Low Level Virtual Machine
 | |
| Разработчик |
LLVM Developer Group |
|---|---|
| Лицензия |
[opensource.org/licenses/NCSA University of Illinois/NCSA Open Source License] |
Low Level Virtual Machine (LLVM) — универсальная система анализа, трансформации и оптимизации программ, реализующая виртуальную машину с RISC-подобными инструкциями. Может использоваться как оптимизирующий компилятор этого байткода в машинный код для различных архитектур, либо для его интерпретации и JIT-компиляции (для некоторых платформ).
В рамках проекта LLVM был разработан фронтенд Clang для языков C, C++ и Objective-C, транслирующий исходные коды в байткод LLVM и позволяющий использовать LLVM в качестве полноценного компилятора.
Для LLVM создано несколько фронтендов, в том числе сторонними разработчиками, которые позволяют компилировать программы, написанные на языках С, C++, C#[1], D, Objective-C, Fortran, Ada, Haskell, Java, Python, Ruby, JavaScript, GLSL. Ранее также была подготовлена версия GCC, транслирующая программы в байт-код llvm. В Glasgow Haskell Compiler также реализована компиляция посредством llvm.
Существует множество программ и проектов, использующих инфраструктуру LLVM для генерации машинного кода.
Содержание
История
История LLVM началась в 2000 году в Университете Иллинойса. В настоящее время LLVM используется, в том числе, в компаниях Adobe, Apple и Google. В частности, на LLVM основана подсистема OpenGL в Mac OS X 10.5, а iPhone SDK использует препроцессор (фронтенд) GCC с бэкэндом на LLVM. Apple и Google являются одними из основных спонсоров проекта, а вдохновитель LLVM — Крис Латтнер — теперь работает в Apple.
Особенности
В основе LLVM лежит промежуточное представление кода (Intermediate Representation, IR), над которым можно производить трансформации во время компиляции, компоновки и выполнения. Из этого представления генерируется оптимизированный машинный код для целого ряда платформ, как статически, так и динамически (JIT-компиляция). LLVM 3.6 поддерживает статическую генерацию кода для x86, x86-64, ARM, PowerPC, SPARC, MIPS, Qualcomm Hexagon, NVPTX, SystemZ, Xcore. JIT-компиляция (генерация машинного кода во время исполнения) поддержана для архитектур x86, x86_64, PowerPC, MIPS, SystemZ, и частично ARM[2].
LLVM написана на C++ и портирована на большинство UNIX-подобных систем и Windows. Система имеет модульную структуру, отдельные её модули могут быть встроены в различные программные комплексы, она может расширяться дополнительными алгоритмами трансформации и кодогенераторами для новых аппаратных платформ.
В LLVM включена обёртка API для OCaml.
Платформы
LLVM поддерживает работу на следующих платформах:
| Операционная система | Архитектура | Компилятор |
|---|---|---|
| FreeBSD | x86 | GCC, Clang |
| FreeBSD | AMD64 | GCC, Clang |
| Linux | AMD64 | GCC, Clang |
| Linux | x86 | GCC, Clang |
| Mac OS X | PowerPC | GCC |
| Mac OS X | x86 | GCC, Clang |
| Solaris | UltraSPARC | GCC |
| Cygwin/Win32 | x86 | GCC 3.4.X, Binutils 2.15 |
| MinGW/Win32 | x86 | GCC 3.4.X, Binutils 2.15 |
LLVM имеет частичную поддержку следующих платформ:
| Операционная система | Архитектура | Компилятор |
|---|---|---|
| Windows | x86 | MSVC |
| AIX | PowerPC | GCC |
| Linux | PowerPC | GCC |
Типы данных
Простые типы
| Целые числа произвольной разрядности | iразрядность |
|
| ||
| Числа с плавающей точкой | float, double, типы, специфичные для конкретной платформы (например, x86_fp80) | |
| Пустое значение | void | |
Производные типы
| Указатели | тип* | i32* — указатель на 32-разрядное целое |
| Массивы | [число элементов x тип] |
|
| Структуры | { i32, i32, double } | |
| Вектор — специальный тип для упрощения SIMD-операций.
