of
33 //! codegen units by, for example, putting each function into its own module.
34 //! That way only those modules would have to be re-compiled that were actually
35 //! affected by some change, minimizing the number of functions that could have
36 //! been re-used but just happened to be located in a module that is
37 //! re-compiled.
38 //!
39 //! However, since LLVM optimization does not work across module boundaries,
40 //! using such a highly granular partitioning would lead to very slow runtime
41 //! code since it would effectively prohibit inlining and other inter-procedure
42 //! optimizations. We want to avoid that as much as possible.
43 //!
44 //! Thus we end up with a trade-off: The bigger the codegen units, the better
45 //! LLVM's optimizer can do its work, but also the smaller the compilation time
46 //! reduction we get from incremental compilation.
47 //!
48 //! Ideally, we would create a partitioning such that there are few big codegen
49 //! units with few interdependencies between them. For now though, we use the
50 //! following heuristic to determine the partitioning:
51 //!
52 //! - There are two codegen units for every source-level module:
53 //! - One for "stable", that is non-generic, code
54 //! - One for more "volatile" code, i.e. monomorphized instances of functions
55 //!   defined in that module
56 //!
57 //! In order to see why this heuristic makes sense, let's take a look at when a
58 //! codegen unit can get invalidated:
59 //!
60 //! 1. The most straightforward case is when the BODY of a function or global
61 //! changes. Then any codegen unit containing the code for that item has to be
62 //! re-compiled. Note that this includes all codegen units where the function
63 //! has been inlined.
64 //!
65 //! 2. The next case is when the SIGNATURE of a function or global changes. In
66 //! this case, all codegen units containing a REFERENCE to that item have to be
67 //! re-compiled. This is a superset of case 1.
68 //!
69 //! 3. The final and most subtle case is when a REFERENCE to a generic function
70 //! is added or removed somewhere. Even though the definition of the function
71 //! might be unchanged, a new REFERENCE might introduce a new monomorphized
72 //! instance of this function which has to be placed and compiled somewhere.
73 //! Conversely, when removing a REFERENCE, it might have been the last one with
74 //! that particular set of generic arguments and thus we have to remove it.
75 //!
76 //! From the above we see that just using one codegen unit per source-level
77 //! module is not such a good idea, since just adding a REFERENCE to some
78 //! generic item somewhere else would invalidate everything within the module
79 //! containing the generic item. The heuristic above reduces this detrimental
80 //! side-effect of references a little by at least not touching the non-generic
81 //! code of the module.
82 //!
83 //! A Note on Inlining
84 //! ------------------
85 //! As briefly mentioned above, in order for LLVM to be able to inline a
86 //! function call, the body of the function has to be available in the LLVM
87 //! module where the call is made. This has a few consequences for partitioning:
88 //!
89 //! - The partitioning algorithm has to take care of placing functions into all
90 //!   codegen units where they should be available for inlining. It also has to
91 //!   decide on the correct linkage for these functions.
92 //!
93 //! - The partitioning algorithm has to know which functions are likely to get
94 //!   inlined, so it can distribute function instantiations accordingly. Since
95 //!   there is no way of knowing for sure which functions LLVM will decide to
96 //!   inline in the end, we apply a heuristic here: Only functions marked with
97 //!   #[inline] are considered for inlining by the partitioner. The current
98 //!   implementation will not try to determine if a function is likely to be
99 //!   inlined by looking at the functions definition.
100 //!
101 //! Note though that as a side-effect of creating a codegen units per
102 //! source-level module, functions from the same module will be available for
103 //! inlining, even when they are not marked #[inline].
104
105 use collector::InliningMap;
106 use common;
107 use context::SharedCrateContext;
108 use llvm;
109 use rustc::dep_graph::{DepNode, WorkProductId};
110 use rustc::hir::def_id::DefId;
111 use rustc::hir::map::DefPathData;
112 use rustc::session::config::NUMBERED_CODEGEN_UNIT_MARKER;
113 use rustc::ty::{self, TyCtxt};
114 use rustc::ty::item_path::characteristic_def_id_of_type;
115 use rustc_incremental::IchHasher;
116 use std::hash::Hash;
117 use syntax::ast::NodeId;
118 use syntax::symbol::{Symbol, InternedString};
119 use trans_item::{TransItem, InstantiationMode};
120 use rustc::util::nodemap::{FxHashMap, FxHashSet};
121
122 pub enum PartitioningStrategy {
123     /// Generate one codegen unit per source-level module.
