TIREX : une représentation textuelle intermédiaire pour un environnement d'exécution virtuel, échanger des informations du compilateur et d'analyse du programme

TIREX : A textual target-level intermediate representation for virtual execution environment, compiler information exchange and program analysis

• Auteur / Autrice : Artur Pietrek
• Direction : Jean-Claude Fernandez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 02/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : VERIMAG
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Méhaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Fernandez, Fabrice Rastello, Benoît Dupont de dinechin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Albert Cohen, Philippe Clauss

Mots clés

Mots clés libres

Représentation intermédiaire

Compilation

Interpretation SSA

Just-In-Time

Langage de programmation

Analyse du programme

Intermediate representation

Compilation

Interpretation SSA

Just-In-Time

Programming languages

Program analysis

Résumé

Certains environnements ont besoin de plusieurs compilateurs, par exemple un pour le système d'exploitation, supportant la norme C/C++ complète, et l'autre pour les applications, qui supporte éventuellement un sous-ensemble de la norme, mais capable de fournir plus de performance. Le maintien de plusieurs compilateurs pour une plateforme cible représente un effort considérable. Il est donc plus facile d'implémenter et de maintenir un seul outil responsable des optimisations particulières au processeur ciblé. Il nous faut alors un moyen de relier ces compilateurs à l'optimiseur, de préférence, en gardant au passage certaines structures de données internes aux compilateurs qui, soit prendraient du temps, soit seraient impossible à reconstruire à partir du code assembleur par exemple. Dans cette thèse, nous introduisons Tirex, une représentation textuelle intermédiaire pour échanger des informations de bas niveau, déjà dépendantes de la cible, entre les compilateurs, les optimiseurs et les autres outils de la chaîne de compilation. Notre représentation contient un flot d'instructions du processeur cible, mais garde également la structure explicite du programme et supporte la forme SSA (Static Single Assignment). Elle est facilement extensible et très flexible, ce qui permet de transmettre toute donnée jugée importante à l'optimiseur. Nous construisons Tirex par extension de MinIR, une représentation intermédiaire elle-même basée sur un encodage YAML des structures du compilateur. Nos extensions de Tirex comprennent: l'abaissement de la représentation au niveau du processeur cible, la conservation du flot de données du programme, ainsi que l'ajout d'informations sur les structures de boucles et les dépendances de données. Nous montrons que Tirex est polyvalent et peut être utilisé dans une variété d'applications différentes, comme par exemple un environnement d'exécution virtuel (VEE),et fournit une base forte pour un environnement d'analyse du programme. Dans le cadre d'un VEE, nous présentons un interprèteur de la forme SSA et un compilateur just-in-time (JIT). Nous montrons comment l'interprétation d'une représentation au niveau du processeur cible élimine la plupart des problèmes liés à l'exécution en mode mixte. Nous explorons également les questions liées à l'interprétation efficace d'une représentation de programme sous la forme SSA.

Some environments require several compilers, for instance one for the operating system, supporting the full C/C++ norm, and one for the applications, potentially supporting less but able to derive more performance. Maintaining different compilers for a target requires considerable effort, thus it is easier to implement and maintain target-dependent optimizations in a single, external tool. This requires a way of connecting these compilers with the target-dependent optimizer, preferably passing along some internal compiler data structures that would be time-consuming, difficult or even impossible to reconstruct from assembly language for instance. In this thesis we introduce Tirex, a Textual Intermediate Representation for EXchanging target-level information between compilers, optimizers an different tools in the compilation toolchain. Our intermediate representation contains an instruction stream of the target processor, but still keeps the explicit program structure and supports the SSA form(Static Single Assignment). It is easily extensible and highly flexible, which allows any data to be passed for the purpose of the optimizer. We build Tirex by extending the existing Minimalist Intermediate Representation (MinIR), itself expressed as a YAML textual encoding of compiler structures. Our extensions in Tirex include: lowering the representation to a target level, conserving the program data stream, adding loop scoped information and data dependencies. Tirex is currently produced by the Open64 and the LLVM compilers, with a GCC producer under work. It is consumed by the Linear Assembly Optimizer (LAO), a specialized, target-specific, code optimizer. We show that Tirex is versatile and can be used in a variety of different applications, such as a virtual execution environment (VEE), and provides strong basis for a program analysis framework. As part of the VEE, we present an interpreter for a Static Single Assignment (SSA) form and a just-in-time (JIT) compiler. We show how interpreting a target-level representation eliminates most of the complexities of mixed-mode execution. We also explore the issues related to efficiently interpreting a SSA form program representation.