Вектор состоит из 2n значений примитивного типа — целого или с плавающей точкой. |
< число элементов x тип > | < 4 x float > — вектор XMM |
| Функции |
|
Система типов рекурсивна, то есть можно использовать многомерные массивы, массивы структур, указатели на структуры и функции и т. д.
Операции
Большинство инструкций в LLVM принимают два аргумента (операнда) и возвращают одно значение (трёхадресный код). Значения определяются текстовым идентификатором. Локальные значения обозначаются префиксом %, а глобальные — @. Локальные значения также называют регистрами, а LLVM — виртуальной машиной с бесконечным числом регистров.
Пример:
%sum = add i32 %n, 5 %diff = sub double %a, %b %z = add <4 x float> %v1, %v2 ; поэлементное сложение %cond = icmp eq %x, %y ; Сравнение целых чисел. Результат имеет тип i1. %success = call i32 @puts(i8* %str)
Тип операндов всегда указывается явно, и однозначно определяет тип результата. Операнды арифметических инструкций должны иметь одинаковый тип, но сами инструкции «перегружены» для любых числовых типов и векторов.
LLVM поддерживает полный набор арифметических операций, побитовых логических операций и операций сдвига, а также специальные инструкции для работы с векторами.
LLVM IR строго типизирован, поэтому существуют операции приведения типов, которые явно кодируются специальными инструкциями. Набор из 9 инструкций покрывает всевозможные приведения между различными числовыми типами: целыми и с плавающей точкой, со знаком и без, различной разрядности и пр. Кроме этого есть инструкции преобразования между целыми и указателями, а также универсальная инструкция для приведения типов bitcast (ответственность за корректность таких преобразований возлагается на программиста).
Память
Помимо значений-регистров, в LLVM есть и работа с памятью. Значения в памяти адресуются типизированными указателями. Обратиться к памяти можно с помощью двух инструкций: load и store.
Например:
%x = load i32* %x.ptr ; загрузить значение типа i32 по указателю %x.ptr %tmp = add i32 %x, 5 ; прибавить 5 store i32 %tmp, i32* %x.ptr ; и положить обратно
Инструкция malloc транслируется в вызов одноимённой системной функции и выделяет память на куче, возвращая значение — указатель определенного типа. В паре с ней идёт инструкция free.
%struct.ptr = malloc { double, double }
%string = malloc i8, i32 %length
%array = malloc [16 x i32]
free i8* %string
Инструкция alloca выделяет память на стеке.
%x.ptr = alloca double ; %x.ptr имеет тип double* %array = alloca float, i32 8 ; %array имеет тип float*, а не [8 x float]!
Память, выделенная alloca, автоматически освобождается при выходе из функции при помощи инструкций ret или unwind.
Операции с указателями
Для вычисления адресов элементов массивов, структур и т. д. с правильной типизацией используется инструкция getelementptr.
%array = alloca i32, i32 %size %ptr = getelementptr i32* %array, i32 %index ; значение типа i32*
getelementptr только вычисляет адрес, но не обращается к памяти. Инструкция принимает произвольное количество индексов и может разыменовывать структуры любой вложенности.
Также существует инструкции extractvalue и insertvalue. Они отличаются от getelementptr тем, что принимают не указатель на агрегатный тип данных (массив или структуру), а само значение такого типа. extractvalue возвращает соответственное значение подэлемента, а insertvalue порождает новое значение агрегатного типа.
%n = extractvalue { i32, [4 x i8*] } %s, 0
%tmp = add i32 %n, 1
%s.1 = insertvalue { i32, [4 x i8*] } %s, i32 %tmp, 0
См. также
- Сравнение областей применения различных виртуальных машин (англ.)
- LibJIT — Библиотека для компиляции «на лету»
Напишите отзыв о статье "Low Level Virtual Machine"
Примечания
Литература
- Андрей Боровский [wiki.linuxformat.ru/wiki/LXF128:LLVM LLVM: Генератор быстрого кода] // LinuxFormat. — Вып. 2010. — № 2 (128). — С. 76-79.
