LLVM簡要概述課件

1、LLVM簡要概述LLVM簡要概述作者：趙玉武時間：2015-11-25目 錄1.LLVM簡介11.1.LLVM的主要項目有:11.2.發(fā)展歷程42.LLVM/Clang的使用42.1安裝42.2 GCC介紹61. GCC簡介72. GCC強大的背后83. GCC的多樣性93.1   PC開發(fā)93.2   嵌入式開發(fā)10How to set TCP_NODELAY on BSD socket on Solaris?112 Answers111.LLVM簡介LLVM 命名最早源自于底層虛擬機（Low Level Virtual Machine）的縮寫,由于命名帶來的混亂，目前L

2、LVM就是該項目的全稱。LLVM 核心庫提供了與編譯器相關(guān)的支持，可以作為多種語言編譯器的后臺來使用。能夠進行程序語言的編譯期優(yōu)化、鏈接優(yōu)化、在線編譯優(yōu)化、代碼生成。LLVM的項目是一個模塊化和可重復(fù)使用的編譯器和工具技術(shù)的集合。LLVM是伊利諾伊大學(xué)的一個研究項目，提供一個現(xiàn)代化的，基于SSA的編譯策略能夠同時支持靜態(tài)和動態(tài)的任意編程語言的編譯目標(biāo)。自那時以來，已經(jīng)成長為LLVM的主干項目，由不同的子項目組成，其中許多正在生產(chǎn)中使用的各種 商業(yè)和開源的項目，以及被廣泛用于學(xué)術(shù)研究。1.1.LLVM的主要項目有:1、LLVM Core庫提供一個源代碼獨立于目標(biāo)優(yōu)化器,連同代碼生成的支持許多主流

3、的cpu(以及一些不太常見的!)這些庫是建立在一個指定好代碼表示稱為LLVM中間表示(“LLVM IR”)。LLVM核心庫良好的文檔記錄,它特別容易發(fā)明自己的語言(或港口現(xiàn)有的編譯器)使用LLVM作為優(yōu)化和代碼生成器.2、Clang是一個“LLVM本地”C / C+ / objective - C編譯器,旨在提供非?？焖倬幾g(如呢3 x速度比GCC當(dāng)編譯objective - c代碼在調(diào)試配置),非常有用的錯誤和警告消息構(gòu)建水平重要來源,并提供一個平臺工具。Clang Static Analyzer是一種工具,可以自動發(fā)現(xiàn)bug的代碼,并且是一個很好的例子的工具,它可以使用Clang前端作為一

4、個庫來解析C / C+代碼。3、dragonegg集成了LLVM優(yōu)化和帶有GCC解析器的代碼生成器。這允許LLVM編譯Ada、Fortran和其他支持GCC編譯器編譯的前端語言,和訪問C功能不支持的Clang。4、LLDB項目建立在LLVM提供的庫和Clang提供本地調(diào)試器。它使用Clang AST和表達式解析器，LLVM JIT,LLVM反匯編器等。它也是超級快的和更多的內(nèi)存效率比GDB在加載符號。5、libc + +和libc + + ABI項目提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的符合性和高性能的c+標(biāo)準(zhǔn)庫的實現(xiàn),包括完全支持c+ 11。6、compiler-rt項目提供了高調(diào)諧低級代碼生成器的實現(xiàn)支持的活動

5、,如“_fixunsdfdi”和其他調(diào)用時生成一個目標(biāo)沒有短的本地指令序列來實現(xiàn)核心紅外操作。它還提供了運行時庫的實現(xiàn)動態(tài)測試工具等AddressSanitizer,ThreadSanitizer,MemorySanitizer,DataFlowSanitizer.7、OpenMP子項目提供了一個OpenMP運行時使用OpenMP實現(xiàn)的Clang。8、 vmkit項目的實現(xiàn)Java和.NET虛擬機是建立在LLVM技術(shù)。9、Polly項目實現(xiàn)一套緩存位置優(yōu)化以及auto-parallelism和向量化使用多面體模型。10、libclc項目旨在實現(xiàn)OpenCL標(biāo)準(zhǔn)庫。11、Klee項目實現(xiàn)了一個“

