6551b1ae65490ba6bfa51daeac8bb2cb78016b04
[libfirm] / ir / be / bespillbelady2.c
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2007 University of Karlsruhe.  All right reserved.
3  *
4  * This file is part of libFirm.
5  *
6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
9  * packaging of this file.
10  *
11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
13  * Agreement provided with the Software.
14  *
15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
17  * PURPOSE.
18  */
19
20 /**
21  * @file
22  * @brief       Beladys spillalgorithm version 2.
23  * @author      Daniel Grund, Matthias Braun, Sebastian Hack
24  * @date        01.08.2007
25  * @version     $Id$
26  *
27  * The main differences to the original Belady are:
28  * - The workset is empty at the start of a block
29  *   There is no attempt to fill it with variables which
30  *   are not used in the block.
31  * - There is a global pass which tries to use the remaining
32  *   capacity of the blocks to let global variables live through
33  *   them.
34  */
35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
36 #include "config.h"
37 #endif
38
39 #include <math.h>
40 #include <limits.h>
41
42 #include "obst.h"
43 #include "irnodeset.h"
44 #include "irbitset.h"
45 #include "irprintf_t.h"
46 #include "irgraph.h"
47 #include "irnode.h"
48 #include "irmode.h"
49 #include "irgwalk.h"
50 #include "irloop.h"
51 #include "iredges_t.h"
52 #include "irphase_t.h"
53 #include "ircons_t.h"
54 #include "irprintf.h"
55 #include "execfreq.h"
56 #include "xmalloc.h"
57
58 #include "beutil.h"
59 #include "bearch_t.h"
60 #include "bespillbelady.h"
61 #include "besched_t.h"
62 #include "beirgmod.h"
63 #include "belive_t.h"
64 #include "benode_t.h"
65 #include "bechordal_t.h"
66 #include "bespilloptions.h"
67 #include "beloopana.h"
68 #include "beirg_t.h"
69 #include "bemodule.h"
70
71 #define DBG_SPILL     1
72 #define DBG_WSETS     2
73 #define DBG_FIX       4
74 #define DBG_DECIDE    8
75 #define DBG_START    16
76 #define DBG_SLOTS    32
77 #define DBG_TRACE    64
78 #define DBG_WORKSET 128
79 #define DBG_GLOBAL  256
80
81 #define DEAD     UINT_MAX
82 #define LIVE_END (DEAD-1)
83
84 DEBUG_ONLY(static firm_dbg_module_t *dbg = NULL;)
85
86 /**
87  * An association between a node and a point in time.
88  */
89 typedef struct _loc_t {
90   ir_node *irn;        /**< A node. */
91   unsigned time;       /**< A use time (see beuses.h). */
92   unsigned version;    /**< That is used in the global pass below.
93                                                  For usage see the comments below.
94                                                  In the local belady pass, this is not important. */
95 } loc_t;
96
97 typedef struct _workset_t {
98         int len;                        /**< current length */
99         loc_t vals[0];          /**< inlined array of the values/distances in this working set */
100 } workset_t;
101
102 typedef struct _belady_env_t {
103         struct obstack ob;
104         ir_graph *irg;
105         const arch_env_t *arch;
106         const arch_register_class_t *cls;
107         be_lv_t *lv;
108         ir_exec_freq *ef;
109
110         ir_node **blocks;   /**< Array of all blocks. */
111         int n_blocks;       /**< Number of blocks in the graph. */
112         int n_regs;                     /**< number of regs in this reg-class */
113         workset_t *ws;          /**< the main workset used while processing a block. ob-allocated */
114         ir_node *instr;         /**< current instruction */
115         unsigned instr_nr;      /**< current instruction number (relative to block start) */
116
117         spill_env_t *senv;      /**< see bespill.h */
118 } belady_env_t;
119
120
121 static int loc_compare(const void *a, const void *b)
122 {
123         const loc_t *p = a;
124         const loc_t *q = b;
125         return (p->time > q->time) - (p->time < q->time);
126 }
127
128 static INLINE void workset_print(const workset_t *w)
129 {
130         int i;
131
132         for(i = 0; i < w->len; ++i) {
133                 ir_fprintf(stderr, "%+F %d\n", w->vals[i].irn, w->vals[i].time);
134         }
135 }
136
137 /**
138  * Alloc a new workset on obstack @p ob with maximum size @p max
139  */
140 static INLINE workset_t *new_workset(belady_env_t *env, struct obstack *ob) {
141         workset_t *res;
142         size_t size = sizeof(*res) + (env->n_regs)*sizeof(res->vals[0]);
143         res = obstack_alloc(ob, size);
144         memset(res, 0, size);
145         return res;
146 }
147
148 /**
149  * Alloc a new instance on obstack and make it equal to @param ws
150  */
151 static INLINE workset_t *workset_clone(belady_env_t *env, struct obstack *ob, workset_t *ws) {
152         workset_t *res;
153         size_t size = sizeof(*res) + (env->n_regs)*sizeof(res->vals[0]);
154         res = obstack_alloc(ob, size);
155         memcpy(res, ws, size);
156         return res;
157 }
158
159 /**
160  * Do NOT alloc anything. Make @param tgt equal to @param src.
