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1. ヒトがおしえる！LLVM 2014/3/21 柏木餅子
2. 自己紹介  柏木餅子(♂)  サークルMotiPizzaで活動中  「きつねさんでもわかる！LLVM」  達人出版会様&インプレスジャパン様から  LLVM本ではフロントエンド側担当  LLVM本の弱い方  金髪幼女の方  お仕事はソフトウェア開発色々  LLVMを使う機会は無いです  外で発表するのは初めてなので。。。 2
3. アジェンダ  LLVMとは？  コンパイラの処理  LLVMのイメージ  LLVM-IR  LLVM-IRの特徴  LLVM-IRの例  Pass  Passの概念  Passの種類  おまけ 3
4. アジェンダ  LLVMとは？  コンパイラの処理  LLVMのイメージ  LLVM-IR  LLVM-IRの特徴  LLVM-IRの例  Pass  Passの概念  Passの種類  おまけ 4
5. LLVMとは？  コンパイラ基盤だよ？ 5
6. LLVMとは？ コンパイラ基盤って何！？ 6
7. コンパイラの処理 C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 7
8. コンパイラの処理 C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 フロントエンド (解析・変換) 8
9. コンパイラの処理 C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 フロントエンド (解析・変換) ミドルエンド (解析・最適化) 9
10. コンパイラの処理 C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 フロントエンド (解析・変換) ミドルエンド (解析・最適化) バックエンド (コード生成) 10
11. コンパイラの処理 C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 フロントエンド (解析・変換) ミドルエンド (解析・最適化) バックエンド (コード生成) ・中間表現の規定 ・中間表現の生成・解析/最適化 ・中間表現から各種ターゲットのコード生成 ⇒各種モジュールが整理されて再利用できると嬉しいよね 11
12. LLVMのイメージ C/C++ X86 Java ARM Haskell PowerPC 中間表現 (LLVM-IR) 変換前 LLVM-IR Pass A Pass B Backend Pass LLVM バックエンド 処理 変換後 LLVM-IR 解析・最適化 Pass=中間表現(LLVM-IR)の解析や 最適化を行うモジュール 12
13. LLVMとは？  コンパイラ基盤だよ？  中間表現(LLVM-IR)と最適化・コード生成等のモジュール 13
14. LLVMとは？  コンパイラ基盤だよ？  中間表現(LLVM-IR)と最適化・コード生成等のモジュール  正しくは、LLVM=Clangとかを含むプロジェクトの総称  どちらを指しているかは文脈による 14
15. LLVMとは？  コンパイラ基盤だよ？  中間表現(LLVM-IR)と最適化・コード生成等のモジュール  正しくは、LLVM=Clangとかを含むプロジェクトの総称  どちらを指しているかは文脈による  最近人気なようですね？ 15
16. LLVMとは？  コンパイラ基盤だよ？  中間表現(LLVM-IR)と最適化・コード生成等のモジュール  正しくは、LLVM=Clangとかを含むプロジェクトの総称  どちらを指しているかは文脈による  最近人気なようですね？  BSDライクの比較的緩いライセンス  モジュール化されていて再利用しやすい  読みやすい(読める) 16
17. アジェンダ  LLVMとは？  コンパイラの処理  LLVMのイメージ  LLVM-IR  LLVM-IRの特徴  LLVM-IRの例  Pass  Passの概念  Passの種類  おまけ 17
18. LLVM IRの特徴 18
19. LLVM IRの特徴  LLVM IR＝LLVMの中間表現  言語非依存 19
20. LLVM IRの特徴  LLVM IR＝LLVMの中間表現  言語非依存  レジスタマシンがターゲット  i32,floatなどの型があります 20
21. LLVM IRの特徴  LLVM IR＝LLVMの中間表現  言語非依存  レジスタマシンがターゲット  i32,floatなどの型があります  静的単一代入形式(SSA)  変数への代入は一度だけ  def-useが追いやすい 21
22. LLVM IRの特徴  LLVM IR＝LLVMの中間表現  言語非依存  レジスタマシンがターゲット  i32,floatなどの型があります  静的単一代入形式(SSA)  変数への代入は一度だけ  def-useが追いやすい  3種類あるけど全て等価  メモリ上のIR  シリアライズされたビットコード  人間が読めるアセンブリ形式  詳細はLLVMのドキュメントに・・・  LLVM Language Reference Manual 22
23. LLVM IRの例  例えば↑のソースコードをclang v3.4でコンパイルすると・・・  clang –emit-llvm –S HelloWorld.c #include<stdio.h> int main() { printf("Hello World!\n"); return 0; } 23
24. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} 24
25. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module 25
26. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module Grobal Variable 26
27. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module Grobal Variable 27 Function
28. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module Grobal Variable 28 Function BasicBlock
29. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module Grobal Variable 29 Function BasicBlock Instruction
30. LLVM IRの例 ; ModuleID = 'HelloWorld.cpp' target datalayout = "e-p:64:64:64-i1:8:8-i8:8:8-i16:16:16-i32:32:32-i64:64:64-f32:32:32-f64:64:64-v64:64:64-v128:128:128-a0: 0:64-s0:64:64-f80:128:128-n8:16:32:64-S128" target triple = "x86_64-unknown-linux-gnu" @.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello World!\0A\00", align 1 ; Function Attrs: uwtable define i32 @main() #0 { entry: %retval = alloca i32, align 4 store i32 0, i32* %retval %call = call i32 (i8*, ...)* @printf(i8* getelementptr inbounds ([14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0)) ret i32 0 } declare i32 @printf(i8*, ...) #1 attributes #0 = { 省略 } attributes #1 = { 省略 } !llvm.ident = !{!0} !0 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (tags/RELEASE_34/final 204003)"} Module Grobal Variable 30 Function BasicBlock Instruction Metadata
31. アジェンダ  LLVMとは？  コンパイラの処理  LLVMのイメージ  LLVM-IR  LLVM-IRの特徴  LLVM-IRの例  Pass  Passの概念  Passの種類  おまけ 31
32. Passの概念  LLVMの解析や最適化を担う重要な要素  LLVMの各種解析/最適化は全てPass  optコマンドで任意のPassを適用することも可能 • opt -pass-name XX.ll 32
33. Passの種類  以下の基底クラスを目的に応じて継承  ImmutablePass  ModulePass  FunctionPass  LoopPass  RegionPass  BasicBlockPass  MachineFunctionPass  どのようなPassがあるかは公式ドキュメントを・・・  LLVM’s Analysis and Transform Passes 33
34. Passの種類  以下の基底クラスを目的に応じて継承  ImmutablePass  ModulePass  FunctionPass  LoopPass  RegionPass  BasicBlockPass  MachineFunctionPass  どのようなPassがあるかは公式ドキュメントを・・・  LLVM’s Analysis and Transform Passes 34 ART内のGPCExpander はFunctionPassを継承
35. アジェンダ  LLVMとは？  コンパイラの処理  LLVMのイメージ  LLVM-IR  LLVM-IRの特徴  LLVM-IRの例  Pass  Passの概念  Passの種類  おまけ 35
36. おまけ 36 折角なのでARTの話を少し
37. おまけ：ARTにおけるLLVM  Android4.4に含まれる新しいruntime  開発者向け  ARTのソースコードを少し眺めてみた  とりあえずart/compiler配下だけ  ぐーぐる先生に「LLVM ART」と聞くと良いエントリがありますよ！ 37
38. おまけ：ARTにおけるLLVM  ARTの処理系も幾つか種類があるらしい  Quick  Portable  SeaIR  インタプリタ？ 38
