LLVM - LLVM

LLVM
LLVM логотипі
Түпнұсқа автор (лар)Викрам Адв, Крис Латтнер
ӘзірлеушілерLLVM Developer Group
Бастапқы шығарылым2003; 17 жыл бұрын (2003)
Тұрақты шығарылым
11.0.0 / 12 қазан 2020 ж; 54 күн бұрын (2020-10-12)[1]
Репозиторий Мұны Wikidata-да өңдеңіз
ЖазылғанC ++
Операциялық жүйеКросс-платформа
ТүріҚұрастырушы
ЛицензияДЗОУ (BSD стилі )
Apache лицензиясы 2.0 LLVM ерекшеліктерімен (v9.0.0 немесе одан кейінгі)[2]
Веб-сайтwww.llvm.org

The LLVM құрастырушы инфрақұрылымдық жоба - бұл компилятор жиынтығы және құралдар тізбегі технологиялар,[3] оны дамыту үшін қолдануға болатын а алғы жақ кез келген үшін бағдарламалау тілі және а артқы шеті кез келген үшін нұсқаулық жиынтығының архитектурасы. LLVM а айналасында жасалған тілге тәуелсіз аралық өкілдік Ретінде қызмет ететін (IR) портативті, жоғары деңгей құрастыру тілі болуы мүмкін оңтайландырылған бірнеше асулар кезінде әртүрлі түрлендірулермен.[4]

LLVM форматында жазылған C ++ және арналған құрастыру уақыты, сілтеме уақыты, жұмыс уақыты, және «бос уақытты» оңтайландыру. Бастапқыда C және C ++, LLVM-дің тілдік-агностикалық дизайны сол кезден бастап көптеген түрлерін тудырды алдыңғы ұштар: LLVM пайдаланатын компиляторлары бар тілдерге ActionScript, Ада, C #,[5][6][7] Жалпы Лисп, Хрусталь, CUDA, Д., Delphi, Дилан, Фортран, Графикалық Г.,[8] Halide, Хаскелл, Java байт коды, Джулия, Котлин, Луа, Мақсат-С, OpenCL,[9] PostgreSQL SQL және PLpgSQL,[10] Рубин,[11] Тот, Скала,[12] Свифт, және Xojo.

Тарих

LLVM жобасы 2000 жылы басталды Урбанадағы Иллинойс университеті - Шампейн басшылығымен Викрам Адв және Крис Латтнер. LLVM бастапқыда зерттеу үшін зерттеу инфрақұрылымы ретінде дамыған динамикалық жинақ статикалық және динамикалық бағдарламалау тілдері. LLVM шығарылды Иллинойс Университеті / NCSA ашық бастапқы лицензиясы,[2] а бағдарламалық жасақтаманың рұқсат етілген лицензиясы. 2005 жылы, Apple Inc. Латтнерді жалдап, LLVM жүйесінде Apple компаниясының даму жүйелерінде әр түрлі қолдану үшін жұмыс жасайтын топ құрды.[13] LLVM - бұл Apple компаниясының соңғы әзірлеу құралдарының ажырамас бөлігі macOS және iOS.[14]

Аты LLVM бастапқыда инициализм үшін Төмен деңгейлі виртуалды машина. Бұл аббревиатура шатаспау үшін ресми түрде алынып тасталды, өйткені LLVM қолшатыр жобасына айналды, ол қазіргі заманғы жасаушылардың көпшілігімен (дәлірек айтсақ) ойлаумен байланысы жоқ. виртуалды машиналарды өңдеу.[15] Енді LLVM - бұл LLVM қолшатыр жобасы, LLVM үшін қолданылатын бренд аралық өкілдік (IR), LLVM түзеткіш, LLVM енгізу C ++ стандартты кітапханасы (толық қолдауымен C ++ 11 және C ++ 14[16]LLVM-ді LLVM қоры басқарады. Оның президенті - құрастырушы инженер Таня Латтнер.[17]

«LLVM жобалау және енгізу үшін», Есептеу техникасы қауымдастығы ұсынды Викрам Адве, Крис Латтнер және Эван Ченг 2012 жылмен ACM Software System сыйлығы.[18]

V9.0.0 бастап, ол лицензияланған Apache лицензиясы 2.0 LLVM ерекшеліктерімен.[2]

Ерекшеліктер

LLVM толық компилятор жүйесінің орташа қабаттарын қамтамасыз ете алады аралық өкілдік (IR) коды а құрастырушы және оңтайландырылған ИҚ шығару. Содан кейін бұл жаңа ИҚ-ны түрлендіруге және машинамен байланысты етуге болады құрастыру тілі мақсатты платформаның коды. LLVM IR-ді қабылдай алады GNU Compiler коллекциясы (МК) құралдар тізбегі, оны осы жоба үшін жазылған кең көлемді компиляторлар жиынтығымен пайдалануға мүмкіндік береді.