161  * returns @param tgt for convenience
162  */
163 static INLINE workset_t *workset_copy(belady_env_t *env, workset_t *tgt, workset_t *src) {
164         size_t size = sizeof(*src) + (env->n_regs)*sizeof(src->vals[0]);
165         memcpy(tgt, src, size);
166         return tgt;
167 }
168
169 /**
170  * Overwrites the current content array of @param ws with the
171  * @param count locations given at memory @param locs.
172  * Set the length of @param ws to count.
173  */
174 static INLINE void workset_bulk_fill(workset_t *workset, int count, const loc_t *locs) {
175         workset->len = count;
176         memcpy(&(workset->vals[0]), locs, count * sizeof(locs[0]));
177 }
178
179 /**
180  * Inserts the value @p val into the workset, iff it is not
181  * already contained. The workset must not be full.
182  */
183 static INLINE void workset_insert(belady_env_t *env, workset_t *ws, ir_node *val) {
184         int i;
185         /* check for current regclass */
186         if (!arch_irn_consider_in_reg_alloc(env->arch, env->cls, val)) {
187                 DBG((dbg, DBG_WORKSET, "Skipped %+F\n", val));
188                 return;
189         }
190
191         /* check if val is already contained */
192         for(i=0; i<ws->len; ++i)
193                 if (ws->vals[i].irn == val)
194                         return;
195
196         /* insert val */
197         assert(ws->len < env->n_regs && "Workset already full!");
198         ws->vals[ws->len++].irn = val;
199 }
200
201 /**
202  * Removes all entries from this workset
203  */
204 static INLINE void workset_clear(workset_t *ws) {
205         ws->len = 0;
206 }
207
208 /**
209  * Removes the value @p val from the workset if present.
210  */
211 static INLINE void workset_remove(workset_t *ws, ir_node *val) {
212         int i;
213         for(i=0; i<ws->len; ++i) {
214                 if (ws->vals[i].irn == val) {
215                         ws->vals[i] = ws->vals[--ws->len];
216                         return;
217                 }
218         }
219 }
220
221 static INLINE int workset_get_index(const workset_t *ws, const ir_node *val) {
222         int i;
223         for(i=0; i<ws->len; ++i) {
224                 if (ws->vals[i].irn == val)
225                         return i;
226         }
227
228         return -1;
229 }
230
231 /**
232  * Iterates over all values in the working set.
233  * @p ws The workset to iterate
234  * @p v  A variable to put the current value in
235  * @p i  An integer for internal use
236  */
237 #define workset_foreach(ws, v, i)       for(i=0; \
238                                                                                 v=(i < ws->len) ? ws->vals[i].irn : NULL, i < ws->len; \
239                                                                                 ++i)
240
241 #define workset_set_time(ws, i, t) (ws)->vals[i].time=t
242 #define workset_get_time(ws, i) (ws)->vals[i].time
243 #define workset_set_length(ws, length) (ws)->len = length
244 #define workset_get_length(ws) ((ws)->len)
245 #define workset_get_val(ws, i) ((ws)->vals[i].irn)
246 #define workset_sort(ws) qsort((ws)->vals, (ws)->len, sizeof((ws)->vals[0]), loc_compare);
247 #define workset_contains(ws, n) (workset_get_index(ws, n) >= 0)
248
249 typedef struct _block_info_t {
250         belady_env_t *bel;
251         const ir_node *bl;
252         workset_t *ws_start, *ws_end;
253         ir_phase next_uses;
254
255         ir_node *first_non_in;   /**< First node in block which is not a phi.  */
256         ir_node *last_ins;       /**< The instruction before which end of
257                                                            block reloads will be inserted. */
258
259         workset_t *entrance_reg; /**< That set will contain all values
260                                                                   transported into the block which
261                                                                   are used before they are displaced.