- Bruno Cardoso Lopes, Rafael Auler. Getting Started with LLVM Core Libraries. — Packt Publishing, авг. 2014. — 314 с. — (Community Experience Distilled). — ISBN 978-1-78216-693-1.
- Amy Brown and Greg Wilson (eds.). Chapter 11. LLVM (Chris Lattner) // [www.aosabook.org/en/llvm.html The Architecture of Open Source Applications]. — 2011. — P. 155-170. — 432 p. — ISBN 978-1-257-63801-7. ([rus-linux.net/MyLDP/BOOKS/Architecture-Open-Source-Applications/Vol-1/llvm.html перевод])
- Арпан Сен. [www.ibm.com/developerworks/ru/library/os-createcompilerllvm1/ Создание действующего компилятора с помощью инфраструктуры LLVM. Часть 1]. IBM developerWorks (12.11.2012). Проверено 15 мая 2015., [www.ibm.com/developerworks/ru/library/os-createcompilerllvm2/index.html Часть 2]
- Chris Lattner. [www.drdobbs.com/architecture-and-design/the-design-of-llvm/240001128 The Design of LLVM]. Dr. Dobb’s Journal (May 29, 2012). Проверено 15 мая 2015.
- John Siracusa. [arstechnica.com/apple/2009/08/mac-os-x-10-6/9/ Mac OS X 10.6 Snow Leopard: the Ars Technica review → LLVM and Clang]. Ars Technica (Sep 1, 2009). Проверено 15 мая 2015.
Ссылки
- [llvm.org/ g] — официальный сайт Low Level Virtual Machine
- [llvm.cs.uiuc.edu/ SAFECode]
- [code.google.com/p/libjit-linear-scan-register-allocator/ libJIT Linear Scan Register Allocator]
| ||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Low Level Virtual Machine
После чая Соня увидала робеющую горничную девушку, выжидавшую ее у двери Наташи. Она пропустила ее и, подслушав у двери, узнала, что опять было передано письмо. И вдруг Соне стало ясно, что у Наташи был какой нибудь страшный план на нынешний вечер. Соня постучалась к ней. Наташа не пустила ее.«Она убежит с ним! думала Соня. Она на всё способна. Нынче в лице ее было что то особенно жалкое и решительное. Она заплакала, прощаясь с дяденькой, вспоминала Соня. Да это верно, она бежит с ним, – но что мне делать?» думала Соня, припоминая теперь те признаки, которые ясно доказывали, почему у Наташи было какое то страшное намерение. «Графа нет. Что мне делать, написать к Курагину, требуя от него объяснения? Но кто велит ему ответить? Писать Пьеру, как просил князь Андрей в случае несчастия?… Но может быть, в самом деле она уже отказала Болконскому (она вчера отослала письмо княжне Марье). Дяденьки нет!» Сказать Марье Дмитриевне, которая так верила в Наташу, Соне казалось ужасно. «Но так или иначе, думала Соня, стоя в темном коридоре: теперь или никогда пришло время доказать, что я помню благодеяния их семейства и люблю Nicolas. Нет, я хоть три ночи не буду спать, а не выйду из этого коридора и силой не пущу ее, и не дам позору обрушиться на их семейство», думала она.
Анатоль последнее время переселился к Долохову. План похищения Ростовой уже несколько дней был обдуман и приготовлен Долоховым, и в тот день, когда Соня, подслушав у двери Наташу, решилась оберегать ее, план этот должен был быть приведен в исполнение. Наташа в десять часов вечера обещала выйти к Курагину на заднее крыльцо. Курагин должен был посадить ее в приготовленную тройку и везти за 60 верст от Москвы в село Каменку, где был приготовлен расстриженный поп, который должен был обвенчать их. В Каменке и была готова подстава, которая должна была вывезти их на Варшавскую дорогу и там на почтовых они должны были скакать за границу.