124     PerModule,
125
126     /// Partition the whole crate into a fixed number of codegen units.
127     FixedUnitCount(usize)
128 }
129
130 pub struct CodegenUnit<'tcx> {
131     /// A name for this CGU. Incremental compilation requires that
132     /// name be unique amongst **all** crates.  Therefore, it should
133     /// contain something unique to this crate (e.g., a module path)
134     /// as well as the crate name and disambiguator.
135     name: InternedString,
136
137     items: FxHashMap<TransItem<'tcx>, llvm::Linkage>,
138 }
139
140 impl<'tcx> CodegenUnit<'tcx> {
141     pub fn new(name: InternedString,
142                items: FxHashMap<TransItem<'tcx>, llvm::Linkage>)
143                -> Self {
144         CodegenUnit {
145             name: name,
146             items: items,
147         }
148     }
149
150     pub fn empty(name: InternedString) -> Self {
151         Self::new(name, FxHashMap())
152     }
153
154     pub fn contains_item(&self, item: &TransItem<'tcx>) -> bool {
155         self.items.contains_key(item)
156     }
157
158     pub fn name(&self) -> &str {
159         &self.name
160     }
161
162     pub fn items(&self) -> &FxHashMap<TransItem<'tcx>, llvm::Linkage> {
163         &self.items
164     }
165
166     pub fn work_product_id(&self) -> WorkProductId {
167         WorkProductId::from_cgu_name(self.name())
168     }
169
170     pub fn work_product_dep_node(&self) -> DepNode {
171         self.work_product_id().to_dep_node()
172     }
173
174     pub fn compute_symbol_name_hash<'a>(&self,
175                                         scx: &SharedCrateContext<'a, 'tcx>)
176                                         -> u64 {
177         let mut state = IchHasher::new();
178         let exported_symbols = scx.exported_symbols();
179         let all_items = self.items_in_deterministic_order(scx.tcx());
180         for (item, _) in all_items {
181             let symbol_name = item.symbol_name(scx.tcx());
182             symbol_name.len().hash(&mut state);
183             symbol_name.hash(&mut state);
184             let exported = match item {
185                 TransItem::Fn(ref instance) => {
186                     let node_id =
187                         scx.tcx().hir.as_local_node_id(instance.def_id());
188                     node_id.map(|node_id| exported_symbols.contains(&node_id))
189                         .unwrap_or(false)
190                 }
191                 TransItem::Static(node_id) => {
192                     exported_symbols.contains(&node_id)
193                 }
194                 TransItem::GlobalAsm(..) => true,
195             };
196             exported.hash(&mut state);
197         }
198         state.finish().to_smaller_hash()
199     }
200
201     pub fn items_in_deterministic_order<'a>(&self,
202                                             tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>)
203                                             -> Vec<(TransItem<'tcx>, llvm::Linkage)> {
204         // The codegen tests rely on items being process in the same order as
205         // they appear in the file, so for local items, we sort by node_id first
206         #[derive(PartialEq, Eq, PartialOrd, Ord)]
207         pub struct ItemSortKey(Option<NodeId>, ty::SymbolName);
208
209         fn item_sort_key<'a, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
210                                    item: TransItem<'tcx>) -> ItemSortKey {
211             ItemSortKey(match item {
212                 TransItem::Fn(instance) => {
213                     tcx.hir.as_local_node_id(instance.def_id())
214                 }
215                 TransItem::Static(node_id) | TransItem::GlobalAsm(node_id) => {
216                     Some(node_id)
217                 }
218             }, item.symbol_name(tcx))
219         }
220
221         let items: Vec<_> = self.items.iter().map(|(&i, &l)| (i, l)).collect();
222         let mut items : Vec<_> = items.iter()
223             .map(|il| (il, item_sort_key(tcx, il.0))).collect();
224         items.sort_by(|&(_, ref key1), &(_, ref key2)| key1.cmp(key2));
225         items.into_iter().map(|(&item_linkage, _)| item_linkage).collect()
226     }
227 }
228
229
230 // Anything we can't find a proper codegen unit for goes into this.