262                                                                   That means, we later have to care to
263                                                                   bring them into the block in a register
264                                                                   or reload them at the entry of the block. */
265
266         int pressure; /**< The amount of registers which remain free
267                                         in this block. This capacity can be used to let
268                                         global variables, transported into other blocks,
269                                         live through this block. */
270
271         double exec_freq; /**< The execution frequency of this block. */
272 } block_info_t;
273
274 static INLINE void *new_block_info(belady_env_t *bel, ir_node *bl) {
275         block_info_t *res = obstack_alloc(&bel->ob, sizeof(*res));
276         memset(res, 0, sizeof(res[0]));
277         res->first_non_in = NULL;
278         res->last_ins = NULL;
279         res->bel = bel;
280         res->bl  = bl;
281         res->entrance_reg = new_workset(bel, &bel->ob);
282         res->exec_freq    = get_block_execfreq(bel->ef, bl);
283         set_irn_link(bl, res);
284         return res;
285 }
286
287 #define get_block_info(block)        ((block_info_t *)get_irn_link(block))
288 #define set_block_info(block, info)  set_irn_link(block, info)
289
290 static INLINE ir_node *block_info_get_last_ins(block_info_t *bi)
291 {
292         if (!bi->last_ins)
293                 bi->last_ins = be_get_end_of_block_insertion_point(bi->bl);
294
295         return bi->last_ins;
296 }
297
298 typedef struct _next_use_t {
299         unsigned is_first_use : 1; /**< Indicate that this use is the first
300                                                                  in the block. Needed to identify
301                                                                  transport in values for the global
302                                                                  pass. */
303         int step;                  /**< The time step of the use. */
304         struct _next_use_t *next;  /**< The next use int this block
305                                                                  or NULL. */
306 } next_use_t;
307
308 static void *next_use_init(ir_phase *phase, ir_node *irn, void *old)
309 {
310         (void) phase;
311         (void) irn;
312         (void) old;
313         return NULL;
314 }
315
316 static void build_next_uses(block_info_t *bi)
317 {
318         ir_node *irn;
319
320         phase_init(&bi->next_uses, "next uses", bi->bel->irg, PHASE_DEFAULT_GROWTH, next_use_init, NULL);
321         sched_foreach_reverse(bi->bl, irn) {
322                 int i, step = sched_get_time_step(irn);
323
324                 if (is_Phi(irn))
325                         break;
326
327                 for (i = get_irn_arity(irn) - 1; i >= 0; --i) {
328                         ir_node *op = get_irn_n(irn, i);
329                         next_use_t *curr = phase_get_irn_data(&bi->next_uses, op);
330                         next_use_t *use  = phase_alloc(&bi->next_uses, sizeof(use[0]));
331
332                         assert(step >= 0);
333                         use->is_first_use = 1;
334                         use->step         = step;
335                         use->next         = curr;
336
337                         if (curr)
338                                 curr->is_first_use = 0;
339
340                         phase_set_irn_data(&bi->next_uses, op, use);
341                 }
342         }
343 }
344
345 #define get_current_use(bi, irn)         phase_get_irn_data(&(bi)->next_uses, (irn))
346
347 static INLINE void advance_current_use(block_info_t *bi, const ir_node *irn)
348 {
349         next_use_t *use = get_current_use(bi, irn);
350
351         assert(use);
352         phase_set_irn_data(&bi->next_uses, irn, use->next);
353 }
354
355 static INLINE unsigned get_curr_distance(block_info_t *bi, const ir_node *irn, int is_usage)
356 {
357         belady_env_t *env = bi->bel;
358         next_use_t *use   = get_current_use(bi, irn);
359         int curr_step     = sched_get_time_step(env->instr);
360         int flags         = arch_irn_get_flags(env->arch, irn);
361
362         assert(!(flags & arch_irn_flags_ignore));
363
364         /* We have to keep nonspillable nodes in the workingset */
365         if(flags & arch_irn_flags_dont_spill)
366                 return 0;
367
368         if (!is_usage && use && use->step == curr_step)
369                 use = use->next;
370
371         if (use) {
372                 assert(use->step >= curr_step);
373                 return use->step - curr_step;
374         }
375
376         return be_is_live_end(env->lv, bi->bl, irn) ? LIVE_END : DEAD;
377 }
378
379 static INLINE int is_local_phi(const ir_node *bl, const ir_node *irn)
380 {
381         return is_Phi(irn) && get_nodes_block(irn) == bl;
382 }
383
384 /**
385  * Check, if the value is something that is transported into a block.
386  * That is, the value is defined elsewhere or defined by a Phi in the block.
387  * @param env  The belady environment.
388  * @param bl   The block in question.
389  * @param irn  The node in question.
390  * @return     1, if node is something transported into @p bl, 0 if not.
391  * @note       The function will only give correct answers in the case
392  *             where @p irn is unsed in the block @p bl which is always
393  *             the case in our usage scenario.
394  */
395 static INLINE int is_transport_in(const ir_node *bl, const ir_node *irn)
396 {
397         return is_local_phi(bl, irn) || get_nodes_block(irn) != bl;
398 }
399
400 /**
401  * Performs the actions necessary to grant the request that:
402  * - new_vals can be held in registers
403  * - as few as possible other values are disposed
404  * - the worst values get disposed
405  *
406  * @p is_usage indicates that the values in new_vals are used (not defined)
407  * In this case reloads must be performed
408  */
409 static void displace(block_info_t *bi, workset_t *new_vals, int is_usage) {
410         belady_env_t *env       = bi->bel;
411         workset_t    *ws        = env->ws;
412         ir_node     **to_insert = alloca(env->n_regs * sizeof(to_insert[0]));
413
414         int i, len, max_allowed, demand, iter;
415         ir_node *val;
416
417         /*
418                 1. Identify the number of needed slots and the values to reload
419         */
420         demand = 0;
421         workset_foreach(new_vals, val, iter) {
422                 /* mark value as used */
423
424                 if (! workset_contains(ws, val)) {
425                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    insert %+F\n", val));
426                         to_insert[demand++] = val;
427                         if (is_usage) {
428                                 int insert_reload = 1;
429                                 next_use_t *use = get_current_use(bi, val);
430
431                                 /*
432                                  * if we use a value which is transported in this block, i.e. a
433                                  * phi defined here or a live in, for the first time, we check
434                                  * if there is room for that guy to survive from the block's
435                                  * entrance to here or not.