LLVM генерациялауы мүмкін орын ауыстырылатын машина коды компиляция кезінде немесе сілтеме кезінде немесе тіпті жұмыс уақытында екілік машиналық код.

LLVM тілге тәуелсіз қолдайды нұсқаулар жинағы және типтік жүйе.[4] Әрбір нұсқаулық статикалық бір тағайындау формасы (SSA), яғни әрқайсысы айнымалы (терілген регистр деп аталады) бір рет тағайындалады, содан кейін мұздатылады. Бұл айнымалылар арасындағы тәуелділіктерді талдауды жеңілдетуге көмектеседі. LLVM кодты статикалық түрде жинауға мүмкіндік береді, өйткені ол дәстүрлі GCC жүйесінде немесе IR арқылы машиналық кодқа кеш компиляциялау үшін қалдырылған. дәл қазір жинау (JIT), ұқсас Java. Тип жүйесі негізгі типтерден тұрады бүтін немесе өзгермелі нүкте сандар және бес алынған түрлері: көрсеткіштер, массивтер, векторлар, құрылымдар, және функциялары. Нақты тілдегі типтік конструкцияны осы негізгі типтерді LLVM-де біріктіру арқылы ұсынуға болады. Мысалы, C ++ тіліндегі классты құрылымдардың, функциялардың және массивтердің араласымен ұсынуға болады функция көрсеткіштері.

LLVM JIT компиляторы жұмыс кезінде бағдарламадан тыс статикалық тармақтарды оңтайландыруы мүмкін және осылайша пайдалы ішінара бағалау бағдарламаның көптеген нұсқалары бар жағдайларда, олардың көпшілігі белгілі бір ортада қажетсіз болып табылуы мүмкін. Бұл функция OpenGL құбыры Mac OS X Leopard (v10.5) жабдықтың жетіспейтін мүмкіндіктеріне қолдау көрсету үшін.[19]

OpenGL бумасындағы графикалық кодты аралық көрсетілімде қалдыруға болады, содан кейін мақсатты машинада іске қосқанда құрастыруға болады. Жоғары деңгейлі жүйелерде графикалық өңдеу қондырғылары (GPU), алынған код өте жұқа болып қалады, нұсқауларды GPU-ға минималды өзгертулермен жібереді. Төмен деңгейлі графикалық процессорлары бар жүйелерде LLVM локальды режимде жұмыс істейтін қосымша процедураларды құрастырады Орталық процессор GPU ішкі жұмыс істей алмайтын нұсқауларды орындайтын (CPU). LLVM төменгі деңгейлі машиналарда өнімділігі жақсарды Intel GMA чипсет. Ұқсас жүйе әзірленді Галлий3D LLVMpipe және енгізілген GNOME 3D құрылғысының тиісті драйверін жүктемей-ақ оны іске қосуға мүмкіндік беретін қабық.[20]

Құрылған бағдарламалардың жұмыс уақытында орындалуы үшін GCC бұрын LLVM-нен 2011 жылы орташа есеппен 10% асып түсті.[21][22] 2013 жылғы жаңа нәтижелер LLVM қазіргі уақытта осы саладағы GCC-ді қуғандығын және қазір шамамен бірдей өнімділіктің екілік файлдарын құрастырып жатқанын көрсетеді.[23]

Компоненттер

LLVM бірнеше компоненттерден тұратын қолшатыр жобасына айналды.