231 const FALLBACK_CODEGEN_UNIT: &'static str = "__rustc_fallback_codegen_unit";
232
233 pub fn partition<'a, 'tcx, I>(scx: &SharedCrateContext<'a, 'tcx>,
234                               trans_items: I,
235                               strategy: PartitioningStrategy,
236                               inlining_map: &InliningMap<'tcx>)
237                               -> Vec<CodegenUnit<'tcx>>
238     where I: Iterator<Item = TransItem<'tcx>>
239 {
240     let tcx = scx.tcx();
241
242     // In the first step, we place all regular translation items into their
243     // respective 'home' codegen unit. Regular translation items are all
244     // functions and statics defined in the local crate.
245     let mut initial_partitioning = place_root_translation_items(scx,
246                                                                 trans_items);
247
248     debug_dump(tcx, "INITIAL PARTITONING:", initial_partitioning.codegen_units.iter());
249
250     // If the partitioning should produce a fixed count of codegen units, merge
251     // until that count is reached.
252     if let PartitioningStrategy::FixedUnitCount(count) = strategy {
253         merge_codegen_units(&mut initial_partitioning, count, &tcx.crate_name.as_str());
254
255         debug_dump(tcx, "POST MERGING:", initial_partitioning.codegen_units.iter());
256     }
257
258     // In the next step, we use the inlining map to determine which addtional
259     // translation items have to go into each codegen unit. These additional
260     // translation items can be drop-glue, functions from external crates, and
261     // local functions the definition of which is marked with #[inline].
262     let post_inlining = place_inlined_translation_items(initial_partitioning,
263                                                         inlining_map);
264
265     debug_dump(tcx, "POST INLINING:", post_inlining.0.iter());
266
267     // Finally, sort by codegen unit name, so that we get deterministic results
268     let mut result = post_inlining.0;
269     result.sort_by(|cgu1, cgu2| {
270         (&cgu1.name[..]).cmp(&cgu2.name[..])
271     });
272
273     result
274 }
275
276 struct PreInliningPartitioning<'tcx> {
277     codegen_units: Vec<CodegenUnit<'tcx>>,
278     roots: FxHashSet<TransItem<'tcx>>,
279 }
280
281 struct PostInliningPartitioning<'tcx>(Vec<CodegenUnit<'tcx>>);
282
283 fn place_root_translation_items<'a, 'tcx, I>(scx: &SharedCrateContext<'a, 'tcx>,
284                                              trans_items: I)
285                                              -> PreInliningPartitioning<'tcx>
286     where I: Iterator<Item = TransItem<'tcx>>
287 {
288     let tcx = scx.tcx();
289     let mut roots = FxHashSet();
290     let mut codegen_units = FxHashMap();
291     let is_incremental_build = tcx.sess.opts.incremental.is_some();
292
293     for trans_item in trans_items {
294         let is_root = trans_item.instantiation_mode(tcx) == InstantiationMode::GloballyShared;
295
296         if is_root {
297             let characteristic_def_id = characteristic_def_id_of_trans_item(scx, trans_item);
298             let is_volatile = is_incremental_build &&
299                               trans_item.is_generic_fn();
300
301             let codegen_unit_name = match characteristic_def_id {
302                 Some(def_id) => compute_codegen_unit_name(tcx, def_id, is_volatile),
303                 None => Symbol::intern(FALLBACK_CODEGEN_UNIT).as_str(),
304             };
305
306             let make_codegen_unit = || {
307                 CodegenUnit::empty(codegen_unit_name.clone())
308             };
309
310             let mut codegen_unit = codegen_units.entry(codegen_unit_name.clone())
311                                                 .or_insert_with(make_codegen_unit);
312
313             let linkage = match trans_item.explicit_linkage(tcx) {
314                 Some(explicit_linkage) => explicit_linkage,
315                 None => {
316                     match trans_item {
317                         TransItem::Fn(..) |
318                         TransItem::Static(..) |
319                         TransItem::GlobalAsm(..) => llvm::ExternalLinkage,
320                     }
321                 }
322             };
323
324             codegen_unit.items.insert(trans_item, linkage);
325             roots.insert(trans_item);
326         }
327     }
328
329     // always ensure we have at least one CGU; otherwise, if we have a
330     // crate with just types (for example), we could wind up with no CGU
331     if codegen_units.is_empty() {
332         let codegen_unit_name = Symbol::intern(FALLBACK_CODEGEN_UNIT).as_str();
333         codegen_units.entry(codegen_unit_name.clone())
334                      .or_insert_with(|| CodegenUnit::empty(codegen_unit_name.clone()));
335     }
336
337     PreInliningPartitioning {