436                                  */
437                                 assert(use);
438                                 assert(sched_get_time_step(env->instr) == use->step);
439                                 if (is_transport_in(bi->bl, val) && use->is_first_use) {
440                                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "entrance node %+F, pressure %d:\n", val, bi->pressure));
441                                         if (bi->pressure < env->n_regs) {
442                                                 workset_insert(env, bi->entrance_reg, val);
443                                                 insert_reload = 0;
444                                                 ++bi->pressure;
445                                                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "... no reload. must be considered at block start\n"));
446                                         }
447                                 }
448
449                                 if (insert_reload) {
450                                         DBG((dbg, DBG_SPILL, "Reload %+F before %+F\n", val, env->instr));
451                                         be_add_reload(env->senv, val, env->instr, env->cls, 1);
452                                 }
453                         }
454                 } else {
455                         assert(is_usage || "Defined value already in workset?!?");
456                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    skip %+F\n", val));
457                 }
458         }
459         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    demand = %d\n", demand));
460
461         /*
462                 2. Make room for at least 'demand' slots
463         */
464         len         = workset_get_length(ws);
465         max_allowed = env->n_regs - demand;
466
467         /* Only make more free room if we do not have enough */
468         if (len > max_allowed) {
469                 // int curr_step = sched_get_time_step(env->instr);
470
471                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "    disposing %d values\n", len - max_allowed));
472
473                 /* get current next-use distance */
474                 for (i = 0; i < ws->len; ++i) {
475                         ir_node *val  = workset_get_val(ws, i);
476                         unsigned dist = get_curr_distance(bi, val, is_usage);
477                         workset_set_time(ws, i, dist);
478                 }
479
480                 /* sort entries by increasing nextuse-distance*/
481                 workset_sort(ws);
482
483                 /* kill the last 'demand' entries in the array */
484                 workset_set_length(ws, max_allowed);
485         }
486
487         /*
488                 3. Insert the new values into the workset
489                    Also, we update the pressure in the block info.
490                    That is important for the global pass to decide
491                    how many values can live through the block.
492         */
493         for (i = 0; i < demand; ++i)
494                 workset_insert(env, env->ws, to_insert[i]);
495
496         bi->pressure = MAX(bi->pressure, workset_get_length(env->ws));
497
498 }
499
500 /**
501  * For the given block @p block, decide for each values
502  * whether it is used from a register or is reloaded
503  * before the use.
504  */
505 static void belady(ir_node *block, void *data) {
506         belady_env_t *env        = data;
507         block_info_t *block_info = new_block_info(env, block);
508         void *obst_state         = obstack_base(&env->ob);
509
510         workset_t *new_vals;
511         ir_node *irn;
512         int iter;
513
514         DBG((dbg, DBG_WSETS, "Processing %+F...\n", block_info->bl));
515         new_vals = new_workset(env, &env->ob);
516         workset_clear(env->ws);
517
518         /* build the next use information for this block. */
519         build_next_uses(block_info);
520
521         env->instr_nr = 0;
522         block_info->first_non_in = NULL;
523
524         /* process the block from start to end */
525         sched_foreach(block, irn) {
526                 int i, arity;
527                 assert(workset_get_length(env->ws) <= env->n_regs && "Too much values in workset!");
528
529                 /* projs are handled with the tuple value.