Алдыңғы ұштар

LLVM бастапқыда барды ауыстыру ретінде жазылған код генераторы GCC стегінде,[24] және көптеген GCC алдыңғы ұштары онымен жұмыс істеу үшін өзгертілді, нәтижесінде қазір жұмыс істемейтін LLVM-GCC жиынтығы пайда болды. Әдетте модификация GIMPLE-LLVM IR қадамын қамтиды, сондықтан GCC GIMPLE жүйесінің орнына LLVM оптимизаторлары мен кодегенттерін қолдануға болады. Apple LLVM-GCC арқылы маңызды пайдаланушы болды Xcode 4.x (2013).[25][26] GCC фронтын бұл пайдалану негізінен уақытша шара ретінде қарастырылды, бірақ пайда болған кезде Қоңырау LLVM және Clang заманауи және модульдік кодтық базасының артықшылықтары (сонымен қатар компиляция жылдамдығы) негізінен ескірген.

LLVM қазіргі уақытта компиляцияны қолдайды Ада, C, C ++, Д., Delphi, Фортран, Хаскелл, Джулия, Мақсат-С, Тот, және Свифт әртүрлі пайдалану алдыңғы ұштар.

LLVM-ге кеңінен қызығушылық әр түрлі тілдер үшін жаңа бағыттарды дамытуға бірнеше күш әкелді. Ең көп назар аударған Clang, C, C ++ және Objective-C қолдайтын жаңа компилятор. Негізінен Apple қолдайтын Clang GCC жүйесіндегі C / Objective-C компиляторын оңай интеграцияланған жүйемен ауыстыруға бағытталған. интеграцияланған даму орталары (IDE) және қолдау кеңірек көп жұмыс. Қолдау OpenMP директивалар енгізілді Қоңырау 3.8 шыққаннан бері.[27]

Утрехт Хаскелл компилятор LLVM үшін код жасай алады. Генератор дамудың бастапқы сатысында болғанымен, көп жағдайда ол C код генераторына қарағанда тиімдірек болды.[28] Бар Glasgow Haskell құрастырушысы (GHC) LLVM-ді қолдана отырып, GHC немесе C кодын генерациялау арқылы жинақталған жергілікті кодқа қатысты жинақталған кодты 30% жылдамдатуға мүмкіндік береді, содан кейін GHC іске асырған көптеген оңтайландыру әдістерінің біреуін ғана жібермейді.[29]

Көптеген басқа компоненттер дамудың әр түрлі сатысында, соның ішінде, бірақ онымен шектелмейді Тот құрастырушы, а Java байт коды алдыңғы жағы, а Жалпы орта тіл (CIL) алдыңғы жағы, MacRuby Ruby 1.9-ді іске асыру, әр түрлі алдыңғы ұштар Стандартты ML және жаңа графикалық бояу тіркеуші.[дәйексөз қажет ]

Аралық өкілдік

LLVM IR мысалы, радеонси және llvmpipe арқылы қолданылады. Екеуі де Mesa 3D.

LLVM ядросы болып табылады аралық өкілдік (IR), құрастыруға ұқсас төменгі деңгейлі бағдарламалау тілі. IR қатты терілген қысқартылған нұсқаулар жиынтығы (RISC) мақсаттың көптеген бөлшектерін анықтайтын нұсқаулар жиынтығы. Мысалы, шақыру конвенциясы абстракцияланады қоңырау және рет нақты дәлелдері бар нұсқаулар. Сондай-ақ, тіркелген регистрлер жиынтығының орнына ИҚ% 0,% 1 және т.б формадағы шексіз уақытша жиынтығын қолданады. LLVM ИҚ-ның үш эквивалентті формасын қолдайды: адам оқитын құрастыру форматы, жадтағы формат фронт және сериялауға арналған тығыз код коды. Қарапайым «Сәлем Әлем!» бағдарлама IR форматында:[30]

@ .str = ішкі тұрақты [14 х i8] в«сәлем, әлем  0A  00»жариялаңыз i32 @printf(i8*, ...)анықтау i32 @main(i32 % argc, i8** % argv) зат есім {кіру:    % tmp1 = getelementptr [14 х i8], [14 х i8]* @ .str, i32 0, i32 0    % tmp2 = қоңырау i32 (i8*, ...) @printf( i8* % tmp1 ) зат есім    рет i32 0}

