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