530                  * Phis are no real instr (see insert_starters())
531                  * instr_nr does not increase */
532                 if (is_Proj(irn) || is_Phi(irn)) {
533                         DBG((dbg, DBG_DECIDE, "  ...%+F skipped\n", irn));
534                         continue;
535                 }
536                 DBG((dbg, DBG_DECIDE, "  ...%+F\n", irn));
537
538                 if (!block_info->first_non_in)
539                         block_info->first_non_in = irn;
540
541                 /* set instruction in the workset */
542                 env->instr = irn;
543
544                 /* allocate all values _used_ by this instruction */
545                 workset_clear(new_vals);
546                 for(i = 0, arity = get_irn_arity(irn); i < arity; ++i) {
547                         workset_insert(env, new_vals, get_irn_n(irn, i));
548                 }
549                 displace(block_info, new_vals, 1);
550
551                 /*
552                  * set all used variables to the next use in their next_use_t list
553                  * Also, kill all dead variables from the workset. They are only
554                  * augmenting the pressure. Note, that a variable is dead
555                  * if it has no further use in this block and is *not* live end
556                  */
557                 for(i = 0, arity = get_irn_arity(irn); i < arity; ++i) {
558                         ir_node *op = get_irn_n(irn, i);
559                         next_use_t *use = get_current_use(block_info, op);
560
561                         assert(use);
562                         if (!use->next && !be_is_live_end(env->lv, block, op))
563                                 workset_remove(env->ws, op);
564
565                         advance_current_use(block_info, op);
566                 }
567
568                 /* allocate all values _defined_ by this instruction */
569                 workset_clear(new_vals);
570                 if (get_irn_mode(irn) == mode_T) { /* special handling for tuples and projs */
571                         const ir_edge_t *edge;
572
573                         foreach_out_edge(irn, edge) {
574                                 ir_node *proj = get_edge_src_irn(edge);
575                                 workset_insert(env, new_vals, proj);
576                         }
577                 } else {
578                         workset_insert(env, new_vals, irn);
579                 }
580                 displace(block_info, new_vals, 0);
581
582                 env->instr_nr++;
583         }
584
585         phase_free(&block_info->next_uses);
586         obstack_free(&env->ob, obst_state);
587
588         /* Remember end-workset for this block */
589         block_info->ws_end = workset_clone(env, &env->ob, env->ws);
590         DBG((dbg, DBG_WSETS, "End workset for %+F:\n", block));
591         workset_foreach(block_info->ws_end, irn, iter)
592                 DBG((dbg, DBG_WSETS, "  %+F (%u)\n", irn, workset_get_time(block_info->ws_end, iter)));
593         DBG((dbg, DBG_WSETS, "Max pressure in block: %d\n", block_info->pressure));
594 }
595
596 /*
597  _____ _                  _       _           _   ____            _
598 |_   _| |__   ___    __ _| | ___ | |__   __ _| | |  _ \ __ _ _ __| |_
599   | | | '_ \ / _ \  / _` | |/ _ \| '_ \ / _` | | | |_) / _` | '__| __|
600   | | | | | |  __/ | (_| | | (_) | |_) | (_| | | |  __/ (_| | |  | |_
601   |_| |_| |_|\___|  \__, |_|\___/|_.__/ \__,_|_| |_|   \__,_|_|   \__|
602                     |___/
603
604 */
605
606 static int block_freq_gt(const void *a, const void *b)
607 {
608         const ir_node * const *p = a;
609         const ir_node * const *q = b;
610         block_info_t *pi = get_block_info(*p);
611         block_info_t *qi = get_block_info(*q);
612         double diff = qi->exec_freq - pi->exec_freq;
613         return (diff > 0) - (diff < 0);
614 }
615
616 typedef struct _block_end_state_t {
617         ir_node *bl;
618         ir_node *irn;
619         double costs;
620         workset_t *end_state;
621         unsigned reload_at_end : 1;
622         unsigned live_through  : 1;
623 } block_end_state_t;
624
625 typedef struct _global_end_state_t {
626         belady_env_t *env;
627         bitset_t *succ_phis;
628         struct obstack obst;
629         block_end_state_t *end_info;
630         unsigned gauge;
631         unsigned version;
632 } global_end_state_t;
633
634 typedef struct {
635         void *obst_level;
636         unsigned gauge;
637 } rollback_info_t;
638
639 static INLINE rollback_info_t trans_begin(global_end_state_t *ges)
640 {
641         rollback_info_t rb;
642         rb.obst_level = obstack_base(&ges->obst);
643         rb.gauge      = ges->gauge;
644         return rb;
645 }
646
647 static INLINE void trans_rollback(global_end_state_t *ges, rollback_info_t *rb)
648 {
649         ges->gauge = rb->gauge;
650         obstack_free(&ges->obst, rb->obst_level);
651 }
652
653 static block_end_state_t *get_block_end_state(global_end_state_t *state, ir_node *bl, ir_node *irn)
654 {
655         unsigned i;
656
657         for (i = 0; i < state->gauge; ++i) {
658                 block_end_state_t *bei = &state->end_info[i];
659                 if (bei->bl == bl && bei->irn == irn)
660                         return bei;
661         }
662
663         {
664                 block_info_t *bi = get_block_info(bl);
665                 block_end_state_t *curr;
666
667                 /* make sure we have room in the array */
668                 ARR_EXTO(block_end_state_t, state->end_info, (int) state->gauge);
669
670                 curr = &state->end_info[state->gauge];
671
672                 memset(curr, 0, sizeof(curr[0]));
673                 curr->bl  = bl;
674                 curr->irn = irn;
675                 curr->end_state = workset_clone(state->env, &state->obst, bi->ws_end);
676                 curr->costs = -1.0;
677                 ++state->gauge;
678                 return curr;
679         }
680 }
681
682 static double can_bring_in(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, double limit, int level);
683
684 static double can_make_available_at_end(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, double limit, int level)
685 {
686         block_end_state_t *bes = get_block_end_state(ges, bl, irn);
687         workset_t *end         = bes->end_state;
688         block_info_t *bi       = get_block_info(bl);
689         int n_regs             = bi->bel->n_regs;
690         int index;
691
692         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dcan make avail %+F at end of %+F (pressure %d)\n",
693                                 level, irn, bl, bi->pressure));
694
695         /*
696          * to make the value available at end,
697          * we have several cases here.
