LLVM introduction
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本文探讨了LLVM作为低级虚拟机的作用及其在现代编译器技术中的应用，包括支持多种编程语言和硬件架构的特性。LLVM的框架使得编译器的创建和优化变得更高效，并在虚拟化和图形处理等领域得到了广泛应用。文中还提到了一些基于LLVM的项目，如Clang和Dalvik VM等，展示了LLVM在软件开发中的重要性和未来潜力。
![gcc llvm-gcc
%tmp2 = sub i32 %tmp1, 1
; <i32> [#uses=1]
%tmp3 = call i32 (...)* bitcast (i32 (i32)* @fib to
i32 (...)*)(...)
%tmp2 ) nounwind ; <i32> [#uses=1]
.bc (LLVM
BitCode)
llvm-gcc -emit-llvm](https://image.slidesharecdn.com/llvm-intro-100406023719-phpapp01/85/LLVM-introduction-25-320.jpg)
![(VM 之 ) 道在屎溺
Shader / Raytracing (OpenGL/DirectX)
Web Browser / Adobe Flash
Android Dalvik VM
...
手法：
➔
JIT : Just-In-Time (Jizz In [My Pants]Time?!) compiler
➔
IR to backend translation / code generation
「你想要的，
LLVM 都給你！」](https://image.slidesharecdn.com/llvm-intro-100406023719-phpapp01/85/LLVM-introduction-31-320.jpg)
LLVM introduction
- 1. 身騎 LLVM ，過三關 淺談編譯器技術的嶄新應用 Jim Huang ( 黃敬群 ) “jserv” website: http://jserv.sayya.org/ blog: http://blog.linux.org.tw/jserv/ May 5, 2009 @ TOSSUG
- 2. 姊妹議程： 〈窮得只剩下 Compiler 〉 OOSDC.tw 2009 http://www.slideshare.net/jserv/what-can-compilers-do-for-us
- 4. 公孫龍子：「白馬非馬」 「馬」 指的是馬的形態，「白馬」指的是馬的顏色， 而形態不等於顏色，所以白馬不是馬 LLVM 不是 VM ，也不只是 Compiler http://p5.p.pixnet.net/albums/userpics/5/8/270458/1208944435.jpg
- 5. 編譯器技術領導的時代 運算模式已大幅改觀 Framework-driven SIMD/vectorization, Cell, muticore/SMP, ... 虛擬化 (Virtualization) 技術的時代：更多元、 更安全、更有效率地使用硬體 資訊技術的雜交 (cross-over) LLVM 正夯！
- 6. 提綱 Compiler 大不同：走向 Binary translation, virtualization, JIT/VM 等嶄新的應用模式 LLVM 簡介 虛擬指令集 /IR 高度整合的編譯器技術元件 (analyzer, code emitter/generator, JIT compiler, GC) 完整的工具集合 (assembler, debugger, linker) 技術展示 (from 0xlab) 淺談開發趨勢
- 7. 隱藏在我們周遭的編譯器 Java/.Net( 虛擬機器 +Just-In-Time compiler) 網路瀏覽器 Mozilla/Firefox (ActionMonkey/Tamarin) WebKit (SquirrelFish) Google Chrome (V8 engine) Web 應用程式： JSP/Servlet, SilverLight/.Net 手機平台： Java ME, Android, iPhone 繪圖軟體： Adobe PixelBender, Shader 3D 高品質圖形處理： Gallium3D / OpenGL / Direct3D Apple Inc. 是 LLVM 開發最主要的贊助廠商，僱用 Chris Lattner
- 8. 多才多藝的 LLVM
- 9. 「快快樂樂寫 Compiler 」 遜！
- 10. 「快快樂樂玩 Compiler 」 讓 LLVM 拉你一把
- 11. LLVM = Low Level Virtual Machine 三特性、三元素、三頭六臂
- 12. LLVM = Low Level Virtual Machine 此 VM 非彼 VM “LLVM does not imply things that you would expect from a high-level virtual machine. It does not require garbage collection or run-time code generation (In fact, LLVM makes a great static compiler!). Note that optional LLVM components can be used to build high-level virtual machines and other systems that need these services.” http://www.llvm.org/
- 13. LLVM 三大特性 Low-Level VM 完整的編譯器基礎建設 可重用的、用以建構編譯器的軟體元件 (compiler compiler 顯然不足以應付 ) 允許更快更完整的打造新的編譯器 static compiler, JIT, trace-based optimizer, ... 開放的編譯器框架 多種程式語言支援 高彈性的自由軟體授權模式 (BSD License) 豐富的編譯輸出： C, machine code (Alpha, ARM, x86, Sparc, PowerPC, Cell SPU, 台灣心 Andes Core)