Әр түрлі мақсаттарда қолданылатын көптеген әртүрлі конвенциялар мен ерекшеліктер LLVM-нің мақсатты тәуелсіз IR жасай алмайтындығын және оны белгілі бір ережелерді бұзбай қайта жоспарлай алмайтындығын білдіреді. Мақсаттық тәуелділіктің мысалдарын құжатта нақты айтылмағаннан тыс 2011 жылы «wordcode» ұсынуынан табуға болады, LLVM IR интерактивті таратуға арналған толық мақсаттан тәуелсіз нұсқа.[31] Неғұрлым практикалық мысал PNaCl.[32]

Артқы ұштар

3.4 нұсқасында LLVM көптеген қолдайды нұсқаулар жиынтығы, оның ішінде ҚОЛ, Qualcomm алтыбұрышы, MIPS, Nvidia Параллель жіптің орындалуы (PTX; шақырылды NVPTX LLVM құжаттамасында), PowerPC, AMD TeraScale,[33] AMD Graphics Core Next (GCN), СПАРК, z / Сәулет (деп аталады SystemZ LLVM құжаттамасында), x86, x86-64, және XCore. Кейбір функциялар кейбір платформаларда қол жетімді емес. Көптеген мүмкіндіктер x86, x86-64, z / Architecture, ARM және PowerPC үшін ұсынылған.[34] RISC-V 7 нұсқасынан бастап қолдау көрсетіледі. Бұрын LLVM толық немесе жартылай басқа қосалқы құралдарға, соның ішінде C backend-ке де қолдау көрсетті, СПУ жасушасы, mblaze (MicroBlaze),[35] AMD R600, DEC / Compaq Альфа (Альфа AXP )[36] және Nios2,[37] бірақ бұл аппараттық құралдардың көпшілігі негізінен ескірген және LLVM қолдау мен техникалық қызмет көрсетуді ақтауға болмады.

LLVM сонымен қатар қолдайды Веб-жинақтау мақсатты түрде, құрастырылған бағдарламаларды WebAssembly қолдайтын орталарда орындауға мүмкіндік береді. Google Chrome / Хром, Firefox, Microsoft Edge, Apple Safari немесе WAVM. LLVM-үйлесімді WebAssembly компиляторлары көбінесе C, C ++, D, Rust, Nim, Kotlin және басқа бірнеше тілдерде жазылған өзгертілмеген бастапқы кодты қолдайды.

LLVM машиналық коды (MC) ішкі жобасы - бұл мәтіндік формалар мен машиналық кодтар арасындағы машиналық нұсқауларды аударуға арналған LLVM негізі. Бұрын LLVM құрастыруды машиналық кодқа айналдыру үшін жүйелік ассемблерге немесе құрал-саймандар тізбегіне сүйенді. LLVM MC интеграцияланған құрастырушысы LLVM мақсаттарының көпшілігін қолдайды, соның ішінде x86, x86-64, ARM және ARM64. Кейбір мақсаттар үшін, соның ішінде әр түрлі MIPS нұсқаулықтары үшін біріктірілген қолдау қолданыста болады, бірақ бета-сатысында.

Байланыстырушы

Lld кіші жобасы - бұл кіріктірілген, платформадан тәуелсіз дамыту әрекеті байланыстырушы LLVM үшін.[38] lld үшінші жақ сілтемеге тәуелділікті жоюға бағытталған. 2017 жылдың мамыр айындағы жағдай бойынша, lld тіректері ELF, PE / COFF, Мах-О, және Веб-жинақтау[39] толықтығының кему ретімен. lld екі дәмге қарағанда жылдамырақ GNU ld.[38]

GNU байланыстырушыларынан айырмашылығы, lld-дің қолдауы бар уақытты оңтайландыру. Бұл сілтеме плагинін қолдануды айналып өтетіндіктен, кодты тез генерациялауға мүмкіндік береді, бірақ екінші жағынан LTO-ның басқа дәмдерімен өзара әрекеттесуге тыйым салады.[40]

C ++ стандартты кітапханасы

LLVM жобасы іске асыруды қамтиды C ++ стандартты кітапханасы деп аталады libc ++, астында лицензияланған MIT лицензиясы және UIUC лицензиясы.[41]

V9.0.0 бастап, ол лицензияланған Apache лицензиясы 2.0 LLVM ерекшеліктерімен.[2]

