1*a34c753fSRafael Auler //===--- BoltAddressTranslation.cpp ---------------------------------------===//
2*a34c753fSRafael Auler //
3*a34c753fSRafael Auler // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4*a34c753fSRafael Auler // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5*a34c753fSRafael Auler // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6*a34c753fSRafael Auler //
7*a34c753fSRafael Auler //===----------------------------------------------------------------------===//
8*a34c753fSRafael Auler //
9*a34c753fSRafael Auler //===----------------------------------------------------------------------===//
10*a34c753fSRafael Auler #include "bolt/Profile/BoltAddressTranslation.h"
11*a34c753fSRafael Auler #include "bolt/Core/BinaryFunction.h"
12*a34c753fSRafael Auler #include "llvm/Support/DataExtractor.h"
13*a34c753fSRafael Auler #include "llvm/Support/Errc.h"
14*a34c753fSRafael Auler 
15*a34c753fSRafael Auler #define DEBUG_TYPE "bolt-bat"
16*a34c753fSRafael Auler 
17*a34c753fSRafael Auler namespace llvm {
18*a34c753fSRafael Auler namespace bolt {
19*a34c753fSRafael Auler 
20*a34c753fSRafael Auler const char* BoltAddressTranslation::SECTION_NAME = ".note.bolt_bat";
21*a34c753fSRafael Auler 
22*a34c753fSRafael Auler void BoltAddressTranslation::writeEntriesForBB(MapTy &Map,
23*a34c753fSRafael Auler                                                const BinaryBasicBlock &BB,
24*a34c753fSRafael Auler                                                uint64_t FuncAddress) {
25*a34c753fSRafael Auler   const uint64_t BBOutputOffset =
26*a34c753fSRafael Auler       BB.getOutputAddressRange().first - FuncAddress;
27*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t BBInputOffset = BB.getInputOffset();
28*a34c753fSRafael Auler 
29*a34c753fSRafael Auler   assert(BBInputOffset != BinaryBasicBlock::INVALID_OFFSET &&
30*a34c753fSRafael Auler          "Every output BB must track back to an input BB for profile "
31*a34c753fSRafael Auler          "collection in bolted binaries");
32*a34c753fSRafael Auler 
33*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "BB " << BB.getName() << "\n");
34*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Key: " << Twine::utohexstr(BBOutputOffset)
35*a34c753fSRafael Auler                     << " Val: " << Twine::utohexstr(BBInputOffset) << "\n");
36*a34c753fSRafael Auler   // In case of conflicts (same Key mapping to different Vals), the last
37*a34c753fSRafael Auler   // update takes precedence. Of course it is not ideal to have conflicts and
38*a34c753fSRafael Auler   // those happen when we have an empty BB that either contained only
39*a34c753fSRafael Auler   // NOPs or a jump to the next block (successor). Either way, the successor
40*a34c753fSRafael Auler   // and this deleted block will both share the same output address (the same
41*a34c753fSRafael Auler   // key), and we need to map back. We choose here to privilege the successor by
42*a34c753fSRafael Auler   // allowing it to overwrite the previously inserted key in the map.
43*a34c753fSRafael Auler   Map[BBOutputOffset] = BBInputOffset;
44*a34c753fSRafael Auler 
45*a34c753fSRafael Auler   for (const auto &IOPair : BB.getOffsetTranslationTable()) {
46*a34c753fSRafael Auler     const uint64_t OutputOffset = IOPair.first + BBOutputOffset;
47*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t InputOffset = IOPair.second;
48*a34c753fSRafael Auler 
49*a34c753fSRafael Auler     // Is this the first instruction in the BB? No need to duplicate the entry.