698          *
699          * - we already visited that block.
700          * - If the value is in the final end set, return 0.
701          *   somebody else already allocated it there.
702          * - If not and the final end set is already full,
703          *   we cannot make the value available at the end
704          *   of this block. return INFINITY.
705          * - Else (value not in final end set and there is room):
706          *   1) The value is in a register at the end of the local Belady pass.
707          *      Allocate a slot in  the final end set and return 0.
708          *   2) The value is not in the Belady end set:
709          *      If the block's capacity is < k then check what it costs
710          *      to transport the value from upper blocks to this block.
711          *      Compare that against the reload cost in this block. If
712          *      cheaper, do the other thing. If not, reload it here.
713          */
714
715         /*
716          * we have been here before and already figured out some costs.
717          * so we can exit safely.
718          */
719         if (bes->costs >= 0.0) {
720                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dwe\'ve been here before\n", level));
721                 goto end;
722         }
723
724         /* if the end set contains it already, it is in a reg and it costs nothing
725          * to load it to one. */
726         index = workset_get_index(end, irn);
727         if (index >= 0) {
728                 unsigned ver = end->vals[index].version;
729                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dnode is in the end set and is %s fixed\n",
730                                         level, ver > ges->version ? "already" : "not yet"));
731
732                 /*
733                  * if the version is older, the value is already fixed
734                  * and cannot be removed from the end set. If not,
735                  * we fix it here by giving it our version.
736                  */
737                 if (ver < ges->version)
738                         end->vals[index].version = ges->version;
739
740                 bes->costs = 0.0;
741                 goto end;
742         }
743
744         /*
745          * Now we have two options:
746          * 1) Reload the value at the end of the block.
747          *    Therefore, perhaps, we have to erase another one from the workset.
748          *    This may only be done if it has not been fixed.
749          *    Since fixed means that a previous pass has decided that that value
750          *    *has* to stay in the end set.
751          * 2) we can try, if the capacity of the block allows it, to let
752          *    the value live through the block and make it available at
753          *    the entrance.
754          *
755          * First, we test the local (reload in this block) alternative
756          * and compare against the other alternative.
757          * Of course, we chose the cheaper one.
758          */
759
760         {
761                 int len = workset_get_length(end);
762                 int slot = -1;
763                 int i;
764
765                 bes->costs = HUGE_VAL;
766
767                 /*
768                  * look if there is room in the end array
769                  * for the variable. Note that this does not
770                  * means that the var is living through the block.
771                  * There is just room at the *end*
772                  */
773                 if (len < n_regs) {
774                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dthe end set has %d free slots\n",
775                                                 level, n_regs - len));
776                         slot = len;
777                 } else {
778                         for (i = 0; i < len; ++i)
779                                 if (end->vals[i].version < ges->version)
780                                         break;
781
782                         if (i < len) {
783                                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D%+F (slot %d) can be erased from the end set\n",
784                                                         level, end->vals[i].irn, i));
785                                 slot = i;
786                         }
787                 }
788
789                 if (slot >= 0) {
790                         rollback_info_t rb  = trans_begin(ges);
791                         ir_node *ins_before = block_info_get_last_ins(bi);
792                         double reload_here  = be_get_reload_costs(bi->bel->senv, irn, ins_before);
793                         double new_limit    = MIN(reload_here, limit);
794                         double bring_in     = bi->pressure < n_regs ? can_bring_in(ges, bl, irn, new_limit, level + 1) : HUGE_VAL;
795
796                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dthere is a free slot. capacity=%d, reload here=%f, bring in=%f\n",
797                                                 level, n_regs - bi->pressure, reload_here, bring_in));
798
799                         /*
800                          * reloading here pays off; bringing the value in from elsewhere
801                          * is too expensive, hence we drop that search by resetting
802                          * the gauge.