Полли

Бұл кэш-локалды оңтайландырулар жиынтығын, сондай-ақ көп параллельді модельдің көмегімен авто-параллелизм мен векторландыруды жүзеге асырады.[42]

Жөндеуші

Туынды

Рұқсат етілген лицензиясының арқасында көптеген сатушылар LLVM-дің бапталған шанышқыларын шығарады. Бұл LLVM құжаттамасында ресми түрде танылған, сондықтан мүмкіндіктерді тексеруде нұсқа нөмірлерін қолдануға тыйым салынады.[43] Кейбір жеткізушілерге мыналар кіреді:

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиет

  • Крис Латтнер - Ашық көзді қосымшалардың сәулеті - LLVM 11 тарау, ISBN  978-1257638017, 2012 жылы шығарылған CC BY 3.0 (Access бағдарламасын ашыңыз ).[49]
  • LLVM: Өмір бойы бағдарламаны талдау және трансформациялау үшін жинақтау негіздері, жарияланған мақала Крис Латтнер, Викрам Адв

Пайдаланылған әдебиеттер

  1. ^ «LLVM 11.0.0 шығарылымы». Github. 12 қазан, 2020. Алынған 13 қазан, 2020.
  2. ^ а б в г. «LICENSE.TXT». llvm.org. Алынған 24 қыркүйек, 2019.
  3. ^ «LLVM компиляторының инфрақұрылымдық жобасы». Алынған 11 наурыз, 2016.
  4. ^ а б «LLVM тіл туралы анықтамалық нұсқаулық». Алынған 9 маусым, 2019.
  5. ^ «LLILC жариялау - .NET үшін LLVM негізіндегі жаңа компилятор». dotnetfoundation.org. Алынған 12 қыркүйек, 2020.
  6. ^ Моно LLVM, алынды 10 наурыз, 2013
  7. ^ Крис Латтнер (2011). «LLVM». Эми Браунда; Грег Уилсон (ред.) Ашық көзді қосымшалардың архитектурасы.
  8. ^ Уильям Вонг (23 мамыр, 2017). «LabVIEW 2017 мен LabVIEW NXG арасындағы айырмашылық неде?». Электрондық дизайн.
  9. ^ Майкл Ларабел (11.04.2018). «Khronos өзінің LLVM / SPIR-V аудармашысын ресми түрде жариялайды». phoronix.com.
  10. ^ https://www.postgresql.org/docs/12/jit-reason.html
  11. ^ «Ерекшеліктер». RubyMotion. Scratchwork Development LLC. Алынған 17 маусым, 2017. RubyMotion сіздің жобаңыздың Ruby бастапқы кодын LLVM негізінде [n] ... мерзімінен бұрын (AOT) компилятор көмегімен ... машиналық кодқа айналдырады.
  12. ^ Рид, Джеофф (2012 жылғы 24 қыркүйек). «LLVM-ге дейін шкаланы құрастыру». Сент-Луис, Миссури, Америка Құрама Штаттары. Алынған 19 ақпан, 2013. Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  13. ^ Адам емдеу (19 ақпан, 2005), Qt4-тің LLVM компиляциясына арналған мксек пен патчтар, мұрағатталған түпнұсқа 2011 жылғы 4 қазанда, алынды 27 қаңтар, 2012
  14. ^ «Apple LLVM компиляторы», Әзірлеуші ​​құралдары, Алма, алынды 27 қаңтар, 2012
  15. ^ Латтнер, Крис (2011 жылғы 21 желтоқсан). «LLVM атауы». lvv-dev (Тарату тізімі). Алынған 2 наурыз, 2016.
  16. ^ ""libc ++ «C ++ стандартты кітапханасы».
  17. ^ Крис Латтнер (3 сәуір, 2014). «LLVM Foundation». LLVM жобасының блогы.
  18. ^ «ACM Software System сыйлығы». ACM.
  19. ^ Крис Латтнер (15 тамыз 2006). «Apple-де LLVM-ді керемет пайдалану: OpenGL стегі». lvv-dev (Тарату тізімі). Алынған 1 наурыз, 2016.
  20. ^ Майкл Ларабел, «GNOME Shell GPU драйверінің қолдауынсыз жұмыс істейді», phoronix, 2011 жылғы 6 қараша