50*a34c753fSRafael Auler     if (OutputOffset == BBOutputOffset)
51*a34c753fSRafael Auler       continue;
52*a34c753fSRafael Auler 
53*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << "  Key: " << Twine::utohexstr(OutputOffset) << " Val: "
54*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(InputOffset) << " (branch)\n");
55*a34c753fSRafael Auler     Map.insert(
56*a34c753fSRafael Auler         std::pair<uint32_t, uint32_t>(OutputOffset, InputOffset | BRANCHENTRY));
57*a34c753fSRafael Auler   }
58*a34c753fSRafael Auler }
59*a34c753fSRafael Auler 
60*a34c753fSRafael Auler void BoltAddressTranslation::write(raw_ostream &OS) {
61*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "BOLT-DEBUG: Writing BOLT Address Translation Tables\n");
62*a34c753fSRafael Auler   for (auto &BFI : BC.getBinaryFunctions()) {
63*a34c753fSRafael Auler     BinaryFunction &Function = BFI.second;
64*a34c753fSRafael Auler     // We don't need a translation table if the body of the function hasn't
65*a34c753fSRafael Auler     // changed
66*a34c753fSRafael Auler     if (!BC.HasRelocations && !Function.isSimple())
67*a34c753fSRafael Auler       continue;
68*a34c753fSRafael Auler 
69*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Function name: " << Function.getPrintName() << "\n");
70*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << " Address reference: 0x"
71*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(Function.getOutputAddress()) << "\n");
72*a34c753fSRafael Auler     MapTy Map;
73*a34c753fSRafael Auler     const bool IsSplit = Function.isSplit();
74*a34c753fSRafael Auler     for (BinaryBasicBlock *&BB : Function.layout()) {
75*a34c753fSRafael Auler       if (IsSplit && BB->isCold())
76*a34c753fSRafael Auler         break;
77*a34c753fSRafael Auler       writeEntriesForBB(Map, *BB, Function.getOutputAddress());
78*a34c753fSRafael Auler     }
79*a34c753fSRafael Auler     Maps.insert(std::pair<uint64_t, MapTy>(Function.getOutputAddress(), Map));
80*a34c753fSRafael Auler 
81*a34c753fSRafael Auler     if (!IsSplit)
82*a34c753fSRafael Auler       continue;
83*a34c753fSRafael Auler 
84*a34c753fSRafael Auler     // Cold map
85*a34c753fSRafael Auler     Map.clear();
86*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << " Cold part\n");
87*a34c753fSRafael Auler     for (BinaryBasicBlock *&BB : Function.layout()) {
88*a34c753fSRafael Auler       if (!BB->isCold())
89*a34c753fSRafael Auler         continue;
90*a34c753fSRafael Auler       writeEntriesForBB(Map, *BB, Function.cold().getAddress());
91*a34c753fSRafael Auler     }
92*a34c753fSRafael Auler     Maps.insert(std::pair<uint64_t, MapTy>(Function.cold().getAddress(), Map));
93*a34c753fSRafael Auler     ColdPartSource.insert(std::pair<uint64_t, uint64_t>(
94*a34c753fSRafael Auler         Function.cold().getAddress(), Function.getOutputAddress()));
95*a34c753fSRafael Auler   }
96*a34c753fSRafael Auler 
97*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t NumFuncs = Maps.size();
98*a34c753fSRafael Auler   OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&NumFuncs), 4);
99*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Writing " << NumFuncs << " functions for BAT.\n");
100*a34c753fSRafael Auler   for (auto &MapEntry : Maps) {
101*a34c753fSRafael Auler     const uint64_t Address = MapEntry.first;
102*a34c753fSRafael Auler     MapTy &Map = MapEntry.second;
103*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t NumEntries = Map.size();
104*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Writing " << NumEntries << " entries for 0x"
105*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(Address) << ".\n");
106*a34c753fSRafael Auler     OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&Address), 8);