803                          */
804                         if (reload_here <= bring_in) {
805                                 trans_rollback(ges, &rb);
806                                 bes->costs = reload_here;
807                                 bes->reload_at_end = 1;
808                         } else {
809                                 bes->live_through = 1;
810                                 bes->costs = bring_in;
811                         }
812
813                         end->vals[slot].irn     = irn;
814                         end->vals[slot].version = ges->version;
815                         end->len = MAX(end->len, slot + 1);
816                 }
817         }
818
819 end:
820         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D-> %f\n", level, bes->costs));
821         return bes->costs;
822 }
823
824 static double can_bring_in(global_end_state_t *ges, ir_node *bl, ir_node *irn, double limit, int level)
825 {
826         double glob_costs = HUGE_VAL;
827
828         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2Dcan bring in for %+F at block %+F\n", level, irn, bl));
829
830         if (is_transport_in(bl, irn)) {
831                 int i, n           = get_irn_arity(bl);
832                 ir_node **nodes    = alloca(get_irn_arity(bl) * sizeof(nodes[0]));
833                 rollback_info_t rb = trans_begin(ges);
834
835
836                 glob_costs = 0.0;
837                 for (i = 0; i < n; ++i) {
838                         ir_node *pr = get_Block_cfgpred_block(bl, i);
839                         ir_node *op = is_local_phi(bl, irn) ? get_irn_n(irn, i) : irn;
840                         double c    = can_make_available_at_end(ges, pr, op, limit, level + 1);
841
842                         glob_costs += c;
843
844                         if (glob_costs >= limit) {
845                                 glob_costs = HUGE_VAL;
846                                 trans_rollback(ges, &rb);
847                                 goto end;
848                         }
849                 }
850         }
851
852 end:
853         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t%2D-> %f\n", level, glob_costs));
854         return glob_costs;
855 }
856
857 static void materialize_and_commit_end_state(global_end_state_t *ges)
858 {
859         belady_env_t *env = ges->env;
860         unsigned i;
861
862         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\tmaterializing\n"));
863         for (i = 0; i < ges->gauge; ++i) {
864                 block_end_state_t *bes = &ges->end_info[i];
865                 block_info_t *bi       = get_block_info(bes->bl);
866                 int idx, end_pressure;
867
868                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\t%+F in %+F, cost %f through: %d, rel: %d\n",
869                                 bes->irn, bes->bl, bes->costs, bes->live_through, bes->reload_at_end));
870
871                 /* insert the reload if the val was reloaded at the block's end */
872                 if (bes->reload_at_end) {
873                         be_add_reload_at_end(env->senv, bes->irn, bes->bl, env->cls, 1);
874                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\tadding reload of %+F at end of %+F\n", bes->irn, bes->bl));
875                 }
876
877                 idx = workset_get_index(bes->end_state, bes->irn);
878
879                 if (is_local_phi(bes->bl, bes->irn) && bes->live_through)
880                         bitset_add_irn(ges->succ_phis, bes->irn);
881
882                 /*
883                  * set the version number in the workset.
884                  * That will mark this value as fixed in the end set
885                  * and will prevent further investigations from removing
886                  * it from there.
887                  * Also "commit" the workset;
888                  * by copying it back to the block's end workset.
889                  */
890                 if (idx >= 0) {
891                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\tcommiting workset of %+F with version %x\n", bes->bl, ges->version));
892                         bes->end_state->vals[idx].version = ges->version;
893                         workset_copy(env, bi->ws_end, bes->end_state);
894                 }
895
896                 end_pressure = 0;
897                 for (idx = workset_get_length(bes->end_state) - 1; idx >= 0; --idx)
898                         if (bes->end_state->vals[idx].version >= ges->version)
899                                 end_pressure += 1;
900
901                 /*
902                  * if the variable is live through the block,
903                  * update the pressure indicator.
904                  */
905                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\t\told pressure %d, ", bi->pressure));
906
907                 bi->pressure = MAX(bi->pressure + bes->live_through, end_pressure);
908
909                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "new pressure: %d, end pressure: %d, end length: %d\n",
910                                         bi->pressure, end_pressure, workset_get_length(bes->end_state)));
911
912         }
913 }
914
915 /**
916  * Examine all irns which shall be in regs at the beginning of the
917  * block.
918  */
919 static void fix_block_borders(global_end_state_t *ges, ir_node *block) {
920         block_info_t *bi  = get_block_info(block);
921         belady_env_t *env = ges->env;
922
923         ir_node *irn;
924         int i;
925
926         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "fixing block borders at %+F (%f)\n", block, bi->exec_freq));
927
928         /* process all variables which shall be in a reg at
929          * the beginning of the block in the order of the next use. */
930         workset_foreach(bi->entrance_reg, irn, i) {
931                 double local_costs = be_get_reload_costs(env->senv, irn, bi->first_non_in);
932                 double bring_in_costs;
933
934                 /* reset the gauge and create a new version. */
935                 ges->gauge    = 0;
936                 ges->version -= 1;
937
938                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\ttrans in var %+F, version %x\n", irn, ges->version));
939
940                 bring_in_costs = can_bring_in(ges, block, irn, local_costs, 1);
941
942                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\tbring in: %f, local: %f", bring_in_costs, local_costs));
943
944                 /*
945                  * we were not able to let the value arrive
946                  * in a register at the entrance of the block
947                  * or it is too costly, so we have to do the reload locally
948                  */
949                 if (bring_in_costs >= local_costs) {
950                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, " -> do local reload\n"));
951                         be_add_reload(env->senv, irn, bi->first_non_in, env->cls, 1);
952                 } else {
953                         /*
954                          * if the transport-in was a phi (that is actually used in block)
955                          * it will no longer remain and we have to spill it completely.