- 14. LLVM 三大元件 RISC 式虛擬指令集 (instruction set) 多種語言適用、與硬體架構無關的 IR(Intermediate Representation) 完整的高度整合函式庫與編譯器服務 Analyses, optimizations, code generators, JIT compiler, garbage collection support, profiling, … 豐富的工具集 Assemblers, automatic debugger, linker, code generator, compiler driver, modular optimizer, …
- 15. RISC 式虛擬指令集 (instruction set) 完整的高度整合函式庫與編譯器服務 豐富的工具集
- 16. LLVM 的 Low-Level VM IR 是 Compiler 的心臟 RISC 式虛擬指令集 (instruction set) 約 50 個 opcedes 豐富的 Intrinsic Function:llvm.* SSA (Static Single Assignment Form) 作為程式語言優化的基礎 允許整體的優化 Offline code generation and optimization Install-time target-specific optimization Link-Time interprocedural Optimization (LTO) whole program analysis User-based profiling and optimization run-time & idle time
- 17. LLVM 的 Low-Level VM IR 是 Compiler 的心臟 RISC 式虛擬指令集 (instruction set) SSA (Static Single Assignment Form) 允許整體的優化
- 18. LLVM: 三頭六臂
- 19. Frontend LLVM IR Backend
- 20. Frontend LLVM IR Backend
- 24. C file llvmgcc .o file C++ file llvmg++ .o file C to LLVM Compile-time C++ to LLVM Compile-time Frontend Optimizer Frontend Optimizer “cc1” “gccas” “cc1plus” “gccas” LLVM IR LLVM LLVM Analysis & LLVM .bc Parser Verifier Optimization Passes File Writer Modified version of GCC Modified version of G++ Emits LLVM IR as text file Emits LLVM IR as text file Lowers C AST to LLVM Lowers C++ AST to LLVM Dead Global Elimination, IP Constant Propagation, Dead Argument Elimination, Inlining, Reassociation, LICM, Loop Opts, Memory Promotion, Dead Store Elimination, ADCE, …
- 25. gcc llvm-gcc %tmp2 = sub i32 %tmp1, 1 ; <i32> [#uses=1] %tmp3 = call i32 (...)* bitcast (i32 (i32)* @fib to i32 (...)*)(...) %tmp2 ) nounwind ; <i32> [#uses=1] .bc (LLVM BitCode) llvm-gcc -emit-llvm
- 26. 等等，頭暈了 LLVM 到底能作 什麼？ 這是一個到處都有虛擬機器 (VM) 的時代
- 28. ↑JavaScript + DHTML (JavaVM Implementation) ↓Java ME
- 30. It works on iPhone! But you can't control because iphone has no keyboard;(
- 31. (VM 之 ) 道在屎溺 Shader / Raytracing (OpenGL/DirectX) Web Browser / Adobe Flash Android Dalvik VM ... 手法： ➔ JIT : Just-In-Time (Jizz In [My Pants]Time?!) compiler ➔ IR to backend translation / code generation 「你想要的， LLVM 都給你！」
- 32. 編譯器流程 ::JIT AST compiler checker .c .c exe exe .c .c exe exe .c .c exe exe 程式碼的編譯與生成 執行、評估，與驗證 建立 IR 載入必要的函式庫 連結程式模組 Optimizations + Transforms codegen 32
- 33. 當 LLVM 煞到 OpenGL Shader 動態編譯器就在眼前
- 34. Pixel shader PouetLink: www.pouet.net/prod.php?which=50865 Cocoon website: cocoon.planet-d.net
- 35. 3D/Shader 的考量點 光 反射 移動的演算法 Reyes(scanline,polygon) Raytracing 可引入 SIMD 優化
- 36. surface push N matte(float Ka = 1.0; float Kd = 1.1;) normalize { push I normal Nf = faceforward( faceforward normalize(N), I); ... Oi = Os; Ci = Os * Cs * (Ka * ambient() + Kd * diffuse(Nf)); }