У Анатоля были и паспорт, и подорожная, и десять тысяч денег, взятые у сестры, и десять тысяч, занятые через посредство Долохова.
Два свидетеля – Хвостиков, бывший приказный, которого употреблял для игры Долохов и Макарин, отставной гусар, добродушный и слабый человек, питавший беспредельную любовь к Курагину – сидели в первой комнате за чаем.
В большом кабинете Долохова, убранном от стен до потолка персидскими коврами, медвежьими шкурами и оружием, сидел Долохов в дорожном бешмете и сапогах перед раскрытым бюро, на котором лежали счеты и пачки денег. Анатоль в расстегнутом мундире ходил из той комнаты, где сидели свидетели, через кабинет в заднюю комнату, где его лакей француз с другими укладывал последние вещи. Долохов считал деньги и записывал.
– Ну, – сказал он, – Хвостикову надо дать две тысячи.
– Ну и дай, – сказал Анатоль.
– Макарка (они так звали Макарина), этот бескорыстно за тебя в огонь и в воду. Ну вот и кончены счеты, – сказал Долохов, показывая ему записку. – Так?
– Да, разумеется, так, – сказал Анатоль, видимо не слушавший Долохова и с улыбкой, не сходившей у него с лица, смотревший вперед себя.
Долохов захлопнул бюро и обратился к Анатолю с насмешливой улыбкой.
– А знаешь что – брось всё это: еще время есть! – сказал он.
– Дурак! – сказал Анатоль. – Перестань говорить глупости. Ежели бы ты знал… Это чорт знает, что такое!
– Право брось, – сказал Долохов. – Я тебе дело говорю. Разве это шутка, что ты затеял?
– Ну, опять, опять дразнить? Пошел к чорту! А?… – сморщившись сказал Анатоль. – Право не до твоих дурацких шуток. – И он ушел из комнаты.
Долохов презрительно и снисходительно улыбался, когда Анатоль вышел.
– Ты постой, – сказал он вслед Анатолю, – я не шучу, я дело говорю, поди, поди сюда.
Анатоль опять вошел в комнату и, стараясь сосредоточить внимание, смотрел на Долохова, очевидно невольно покоряясь ему.
– Ты меня слушай, я тебе последний раз говорю. Что мне с тобой шутить? Разве я тебе перечил? Кто тебе всё устроил, кто попа нашел, кто паспорт взял, кто денег достал? Всё я.
– Ну и спасибо тебе. Ты думаешь я тебе не благодарен? – Анатоль вздохнул и обнял Долохова.
– Я тебе помогал, но всё же я тебе должен правду сказать: дело опасное и, если разобрать, глупое. Ну, ты ее увезешь, хорошо. Разве это так оставят? Узнается дело, что ты женат. Ведь тебя под уголовный суд подведут…
– Ах! глупости, глупости! – опять сморщившись заговорил Анатоль. – Ведь я тебе толковал. А? – И Анатоль с тем особенным пристрастием (которое бывает у людей тупых) к умозаключению, до которого они дойдут своим умом, повторил то рассуждение, которое он раз сто повторял Долохову. – Ведь я тебе толковал, я решил: ежели этот брак будет недействителен, – cказал он, загибая палец, – значит я не отвечаю; ну а ежели действителен, всё равно: за границей никто этого не будет знать, ну ведь так? И не говори, не говори, не говори!
– Право, брось! Ты только себя свяжешь…
– Убирайся к чорту, – сказал Анатоль и, взявшись за волосы, вышел в другую комнату и тотчас же вернулся и с ногами сел на кресло близко перед Долоховым. – Это чорт знает что такое! А? Ты посмотри, как бьется! – Он взял руку Долохова и приложил к своему сердцу. – Ah! quel pied, mon cher, quel regard! Une deesse!! [О! Какая ножка, мой друг, какой взгляд! Богиня!!] A?
Долохов, холодно улыбаясь и блестя своими красивыми, наглыми глазами, смотрел на него, видимо желая еще повеселиться над ним.