6、具有象征意義的虛擬機”使用一個定理驗證通過程序來評估所有動態(tài)路徑為了找到缺陷和證明函數(shù)的性能。Klee的一個主要特征是, 如果它檢測到一個bugs，它能產(chǎn)生一個testcase（測試用例）。12、SAFECode項目是一個內(nèi)存安全C / C+編譯器程序。這個工具代碼中帶有運行時檢查，檢測內(nèi)存中是否有安全性錯誤(例如：緩沖區(qū)溢出)。它可以用來保護軟件免受安全攻擊,也可以用作安全錯誤內(nèi)存調(diào)試工具像Valgrind。13、lld項目旨在Clang / llvm內(nèi)置鏈接器。目前，Clang必須調(diào)用系統(tǒng)鏈接器來產(chǎn)生可執(zhí)行文件。除了官方LLVM的子項目,有各種各樣的其他項目使用組件LLVM的各種任務(wù)。通過

7、這些外部項目可以使用LLVM編譯Ruby，Python, Haskell，Java，D語言，PHP，Pure，Lua和許多其他語言。LLVM的主要優(yōu)勢是它的多功能性，靈活性，和可重用性，這就是為什么它被用于多種不同的任務(wù):從做輕量級JIT編譯Lua等嵌入式語言Fortran編譯代碼的大規(guī)模的超級電腦。一切，LLVM具有廣泛和友好的社區(qū)的人建造偉大的低級工具很感興趣。如果你有興趣參與，首先是瀏覽LLVM的博客并報名參加LLVM開發(fā)者郵件列表。有關(guān)如何在一個補丁發(fā)送的信息，提交訪問，和版權(quán)和許可的主題，請參閱LLVM開發(fā)策略。1.2.發(fā)展歷程1、2000年LLVM開始開發(fā)。2、2005年Apple

8、雇了Chris Lattner，LLVM也相當(dāng)于成了Apple的官方支持的編譯器。3、Apple已經(jīng)將它用在OpenCL的流水線優(yōu)化，Xcode已經(jīng)能使用llvm-gcc編譯代碼。4、2011-12-02 LLVM3.0發(fā)布，LLVM包括了一系列子項目，它們也同步發(fā)布了新版本，如C/C+/Objective-C前端Clang 3.0改進了C+程序編譯支持；改進C+ 2011標(biāo)準(zhǔn)支持；實現(xiàn)支持即將發(fā)布的C1x標(biāo)準(zhǔn)的某些特性；更快的生成代碼，更快的編譯，等等。3 5、LLVM榮獲2012年ACM軟件系統(tǒng)獎4 2.LLVM/Clang的使用2.1安裝方式一：采用源碼編譯方式到官方

9、網(wǎng)站下載()方式二：使用svn客戶端從開發(fā)平臺上下載1） 創(chuàng)建 LLVM 源代碼存放目錄 (llvm_source) $mkdir p llvm_source 2 ）進入創(chuàng)建的目錄 $cd llvm_source 3 ）獲取 LLVM $svn co /svn/llvm-project/llvm/trunk llvm 4 ）獲取 Clang $cd llvm/tools $svn co /svn/llvm-project/cfe/trunk clang 方式三：使用編譯好的二進制文件下載clang+llvm-3.2-x86-linux-u

10、buntu-12.04.tar1）、解壓 tar xzvf clang+llvm-3.2-x86-linux-ubuntu-12.04.tar2）、cd clang+llvm-3.2-x86-linux-ubuntu-12.043）、將目錄/clang+llvm-3.2-x86-linux-ubuntu-12.04/bin配置到環(huán)境變量中Vi /etc/profileexport clang_llv=/clang+llvm-3.2-x86-linux-ubuntu-12.04/binexport PATH=$clang_llv:$PATH編寫程序進行測試:使用一個常見的 hello world

11、 程序來演示 Clang。在這里我們把這個文件命名為 test.c。它的內(nèi)容如下： #include <stdio.h> int main(int argc, char *argv) printf("hello worldn"); return 0; 您可以使用任何編輯器輸入并生成這個文件。有了這個文件以后，您可以試試以下命令行的命令： $ clang -help ( 查看幫助信息 ) $ clang test.c -fsyntax-only ( 檢查語法和詞法正確性 ) $ clang test.c -S -emit-llvm -o test.bc ( 生成優(yōu)