338         codegen_units: codegen_units.into_iter()
339                                     .map(|(_, codegen_unit)| codegen_unit)
340                                     .collect(),
341         roots: roots,
342     }
343 }
344
345 fn merge_codegen_units<'tcx>(initial_partitioning: &mut PreInliningPartitioning<'tcx>,
346                              target_cgu_count: usize,
347                              crate_name: &str) {
348     assert!(target_cgu_count >= 1);
349     let codegen_units = &mut initial_partitioning.codegen_units;
350
351     // Merge the two smallest codegen units until the target size is reached.
352     // Note that "size" is estimated here rather inaccurately as the number of
353     // translation items in a given unit. This could be improved on.
354     while codegen_units.len() > target_cgu_count {
355         // Sort small cgus to the back
356         codegen_units.sort_by_key(|cgu| -(cgu.items.len() as i64));
357         let smallest = codegen_units.pop().unwrap();
358         let second_smallest = codegen_units.last_mut().unwrap();
359
360         for (k, v) in smallest.items.into_iter() {
361             second_smallest.items.insert(k, v);
362         }
363     }
364
365     for (index, cgu) in codegen_units.iter_mut().enumerate() {
366         cgu.name = numbered_codegen_unit_name(crate_name, index);
367     }
368
369     // If the initial partitioning contained less than target_cgu_count to begin
370     // with, we won't have enough codegen units here, so add a empty units until
371     // we reach the target count
372     while codegen_units.len() < target_cgu_count {
373         let index = codegen_units.len();
374         codegen_units.push(
375             CodegenUnit::empty(numbered_codegen_unit_name(crate_name, index)));
376     }
377 }
378
379 fn place_inlined_translation_items<'tcx>(initial_partitioning: PreInliningPartitioning<'tcx>,
380                                          inlining_map: &InliningMap<'tcx>)
381                                          -> PostInliningPartitioning<'tcx> {
382     let mut new_partitioning = Vec::new();
383
384     for codegen_unit in &initial_partitioning.codegen_units[..] {
385         // Collect all items that need to be available in this codegen unit
386         let mut reachable = FxHashSet();
387         for root in codegen_unit.items.keys() {
388             follow_inlining(*root, inlining_map, &mut reachable);
389         }
390
391         let mut new_codegen_unit =
392             CodegenUnit::empty(codegen_unit.name.clone());
393
394         // Add all translation items that are not already there
395         for trans_item in reachable {
396             if let Some(linkage) = codegen_unit.items.get(&trans_item) {
397                 // This is a root, just copy it over
398                 new_codegen_unit.items.insert(trans_item, *linkage);
399             } else {
400                 if initial_partitioning.roots.contains(&trans_item) {
401                     bug!("GloballyShared trans-item inlined into other CGU: \
402                           {:?}", trans_item);
403                 }
404
405                 // This is a cgu-private copy
406                 new_codegen_unit.items.insert(trans_item, llvm::InternalLinkage);
407             }
408         }
409
410         new_partitioning.push(new_codegen_unit);
411     }
412
413     return PostInliningPartitioning(new_partitioning);
414
415     fn follow_inlining<'tcx>(trans_item: TransItem<'tcx>,
416                              inlining_map: &InliningMap<'tcx>,
417                              visited: &mut FxHashSet<TransItem<'tcx>>) {
418         if !visited.insert(trans_item) {
419             return;
420         }
421
422         inlining_map.with_inlining_candidates(trans_item, |target| {
423             follow_inlining(target, inlining_map, visited);
424         });
425     }
426 }
427
428 fn characteristic_def_id_of_trans_item<'a, 'tcx>(scx: &SharedCrateContext<'a, 'tcx>,
429                                                  trans_item: TransItem<'tcx>)
430                                                  -> Option<DefId> {
431     let tcx = scx.tcx();
432     match trans_item {
433         TransItem::Fn(instance) => {
434             let def_id = match instance.def {
435                 ty::InstanceDef::Item(def_id) => def_id,
436                 ty::InstanceDef::FnPtrShim(..) |
437                 ty::InstanceDef::ClosureOnceShim { .. } |
438                 ty::InstanceDef::Intrinsic(..) |
439                 ty::InstanceDef::DropGlue(..) |
440                 ty::InstanceDef::Virtual(..) => return None
441             };
442
443             // If this is a method, we want to put it into the same module as
444             // its self-type. If the self-type does not provide a characteristic
445             // DefId, we use the location of the impl after all.