956                          */
957                         if (is_local_phi(block, irn))
958                                 bitset_add_irn(ges->succ_phis, irn);
959
960                         DBG((dbg, DBG_GLOBAL, " -> do remote reload\n"));
961                         materialize_and_commit_end_state(ges);
962                 }
963
964                 DBG((dbg, DBG_GLOBAL, "\n"));
965         }
966 }
967
968 static void global_assign(belady_env_t *env)
969 {
970         global_end_state_t ges;
971         int i;
972
973         obstack_init(&ges.obst);
974         ges.gauge     = 0;
975         ges.env       = env;
976         ges.version   = -1;
977         ges.end_info  = NEW_ARR_F(block_end_state_t, env->n_blocks);
978         ges.succ_phis = bitset_irg_obstack_alloc(&env->ob, env->irg);
979
980         /*
981          * sort the blocks according to execution frequency.
982          * That's not necessary for belady() but for the global pass later on.
983          */
984         qsort(env->blocks, env->n_blocks, sizeof(env->blocks[0]), block_freq_gt);
985
986         for (i = 0; i < env->n_blocks; ++i)
987                 fix_block_borders(&ges, env->blocks[i]);
988
989         /*
990          * Now we spill phis which cannot be kept since they were replaced
991          * by reloads at the block entrances.
992          */
993         for (i = 0; i < env->n_blocks; ++i) {
994                 ir_node *bl = env->blocks[i];
995                 ir_node *irn;
996
997                 sched_foreach(bl, irn) {
998                         if (!is_Phi(irn))
999                                 break;
1000
1001                         if (arch_irn_consider_in_reg_alloc(env->arch, env->cls, irn)
1002                                         && !bitset_contains_irn(ges.succ_phis, irn))
1003                                 be_spill_phi(env->senv, irn);
1004                 }
1005         }
1006
1007         DEL_ARR_F(ges.end_info);
1008 }
1009
1010 static void collect_blocks(ir_node *bl, void *data)
1011 {
1012         belady_env_t *env = data;
1013         ++env->n_blocks;
1014         obstack_ptr_grow(&env->ob, bl);
1015 }
1016
1017 void be_spill_belady_spill_env2(be_irg_t *birg, const arch_register_class_t *cls, spill_env_t *spill_env) {
1018         ir_graph *irg = be_get_birg_irg(birg);
1019         belady_env_t env;
1020         int i, n_regs;
1021
1022         /* some special classes contain only ignore regs, nothing to do then */
1023         n_regs = cls->n_regs - be_put_ignore_regs(birg, cls, NULL);
1024         if(n_regs == 0)
1025                 return;
1026
1027         be_clear_links(irg);
1028
1029         /* init belady env */
1030         obstack_init(&env.ob);
1031         env.irg       = irg;
1032         env.arch      = birg->main_env->arch_env;
1033         env.cls       = cls;
1034         env.lv        = be_get_birg_liveness(birg);
1035         env.n_regs    = n_regs;
1036         env.ws        = new_workset(&env, &env.ob);
1037         env.senv      = spill_env ? spill_env : be_new_spill_env(birg);
1038         env.ef        = be_get_birg_exec_freq(birg);
1039         env.n_blocks  = 0;
1040
1041         irg_block_walk_graph(irg, NULL, collect_blocks, &env);
1042         obstack_ptr_grow(&env.ob, NULL);
1043         env.blocks = obstack_finish(&env.ob);
1044
1045         /* Fix high register pressure in blocks with belady algorithm */
1046         for (i = 0; i < env.n_blocks; ++i)
1047                 belady(env.blocks[i], &env);
1048
1049         global_assign(&env);
1050
1051         /* Insert spill/reload nodes into the graph and fix usages */
1052         be_insert_spills_reloads(env.senv);
1053
1054         /* clean up */
1055         if(spill_env == NULL)
1056                 be_delete_spill_env(env.senv);
1057
1058         obstack_free(&env.ob, NULL);
1059 }
1060
1061
1062 /**
1063  * Do spilling for a register class on a graph using the belady heuristic.
1064  * In the transformed graph, the register pressure never exceeds the number
1065  * of available registers.
1066  *
1067  * @param birg  The backend graph
1068  * @param cls   The register class to spill
1069  */
1070 static void be_spill_belady(be_irg_t *birg, const arch_register_class_t *cls) {
1071         be_spill_belady_spill_env2(birg, cls, NULL);
1072 }
1073
1074
1075 void be_init_spillbelady2(void)
1076 {
1077         static be_spiller_t belady_spiller = {
1078                 be_spill_belady
1079         };
1080
1081         be_register_spiller("belady2", &belady_spiller);
1082         FIRM_DBG_REGISTER(dbg, "firm.be.spill.belady2");
1083 }
1084
1085 BE_REGISTER_MODULE_CONSTRUCTOR(be_init_spillbelady2);