12、化前的 llvm bitcode) $ clang test.c -S -emit-llvm -o test.bc -O3 ( 生成優(yōu)化的 llvm bitcode) $ clang test.c -S -O3 -o test ( 生成可執(zhí)行代碼 ) 與 GCC 相比，Clang 的一大優(yōu)點是更加清晰明確的錯誤提示。您不妨嘗試著刪除"printf("hello worldn");"語句后面的分號。編譯這個程序，GCC 給出的錯誤信息將是： test.c: In function 'main': test.c:6:2: error: exp

13、ected '' before 'return'而 Clang 給出的錯誤信息則是： test.c:5:26: error: expected '' after expression printf("hello world.n")2.2 GCC介紹GCC，全稱GNU Compiler Collection，是一套GNU開發(fā)的編譯器環(huán)境，它的創(chuàng)始人便是大名鼎鼎的Richard.M.Stallman。最初GCC剛開始開發(fā)時，它還叫做GNU C Compiler，隨著開發(fā)的深入，GCC很快得到了擴展，不僅可以支持C語言，還可以處理C

14、+，Pascal，Object-C，Java以及Ada等其他語言。目前，GCC不僅是GNU的官方編譯器，也成為編譯和創(chuàng)建其他操作系統(tǒng)的編譯器，包括BSD家族以及MAC OS X等。另外，GCC也是跨平臺交叉編譯的首選，它不僅支持Intel的x86系列，同時也支持MIPS，ARM，PowerPC，SPARC等等處理器?？梢赃@么說，即使GCC不是世界上效率最高的編譯器，它也一定是世界上最全面的編譯器。1. GCC簡介我們先回到一個常識性的問題，什么是編譯器呢？簡單地說，編譯器可以看作是一個語言翻譯器。就像把中文翻譯成英語一樣，編譯器可以把高級語言翻譯成計算機能夠執(zhí)行的機器語言。這樣看來，GCC可以

15、算得上是一個精通多國語言的高級翻譯官了。最簡單的GCC使用指令如下所示：gcc  hello.c  -o  hello GCC接受hello.c作為輸入，最后產(chǎn)生目標(biāo)可執(zhí)行代碼hello。這個簡單的流程實際上經(jīng)歷了很多步驟，如下圖所示：雖然我們只用了一條命令就完成了編譯，但實際上gcc命令依次呼叫了cpp，gcc自己，gas以及l(fā)d來進行完整的編譯流程，最后生成最終的可執(zhí)行文件hello。下面我們看一下分解動作：cpp  hello.c  >  hello.igcc  -S  hello.ias &

16、#160;hello.s  -o  hello.old  -dynamic-linker  /lib/ld-linux.so.2  /usr/lib/crt1.o  /usr/lib/crti.o  /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5 hello.o  -lgcc  -lgcc_eh  -lc  /usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.4.5

17、/crtend.o  /usr/lib/crtn.o  -o  hello 看完這些步驟有沒有暈頭轉(zhuǎn)向的感覺呢？對于普通的用戶來說，還是讓GCC幫我們做這些事情比較好。對于如何學(xué)習(xí)使用GCC，可以參考GCC官方的手冊，如果大家覺得官方的手冊太羅嗦，我這里推薦一本GCC的入門書籍An Introduction to GCC，這本書詳盡的介紹了GCC的使用方法，內(nèi)容淺顯易懂，很適合初學(xué)者。 2. GCC強大的背后學(xué)過編譯原理這門課程的同學(xué)對下面這副圖應(yīng)該很熟悉，這是經(jīng)典的編譯流程。GCC作為經(jīng)典的編譯器，自然也是遵循這個教科書流程（實際GCC的處理

18、更復(fù)雜點，但本質(zhì)上是一樣的）。我們先簡化一下上面這幅圖，以中間代碼為分界，前面的詞法分析、語法分析、語義分析我們把它稱之為前端處理，后面的優(yōu)化和目標(biāo)代碼生成我們稱之為后端處理。試想一下，是否可以為不同的高級語言單獨寫一個前端，然后為不同的處理器架構(gòu)單獨寫一個后端呢？GCC基本上也是這么實現(xiàn)的，不過不要誤會，并沒有一個統(tǒng)一的gcc執(zhí)行程序能夠處理如此多的前端和后端，每個語言的編譯器都是一個獨立的程序（如C語言的編譯器是gcc，C+的編譯器是g+），而不同的后端也要對應(yīng)不同的可執(zhí)行程序。你可以下載單獨的一份GCC源代碼，通過不同的configure來生成自己需要的編譯器。而且，編譯器的實現(xiàn)也比上圖