446
447             if tcx.trait_of_item(def_id).is_some() {
448                 let self_ty = instance.substs.type_at(0);
449                 // This is an implementation of a trait method.
450                 return characteristic_def_id_of_type(self_ty).or(Some(def_id));
451             }
452
453             if let Some(impl_def_id) = tcx.impl_of_method(def_id) {
454                 // This is a method within an inherent impl, find out what the
455                 // self-type is:
456                 let impl_self_ty = common::def_ty(scx, impl_def_id, instance.substs);
457                 if let Some(def_id) = characteristic_def_id_of_type(impl_self_ty) {
458                     return Some(def_id);
459                 }
460             }
461
462             Some(def_id)
463         }
464         TransItem::Static(node_id) |
465         TransItem::GlobalAsm(node_id) => Some(tcx.hir.local_def_id(node_id)),
466     }
467 }
468
469 fn compute_codegen_unit_name<'a, 'tcx>(tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
470                                        def_id: DefId,
471                                        volatile: bool)
472                                        -> InternedString {
473     // Unfortunately we cannot just use the `ty::item_path` infrastructure here
474     // because we need paths to modules and the DefIds of those are not
475     // available anymore for external items.
476     let mut mod_path = String::with_capacity(64);
477
478     let def_path = tcx.def_path(def_id);
479     mod_path.push_str(&tcx.crate_name(def_path.krate).as_str());
480
481     for part in tcx.def_path(def_id)
482                    .data
483                    .iter()
484                    .take_while(|part| {
485                         match part.data {
486                             DefPathData::Module(..) => true,
487                             _ => false,
488                         }
489                     }) {
490         mod_path.push_str("-");
491         mod_path.push_str(&part.data.as_interned_str());
492     }
493
494     if volatile {
495         mod_path.push_str(".volatile");
496     }
497
498     return Symbol::intern(&mod_path[..]).as_str();
499 }
500
501 fn numbered_codegen_unit_name(crate_name: &str, index: usize) -> InternedString {
502     Symbol::intern(&format!("{}{}{}", crate_name, NUMBERED_CODEGEN_UNIT_MARKER, index)).as_str()
503 }
504
505 fn debug_dump<'a, 'b, 'tcx, I>(tcx: TyCtxt<'a, 'tcx, 'tcx>,
506                                label: &str,
507                                cgus: I)
508     where I: Iterator<Item=&'b CodegenUnit<'tcx>>,
509           'tcx: 'a + 'b
510 {
511     if cfg!(debug_assertions) {
512         debug!("{}", label);
513         for cgu in cgus {
514             debug!("CodegenUnit {}:", cgu.name);
515
516             for (trans_item, linkage) in &cgu.items {
517                 let symbol_name = trans_item.symbol_name(tcx);
518                 let symbol_hash_start = symbol_name.rfind('h');
519                 let symbol_hash = symbol_hash_start.map(|i| &symbol_name[i ..])
520                                                    .unwrap_or("<no hash>");
521
522                 debug!(" - {} [{:?}] [{}]",
523                        trans_item.to_string(tcx),
524                        linkage,
525                        symbol_hash);
526             }
527
528             debug!("");
529         }
530     }
531 }