107*a34c753fSRafael Auler     OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&NumEntries), 4);
108*a34c753fSRafael Auler     for (std::pair<const uint32_t, uint32_t> &KeyVal : Map) {
109*a34c753fSRafael Auler       OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&KeyVal.first), 4);
110*a34c753fSRafael Auler       OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&KeyVal.second), 4);
111*a34c753fSRafael Auler     }
112*a34c753fSRafael Auler   }
113*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t NumColdEntries = ColdPartSource.size();
114*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Writing " << NumColdEntries
115*a34c753fSRafael Auler                     << " cold part mappings.\n");
116*a34c753fSRafael Auler   OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&NumColdEntries), 4);
117*a34c753fSRafael Auler   for (std::pair<const uint64_t, uint64_t> &ColdEntry : ColdPartSource) {
118*a34c753fSRafael Auler     OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&ColdEntry.first), 8);
119*a34c753fSRafael Auler     OS.write(reinterpret_cast<const char *>(&ColdEntry.second), 8);
120*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << " " << Twine::utohexstr(ColdEntry.first) << " -> "
121*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(ColdEntry.second) << "\n");
122*a34c753fSRafael Auler   }
123*a34c753fSRafael Auler 
124*a34c753fSRafael Auler   outs() << "BOLT-INFO: Wrote " << Maps.size() << " BAT maps\n";
125*a34c753fSRafael Auler   outs() << "BOLT-INFO: Wrote " << NumColdEntries
126*a34c753fSRafael Auler          << " BAT cold-to-hot entries\n";
127*a34c753fSRafael Auler }
128*a34c753fSRafael Auler 
129*a34c753fSRafael Auler std::error_code BoltAddressTranslation::parse(StringRef Buf) {
130*a34c753fSRafael Auler   DataExtractor DE = DataExtractor(Buf, true, 8);
131*a34c753fSRafael Auler   uint64_t Offset = 0;
132*a34c753fSRafael Auler   if (Buf.size() < 12)
133*a34c753fSRafael Auler     return make_error_code(llvm::errc::io_error);
134*a34c753fSRafael Auler 
135*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t NameSz = DE.getU32(&Offset);
136*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t DescSz = DE.getU32(&Offset);
137*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t Type = DE.getU32(&Offset);
138*a34c753fSRafael Auler 
139*a34c753fSRafael Auler   if (Type != BinarySection::NT_BOLT_BAT ||
140*a34c753fSRafael Auler       Buf.size() + Offset < alignTo(NameSz, 4) + DescSz)
141*a34c753fSRafael Auler     return make_error_code(llvm::errc::io_error);
142*a34c753fSRafael Auler 
143*a34c753fSRafael Auler   StringRef Name = Buf.slice(Offset, Offset + NameSz);
144*a34c753fSRafael Auler   Offset = alignTo(Offset + NameSz, 4);
145*a34c753fSRafael Auler   if (Name.substr(0, 4) != "BOLT")
146*a34c753fSRafael Auler     return make_error_code(llvm::errc::io_error);
147*a34c753fSRafael Auler 
148*a34c753fSRafael Auler   if (Buf.size() - Offset < 4)
149*a34c753fSRafael Auler     return make_error_code(llvm::errc::io_error);
150*a34c753fSRafael Auler 
151*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t NumFunctions = DE.getU32(&Offset);
152*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Parsing " << NumFunctions << " functions\n");
153*a34c753fSRafael Auler   for (uint32_t I = 0; I < NumFunctions; ++I) {
154*a34c753fSRafael Auler     if (Buf.size() - Offset < 12)
155*a34c753fSRafael Auler       return make_error_code(llvm::errc::io_error);
156*a34c753fSRafael Auler 
157*a34c753fSRafael Auler     const uint64_t Address = DE.getU64(&Offset);
158*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t NumEntries = DE.getU32(&Offset);
159*a34c753fSRafael Auler     MapTy Map;