  21. ^ В.Макаров. «SPEC2000: x86-да LLVM-2.9 және GCC4.6.1 салыстыру». Алынған 3 қазан, 2011.
  22. ^ В.Макаров. «SPEC2000: x86_64 бойынша LLVM-2.9 және GCC4.6.1 салыстыру». Алынған 3 қазан, 2011.
  23. ^ Майкл Ларабел (2012 жылғы 27 желтоқсан). «LLVM / Clang 3.2 GCC-мен бәсекелес компилятор». Алынған 31 наурыз, 2013.
  24. ^ Латтнер, Крис; Викрам Адв (мамыр 2003). Жаңа буынға арналған сәулет өнері. Бірінші жылдық GCC әзірлеушілерінің саммиті. Алынған 6 қыркүйек, 2009.
  25. ^ «LLVM компиляторына шолу». developer.apple.com.
  26. ^ «Xcode 5 шығарылымы туралы ескертулер». Apple Inc.
  27. ^ «Clang 3.8 шығарылымы туралы ескертпелер». Алынған 24 тамыз, 2016.
  28. ^ «Haskell-тен LLVM-ге компиляция жасау». Алынған 22 ақпан, 2009.
  29. ^ «LLVM жобасының блогы: Глазго Хаскелл құрастырушысы және LLVM». Алынған 13 тамыз, 2010.
  30. ^ Толық құжаттаманы мына сілтемеден қараңыз лвм.org/ құжаттар/ LangRef.html.
  31. ^ Кан, Джин-Гу. «Wordcode: көбірек мақсатты тәуелсіз LLVM биттік коды» (PDF). Алынған 1 желтоқсан, 2019.
  32. ^ «PNaCl: портативті клиенттің орындалатын файлдары» (PDF). Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2012 жылдың 2 мамырында. Алынған 25 сәуір 2012.
  33. ^ Stellard, Tom (26.03.2012). «[LLVMdev] RFC: R600, AMD графикалық процессорларының жаңа негізі». lvv-dev (Тарату тізімі).
  34. ^ Мақсатты орындау бойынша ескертпелер: мақсатты сипаттама матрицасы // LLVM мақсатты тәуелсіз код генераторы, LLVM сайты.
  35. ^ «Lbv-ден mblaze backend-ті алып тастау». GitHub. 2013 жылғы 25 шілде. Алынған 26 қаңтар, 2020.
  36. ^ «Альфа артқы бетін өшіру». GitHub. 2011 жылғы 27 қазан. Алынған 26 қаңтар, 2020.
  37. ^ «[Nios2] Nios2 артқы жағын жою». GitHub. 2019 жылғы 15 қаңтар. Алынған 26 қаңтар, 2020.
  38. ^ а б «lld - LLVM байланыстырушысы». LLVM жобасы. Алынған 10 мамыр, 2017.
  39. ^ «WebAssembly lld порты».
  40. ^ «42446 - lcc gcc LTO файлдарын өңдей алмайды». bugs.llvm.org.
  41. ^ ""libc ++ «C ++ стандартты кітапханасы».
  42. ^ «Polly - LLVM үшін полиэдралды оңтайландыру».
  43. ^ «Clang Language Extensions». Clang 12 құжаттамасы. Маркетинг нұсқаларының нөмірлерін тілдік мүмкіндіктерді тексеру үшін қолдануға болмайды, өйткені әр түрлі жеткізушілер әр түрлі нөмірлеу схемаларын қолданады. Оның орнына функцияны тексеретін макростарды қолданыңыз.
  44. ^ «apple / llvm-жоба». Алма. 5 қыркүйек, 2020 жыл.
  45. ^ «lanl / kitsune». Лос-Аламос ұлттық зертханасы. 27 ақпан, 2020.
  46. ^ PS4 арналған әзірлеушілер құралдары тізбегі (PDF), алынды 24 ақпан, 2015
  47. ^ «NVVM IR сипаттамасы 1.5». Қазіргі NVVM IR LLVM 5.0-ге негізделген
  48. ^ «IBM C / C ++ және Fortran компиляторлары LLVM ашық бастапқы инфрақұрылымын қолданады».
  49. ^ Крис Латтнер (15.03.2012). «11 тарау». Ашық көзді қосымшалардың архитектурасы. Эми Браун, Грег Уилсон. ISBN  978-1257638017.

Сыртқы сілтемелер