1. 背景
llvm自2.9版以後，已經集成了對分支概率和基本塊頻率的靜態分析。
分支概率（branch probability）是指在程序的控制流圖中，從控制流從一個基本塊A到其任意後繼基本塊Si的概率。控制流從基本塊A到其所有後繼基本塊的概率之和爲1. 基本塊頻率（block frequency）是指在程序的控制流圖中，任意基本塊的執行次數。這兩種信息都可以通過靜態分析得到。其原理如下【1】【2】：
An alternative is static profiling, in which a compiler estimates execution frequencies (not absolute counts) with static program analysis. A static profile eliminates the drawbacks of dynamic profiling— if it accurately captures a program’s dynamic behavior. Recent work suggests that static analysis can predict dynamic program behavior. Fisher and Freudenberger [Fisher-92] observed that many programs’ dynamic branching behavior is independent of their input data. Ball and Larus developed a simple algorithm that statically predicts the outcome of a conditional branch with good accuracy [Ball-93]. Wagner et al. usedl simple estimates of branch probabilities to compute static profiles [Wagner-94]. （見文獻【2】）
2. llvm3.3中的相關文件
Support/BranchProbability.cpp(.h): 實現一個用來表示分支概率的數據結構
Analysis/BranchProbabilityInfo.cpp(.h): 實現一個在basic block級別進行分支概率估計的FunctionPass
CodeGen/MachineBranchProbabilityInfo.cpp(.h): 實現一個在machine basic block級別進行分支概率估計的ImmutablePass
Support/BlockFrequency.cpp(.h): 實現一個用來表示基本塊頻率的數據結構
Analysis/BlockFrequencyInfo.cpp(.h): 實現一個在basic block級別進行基本塊頻率估計的FunctionPass
CodeGen/MachineBlockFrequency.cpp(.h): 實現一個在machine basic block級別進行基本塊頻率估計的MachineFunctionPass
Analysis/BlockFrequencyImpl.h: 在basic block級別和machine basic block級別共用的基本塊頻率估計的實現
3. llvm3.3中的相關實現
3.1 分支概率分析
3.1.1 在basic block級別，分支概率分析的實現主要參考文獻【2】的方法，利用幾個基本啓發式來給分支加權。
for (po_iterator<BasicBlock *> I = po_begin(&F.getEntryBlock()), E = po_end(&F.getEntryBlock()); I != E; ++I) {
DEBUG(dbgs() << "Computing probabilities for " << I->getName() << "\n");
if (calcUnreachableHeuristics(*I))
continue;
if (calcMetadataWeights(*I))
continue;
if (calcColdCallHeuristics(*I))
continue;
if (calcLoopBranchHeuristics(*I))
continue;
if (calcPointerHeuristics(*I))
continue;
if (calcZeroHeuristics(*I))
continue;
if (calcFloatingPointHeuristics(*I))
continue;
calcInvokeHeuristics(*I);
}
return false;
}3.1.2 在machine basic block級別，分支概率的實現實際上依賴於basic block級別的分支概率分析結果，所以MachineBranchProbabilityInfo並不是一個獨立的MachineFunctionPass.
3.2 基本塊頻率分析
3.2.1 在basic block級別和machine basic block級別共用基本塊頻率估計的實現
bool BlockFrequencyInfo::runOnFunction(Function &F) {
BranchProbabilityInfo &BPI = getAnalysis<BranchProbabilityInfo>();
BFI->doFunction(&F, &BPI);
return false;
}bool MachineBlockFrequencyInfo::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
MachineBranchProbabilityInfo &MBPI = getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
MBFI->doFunction(&F, &MBPI);
return false;
}3.2.2 上面的代碼還可以看出，基本塊頻率分析依賴於分支概率分析。因此，如果要利用這兩種分析結果，只需要在自己的FunctionPass或者MachineFunctionPass裏面進行類似如下的修改（建議參考CodeGen/MachineBlockPlacement.cpp）：
1）修改getAnalysisUsage函數如下：
void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
AU.addRequired<MachineBranchProbabilityInfo>();
AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
}2）修改runOnMachineFunction函數如下
bool MachineBlockPlacement::runOnMachineFunction(MachineFunction &F) {
MBPI = &getAnalysis<MachineBranchProbabilityInfo>();
MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
...
//打印分支概率信息
std::string szInfo;
raw_fd_ostream S("machinBranchProbs.txt", szInfo, raw_fd_ostream::F_Append);
for (MachineFunction::iterator BI = F.begin(), BE = F.end(); BI != BE; ++BI) {
MachineBasicBlock *MBB = BI;
for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator SI =MBB->succ_begin(), EI = MBB->succ_end(); SI != EI; ++SI) {
MachineBasicBlock *mBlock = *SI;
MBPI->printEdgeProbability(S << " ", MBB, mBlock);
}
}
S.close();
//打印基本塊頻率信息
raw_fd_ostream S1("machinBlockFreq.txt", szInfo, raw_fd_ostream::F_Append);
if (MBFI) MBFI->print(S1);;
S1.close();
...
return false;
}
4. 參考文獻：