39. おまけ：ARTにおけるLLVM  ARTの処理系も幾つか種類があるらしい  Quick  Portable  SeaIR  インタプリタ？ 39 LLVMが関係してくるのはここ
40. おまけ：ARTにおけるLLVM  ARTの処理系も幾つか種類があるらしい  Quick  Portable  SeaIR  インタプリタ？  今回はPortableまわりで読んだところを少しだけ  Dexを入力としてコード生成する 40 LLVMが関係してくるのはここ
41. おまけ：ARTにおけるLLVM  Portableの場合  Dex2Oat::CreateOatFile  art/dex2oat/dex2oat.cc  一番下にmainがあるのでそこから読んでみる 41
42. おまけ：ARTにおけるLLVM  Portableの場合  Dex2Oat::CreateOatFile  art/dex2oat/dex2oat.cc  一番下にmainがあるのでそこから読んでみる  CompilerDriver::CompileAll  art/compiler/llvm/compiler_driver.cc  CompilerLLVM::CompileDexFile等を経由しCompilerLLVM::CompileDexMethodへ？ 42
43. おまけ：ARTにおけるLLVM  Portableの場合  Dex2Oat::CreateOatFile  art/dex2oat/dex2oat.cc  一番下にmainがあるのでそこから読んでみる  CompilerDriver::CompileAll  art/compiler/llvm/compiler_driver.cc  CompilerLLVM::CompileDexFile等を経由しCompilerLLVM::CompileDexMethodへ？  CompilerLLVM::CompileDexMethod  art/compiler/llvm/compiler_llvm.cc  CompileOneMethod,LLVMCompilationUnit::Materialize 43
44. おまけ：ARTにおけるLLVM  Portableの場合  Dex2Oat::CreateOatFile  art/dex2oat/dex2oat.cc  一番下にmainがあるのでそこから読んでみる  CompilerDriver::CompileAll  art/compiler/llvm/compiler_driver.cc  CompilerLLVM::CompileDexFile等を経由しCompilerLLVM::CompileDexMethodへ？  CompilerLLVM::CompileDexMethod  art/compiler/llvm/compiler_llvm.cc  CompileOneMethod,LLVMCompilationUnit::Materialize  CompileOneMethod  frontend.ccのCompileMethodへ  MIRの最適化とLLVMIRへの変換(PortableじゃなければArm/MIPS/X86CodeGenerator) 44
45. おまけ：ARTにおけるLLVM  Portableの場合  Dex2Oat::CreateOatFile  art/dex2oat/dex2oat.cc  一番下にmainがあるのでそこから読んでみる  CompilerDriver::CompileAll  art/compiler/llvm/compiler_driver.cc  CompilerLLVM::CompileDexFile等を経由しCompilerLLVM::CompileDexMethodへ？  CompilerLLVM::CompileDexMethod  art/compiler/llvm/compiler_llvm.cc  CompileOneMethod,LLVMCompilationUnit::Materialize  CompileOneMethod  frontend.ccのCompileMethodへ  MIRの最適化とLLVMIRへの変換(PortableじゃなければArm/MIPS/X86CodeGenerator)  LLVMCompilationUnit::Materialize  GBCExpanderの適用とPassManagerBuilderを利用してO3最適化  PassManagerはnothingcosmosさんのwikiとエントリがわかりやすいよ！ 45
46. おまけ：ARTにおけるLLVM  今回読んだところ  PortableはDex⇒MIR⇒MIR最適化⇒LLVMIR⇒GBCExpander⇒O3最適化⇒コード生成  SeaIRはDex⇒SeaGraph⇒LLVMIR⇒O3最適化⇒コード生成という感じ？  残念ながらPortableは動いていない？らしい 46
47. まとめ  LLVMはコンパイラ基盤  コンパイラ基盤=中間表現とその操作セット  Passを用いて解析や最適化  optコマンドで任意のPassを適用可能  自分で実装する場合は目的に応じて基底クラスを継承  Android4.4のARTでもLLVMが！  PortableではDex⇒MIR⇒MIR最適化⇒LLVMIR⇒GBCExpander⇒O3最適化⇒コード生成 47
48. ありがとうございました 48