160*a34c753fSRafael Auler 
161*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Parsing " << NumEntries << " entries for 0x"
162*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(Address) << "\n");
163*a34c753fSRafael Auler     if (Buf.size() - Offset < 8 * NumEntries)
164*a34c753fSRafael Auler       return make_error_code(llvm::errc::io_error);
165*a34c753fSRafael Auler     for (uint32_t J = 0; J < NumEntries; ++J) {
166*a34c753fSRafael Auler       const uint32_t OutputAddr = DE.getU32(&Offset);
167*a34c753fSRafael Auler       const uint32_t InputAddr = DE.getU32(&Offset);
168*a34c753fSRafael Auler       Map.insert(std::pair<uint32_t, uint32_t>(OutputAddr, InputAddr));
169*a34c753fSRafael Auler       LLVM_DEBUG(dbgs() << Twine::utohexstr(OutputAddr) << " -> "
170*a34c753fSRafael Auler                         << Twine::utohexstr(InputAddr) << "\n");
171*a34c753fSRafael Auler     }
172*a34c753fSRafael Auler     Maps.insert(std::pair<uint64_t, MapTy>(Address, Map));
173*a34c753fSRafael Auler   }
174*a34c753fSRafael Auler 
175*a34c753fSRafael Auler   if (Buf.size() - Offset < 4)
176*a34c753fSRafael Auler     return make_error_code(llvm::errc::io_error);
177*a34c753fSRafael Auler 
178*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t NumColdEntries = DE.getU32(&Offset);
179*a34c753fSRafael Auler   LLVM_DEBUG(dbgs() << "Parsing " << NumColdEntries << " cold part mappings\n");
180*a34c753fSRafael Auler   for (uint32_t I = 0; I < NumColdEntries; ++I) {
181*a34c753fSRafael Auler     if (Buf.size() - Offset < 16)
182*a34c753fSRafael Auler       return make_error_code(llvm::errc::io_error);
183*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t ColdAddress = DE.getU64(&Offset);
184*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t HotAddress = DE.getU64(&Offset);
185*a34c753fSRafael Auler     ColdPartSource.insert(
186*a34c753fSRafael Auler         std::pair<uint64_t, uint64_t>(ColdAddress, HotAddress));
187*a34c753fSRafael Auler     LLVM_DEBUG(dbgs() << Twine::utohexstr(ColdAddress) << " -> "
188*a34c753fSRafael Auler                       << Twine::utohexstr(HotAddress) << "\n");
189*a34c753fSRafael Auler   }
190*a34c753fSRafael Auler   outs() << "BOLT-INFO: Parsed " << Maps.size() << " BAT entries\n";
191*a34c753fSRafael Auler   outs() << "BOLT-INFO: Parsed " << NumColdEntries
192*a34c753fSRafael Auler          << " BAT cold-to-hot entries\n";
193*a34c753fSRafael Auler 
194*a34c753fSRafael Auler   return std::error_code();
195*a34c753fSRafael Auler }
196*a34c753fSRafael Auler 
197*a34c753fSRafael Auler uint64_t BoltAddressTranslation::translate(const BinaryFunction &Func,
198*a34c753fSRafael Auler                                            uint64_t Offset,
199*a34c753fSRafael Auler                                            bool IsBranchSrc) const {
200*a34c753fSRafael Auler   auto Iter = Maps.find(Func.getAddress());
201*a34c753fSRafael Auler   if (Iter == Maps.end())
202*a34c753fSRafael Auler     return Offset;
203*a34c753fSRafael Auler 
204*a34c753fSRafael Auler   const MapTy &Map = Iter->second;
205*a34c753fSRafael Auler   auto KeyVal = Map.upper_bound(Offset);
206*a34c753fSRafael Auler   if (KeyVal == Map.begin())
207*a34c753fSRafael Auler     return Offset;
208*a34c753fSRafael Auler 
209*a34c753fSRafael Auler   --KeyVal;
210*a34c753fSRafael Auler 
211*a34c753fSRafael Auler   const uint32_t Val = KeyVal->second & ~BRANCHENTRY;
212*a34c753fSRafael Auler   // Branch source addresses are translated to the first instruction of the
213*a34c753fSRafael Auler   // source BB to avoid accounting for modifications BOLT may have made in the
214*a34c753fSRafael Auler   // BB regarding deletion/addition of instructions.