- 37. surface push N matte(float Ka = 1.0; float Kd = 1.1;) normalize { push I normal Nf = faceforward( faceforward normalize(N), I); ... Oi = Os; Ci = Os * Cs * (Ka * ambient() + Kd * diffuse(Nf)); } Raytracing 的難題 無法善用 SIMD 運算相依性高且繁瑣 需要動態調整快速運算 的路徑
- 38. Specialize 以 color space 轉換來說，相當大量 且繁瑣的運算，如 技巧 BGRA 444R --> RGBA 8888 Speedup depends on src/dest format: – 5.4x speedup on average, 19.3x max speedup: (13.3MB/s to 257.7MB/s)
- 40. Mandelbort 碎形運算透過 LLVM JIT 後， 提昇效能達到 11 倍
- 41. LLVM 與繪圖處理的應用 手機平台： Android PixelFlinger 繪圖軟體： Adobe PixelBender, Shader 3D 高品質圖形處理： Gallium3D / OpenGL
- 43. 當 LLVM 煞到 Adobe Flash 安全多元的享受 C/C++ 的美好
- 44. 有時，你不會想看到遙遙 ... ( 不安全、不舒服的 C 語言 )
- 45. 「可是，男人都想要當 慣C」 承認吧，慣 C 有很多好處，所以 Adobe 建立 Alchemy(FlaCC) 專案 當然啦，慣 C 的風險也很高 「學長，我不敢修電腦」 虛擬機器： AVM2
- 46. Adobe Alchemy 實驗性的 LLVM Backend LLVM → ABC (ActionScript ByteCode) ABC 類似精簡的 x86 指令集 提供 POSIX 模擬層與完整的 BSD libc + GNU ISO C++ library 足以執行若干重要的應用程式
- 47. 背景知識 from Adobe, Mozilla, and Tamarin http://hecker.org/mozilla/adobe-mozilla-and-tamarin Flash player 9 在 AVM2 內建 JIT-based VM Tamarin 由 Adobe 捐贈予 Mozilla Flash player 9 = AVM2 + graphics, musics, videos, networking, etc components ActionScript 3.0 (Flash 5 對 ActionScript 的稱呼 ) JavaScript 的姊妹規格 參考 ECMAScript 4 (ECMA-262) Free Flex 2. SDK (foo.as -> foo.swf) Flash player 9 內部具備 ABC 執行引擎
- 48. Tamarin ECMAScript version 4 (ES4) 的高速實做 Tamarin VM, Mozilla, JavaScript, SpiderMonkey, Adobe Flash Player, AVM AVMPlus AVMPlus (VM library), MMgc (garbage collection library), avmplus Avmplus, ABC, JIT Adobe Flex 2 SDK includes ASC (ActionScript Compiler)
- 52. 當 LLVM 煞到 Android 安全多元的享受 C/C++ 的美好
- 53. 0xlab LLVM hacks 實驗性的 LLVM Backend LLVM → Android Dalvik bytecode (DEX) 仿效 Adobe Alchemy ，目標平台則是 DalvikVM 提供 C/C++ 原始碼 → LLVM → DEX bytecode 的執行環境，無 JNI (Java Native Interface) 介入 「我只會寫 Java VM ，不會寫 Java 應用程式」，宅色夫 (2005)
- 56. 技術大融通 與 未來展望 「你的時代到了！」 LLVM 一統天下
- 57. LLVM 的時代到了！ clang: 嶄新的 C/C++/Objective-C 語言前端 vmkit: Java/.Net 虛擬機器 llvm + OpenGL Sun OpenJDK → RedHat Zero/Shark Trident: VHDL compiler for FPGA llvmruby, yarv2llvm, RubyComp, MacRuby PyPy, Google unladen-Swallow HLVM: Haskell, Ocaml, ...
- 58. 自由軟體編譯器技術的一統標準已定！ 多元的整合，如 clang 可作為 static compiler ，亦可挪用為 JIT compiler 技術集中，創意多元
- 59. 參考資料 〈 LLVM and Clang: Next Generation Compiler Technology 〉 , Chris Lattner BSDCan 2008 《美麗程式》 (Beautiful Code), O'Reilly 第八章〈動態產生影像處理程式〉 LLVM – http://www.llvm.org/ Projects built with LLVM – http://www.llvm.org/ProjectsWithLLVM/ Open LLVM Projects – http://www.llvm.org/OpenProjects.html
- 60. UI customizing Platform Builder 三個願望一次滿足 一系列的自由軟體 四月 27 日開張 Device Potential ( 42710=0x1ab ) http://0xlab.org 感謝您！