– Ну деньги выйдут, тогда что?
– Тогда что? А? – повторил Анатоль с искренним недоумением перед мыслью о будущем. – Тогда что? Там я не знаю что… Ну что глупости говорить! – Он посмотрел на часы. – Пора!
Анатоль пошел в заднюю комнату.
– Ну скоро ли вы? Копаетесь тут! – крикнул он на слуг.
Долохов убрал деньги и крикнув человека, чтобы велеть подать поесть и выпить на дорогу, вошел в ту комнату, где сидели Хвостиков и Макарин.
Анатоль в кабинете лежал, облокотившись на руку, на диване, задумчиво улыбался и что то нежно про себя шептал своим красивым ртом.
– Иди, съешь что нибудь. Ну выпей! – кричал ему из другой комнаты Долохов.
– Не хочу! – ответил Анатоль, всё продолжая улыбаться.
– Иди, Балага приехал.
Анатоль встал и вошел в столовую. Балага был известный троечный ямщик, уже лет шесть знавший Долохова и Анатоля, и служивший им своими тройками. Не раз он, когда полк Анатоля стоял в Твери, с вечера увозил его из Твери, к рассвету доставлял в Москву и увозил на другой день ночью. Не раз он увозил Долохова от погони, не раз он по городу катал их с цыганами и дамочками, как называл Балага. Не раз он с их работой давил по Москве народ и извозчиков, и всегда его выручали его господа, как он называл их. Не одну лошадь он загнал под ними. Не раз он был бит ими, не раз напаивали они его шампанским и мадерой, которую он любил, и не одну штуку он знал за каждым из них, которая обыкновенному человеку давно бы заслужила Сибирь. В кутежах своих они часто зазывали Балагу, заставляли его пить и плясать у цыган, и не одна тысяча их денег перешла через его руки. Служа им, он двадцать раз в году рисковал и своей жизнью и своей шкурой, и на их работе переморил больше лошадей, чем они ему переплатили денег. Но он любил их, любил эту безумную езду, по восемнадцати верст в час, любил перекувырнуть извозчика и раздавить пешехода по Москве, и во весь скок пролететь по московским улицам. Он любил слышать за собой этот дикий крик пьяных голосов: «пошел! пошел!» тогда как уж и так нельзя было ехать шибче; любил вытянуть больно по шее мужика, который и так ни жив, ни мертв сторонился от него. «Настоящие господа!» думал он.
Анатоль и Долохов тоже любили Балагу за его мастерство езды и за то, что он любил то же, что и они. С другими Балага рядился, брал по двадцати пяти рублей за двухчасовое катанье и с другими только изредка ездил сам, а больше посылал своих молодцов. Но с своими господами, как он называл их, он всегда ехал сам и никогда ничего не требовал за свою работу. Только узнав через камердинеров время, когда были деньги, он раз в несколько месяцев приходил поутру, трезвый и, низко кланяясь, просил выручить его. Его всегда сажали господа.
– Уж вы меня вызвольте, батюшка Федор Иваныч или ваше сиятельство, – говорил он. – Обезлошадничал вовсе, на ярманку ехать уж ссудите, что можете.
И Анатоль и Долохов, когда бывали в деньгах, давали ему по тысяче и по две рублей.
Балага был русый, с красным лицом и в особенности красной, толстой шеей, приземистый, курносый мужик, лет двадцати семи, с блестящими маленькими глазами и маленькой бородкой. Он был одет в тонком синем кафтане на шелковой подкладке, надетом на полушубке.
Он перекрестился на передний угол и подошел к Долохову, протягивая черную, небольшую руку.
– Федору Ивановичу! – сказал он, кланяясь.
– Здорово, брат. – Ну вот и он.
– Здравствуй, ваше сиятельство, – сказал он входившему Анатолю и тоже протянул руку.
– Я тебе говорю, Балага, – сказал Анатоль, кладя ему руки на плечи, – любишь ты меня или нет? А? Теперь службу сослужи… На каких приехал? А?