215*a34c753fSRafael Auler   if (IsBranchSrc)
216*a34c753fSRafael Auler     return Val;
217*a34c753fSRafael Auler   return Offset - KeyVal->first + Val;
218*a34c753fSRafael Auler }
219*a34c753fSRafael Auler 
220*a34c753fSRafael Auler Optional<BoltAddressTranslation::FallthroughListTy>
221*a34c753fSRafael Auler BoltAddressTranslation::getFallthroughsInTrace(
222*a34c753fSRafael Auler     const BinaryFunction &Func, uint64_t From, uint64_t To) const {
223*a34c753fSRafael Auler   SmallVector<std::pair<uint64_t, uint64_t>, 16> Res;
224*a34c753fSRafael Auler 
225*a34c753fSRafael Auler   // Filter out trivial case
226*a34c753fSRafael Auler   if (From >= To)
227*a34c753fSRafael Auler     return Res;
228*a34c753fSRafael Auler 
229*a34c753fSRafael Auler   From -= Func.getAddress();
230*a34c753fSRafael Auler   To -= Func.getAddress();
231*a34c753fSRafael Auler 
232*a34c753fSRafael Auler   auto Iter = Maps.find(Func.getAddress());
233*a34c753fSRafael Auler   if (Iter == Maps.end()) {
234*a34c753fSRafael Auler     return NoneType();
235*a34c753fSRafael Auler   }
236*a34c753fSRafael Auler 
237*a34c753fSRafael Auler   const MapTy &Map = Iter->second;
238*a34c753fSRafael Auler   auto FromIter = Map.upper_bound(From);
239*a34c753fSRafael Auler   if (FromIter == Map.begin())
240*a34c753fSRafael Auler     return Res;
241*a34c753fSRafael Auler   // Skip instruction entries, to create fallthroughs we are only interested in
242*a34c753fSRafael Auler   // BB boundaries
243*a34c753fSRafael Auler   do {
244*a34c753fSRafael Auler     if (FromIter == Map.begin())
245*a34c753fSRafael Auler       return Res;
246*a34c753fSRafael Auler     --FromIter;
247*a34c753fSRafael Auler   } while (FromIter->second & BRANCHENTRY);
248*a34c753fSRafael Auler 
249*a34c753fSRafael Auler   auto ToIter = Map.upper_bound(To);
250*a34c753fSRafael Auler   if (ToIter == Map.begin())
251*a34c753fSRafael Auler     return Res;
252*a34c753fSRafael Auler   --ToIter;
253*a34c753fSRafael Auler   if (FromIter->first >= ToIter->first)
254*a34c753fSRafael Auler     return Res;
255*a34c753fSRafael Auler 
256*a34c753fSRafael Auler   for (auto Iter = FromIter; Iter != ToIter; ) {
257*a34c753fSRafael Auler     const uint32_t Src = Iter->first;
258*a34c753fSRafael Auler     if (Iter->second & BRANCHENTRY) {
259*a34c753fSRafael Auler       ++Iter;
260*a34c753fSRafael Auler       continue;
261*a34c753fSRafael Auler     }
262*a34c753fSRafael Auler 
263*a34c753fSRafael Auler     ++Iter;
264*a34c753fSRafael Auler     while (Iter->second & BRANCHENTRY && Iter != ToIter) {
265*a34c753fSRafael Auler       ++Iter;
266*a34c753fSRafael Auler     }
267*a34c753fSRafael Auler     if (Iter->second & BRANCHENTRY)
268*a34c753fSRafael Auler       break;
269*a34c753fSRafael Auler     Res.emplace_back(Src, Iter->first);
270*a34c753fSRafael Auler   }
271*a34c753fSRafael Auler 
272*a34c753fSRafael Auler   return Res;
273*a34c753fSRafael Auler }
274*a34c753fSRafael Auler 
275*a34c753fSRafael Auler uint64_t BoltAddressTranslation::fetchParentAddress(uint64_t Address) const {
276*a34c753fSRafael Auler   auto Iter = ColdPartSource.find(Address);
277*a34c753fSRafael Auler   if (Iter == ColdPartSource.end())
278*a34c753fSRafael Auler     return 0;
279*a34c753fSRafael Auler   return Iter->second;
280*a34c753fSRafael Auler }
281*a34c753fSRafael Auler 
282*a34c753fSRafael Auler bool BoltAddressTranslation::enabledFor(
283*a34c753fSRafael Auler     llvm::object::ELFObjectFileBase *InputFile) const {
284*a34c753fSRafael Auler   for (const SectionRef &Section : InputFile->sections()) {
285*a34c753fSRafael Auler     Expected<StringRef> SectionNameOrErr = Section.getName();
286*a34c753fSRafael Auler     if (Error E = SectionNameOrErr.takeError())
287*a34c753fSRafael Auler       continue;
288*a34c753fSRafael Auler 
289*a34c753fSRafael Auler     if (SectionNameOrErr.get() == SECTION_NAME)
290*a34c753fSRafael Auler       return true;
291*a34c753fSRafael Auler   }
292*a34c753fSRafael Auler   return false;
293*a34c753fSRafael Auler }
294*a34c753fSRafael Auler }
295*a34c753fSRafael Auler }
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