19、要復(fù)雜的多，前端的主要功能是產(chǎn)生一個可供后端處理的語法樹，而語法樹結(jié)構(gòu)實際上很難與處理器架構(gòu)脫鉤，這些都是編譯器應(yīng)用中需要解決的問題。GCC強大的真正原因是什么？是因為它支持了眾多的前端和后端嗎？這些都不過是一個表象而已。GCC是一款真正自由的編譯器，我們可以隨時把代碼拿過來修改以實現(xiàn)自己需要的功能。如果你的硬件平臺增加了一些指令，而普通的編譯器并不能產(chǎn)生這些指令怎么辦？在GCC后端添加這些指令吧。如果你覺得C語言用的不太順手，想給它添加一些功能怎么辦？修改GCC的前端吧。因為有了GCC，我們才擁有這些自由，以及迅速實現(xiàn)自己想法的能力，而這些才是GCC強大背后的基礎(chǔ)。2010年1月份的時候，G

20、oogle的Go語言前端被允許進入GCC編譯器家族，GCC更加強大了。 3. GCC的多樣性GCC因為其靈活性被應(yīng)用到了很多領(lǐng)域和系統(tǒng)，從PC上的開發(fā)到嵌入式開發(fā)，都可以見到GCC的影子。 3.1   PC開發(fā)我們先看看PC。MAC自從投入Intel的懷抱，是否也可以看作是一種PC呢？LinuxLinux系統(tǒng)應(yīng)該是GCC的主戰(zhàn)場，但也是最沒必要去說的一個系統(tǒng)，除了GCC，難道我們還有更好的選擇嗎？Linux內(nèi)核、Apache服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫，等等一系列偉大的作品都是通過GCC來構(gòu)建的，GCC可以說是GNU/Linux系統(tǒng)的基石。MAC OS XMAC OS

21、 X也是GCC的重度用戶，其應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境Cocoa就是使用的GCC，所以在MAC OS X下開發(fā)也是離不開GCC的。Windows現(xiàn)在在Windows下開發(fā)C/C+程序一般都是用微軟的編譯器，當(dāng)年的Borland已經(jīng)成為傳說。但是如果你不想付錢的話，也可以考慮Windows下的GCC。在Windows下體驗GCC最常用的有兩種方式：一是在Cygwin下使用GCC，另外一種是使用MinGW。Cygwin是一個自由軟件的集合，最初由Cygnus Solutions開發(fā)，目的是在Windows系統(tǒng)上運行類Unix的軟件。通過Cygwin編譯的程序可以在Windows上運行，但必須使用cygwin

22、.dll。MinGW(Minimalist GNU for Windows)，是將GNU開發(fā)工具移植到Windows平臺的產(chǎn)物，包括一系列頭文件、庫和可執(zhí)行文件，用MinGW開發(fā)的程序不需要額外的第三方DLL就可以直接在Windows上運行。Nokia的圖形開發(fā)包QT在Windows下就是調(diào)用MinGW來編譯的。DOS在DOS系統(tǒng)下也是可以用GCC的，國內(nèi)的DOS開發(fā)者可能更熟悉Turbo C或者Open Watcom，GCC的DOS版本DJGPP其實也是32位DOS程序開發(fā)的主流環(huán)境之一。最初DJGPP的發(fā)起人DJ Delorie曾經(jīng)詢問過Richard Stallman，F(xiàn)SF是否考慮過把

23、GCC移植到MS-DOS下，當(dāng)時Richard的回答是GCC太龐大，而MS-DOS只不過是個16位的操作系統(tǒng)，所以官方并沒有考慮這件事。DJ Delorie并沒有因此而退縮，最終給我們帶來了這個優(yōu)秀的開發(fā)平臺。DJGPP剛開始開發(fā)時叫做djgcc，在引入了C+之后改為現(xiàn)在這個名字（DJ's GNU Programming Platform）。 3.2   嵌入式開發(fā)對于嵌入式開發(fā)領(lǐng)域來說，因為開發(fā)板的能力限制，是無法運行編譯環(huán)境的，這樣就需要在PC上通過交叉編譯來生成目標(biāo)可執(zhí)行程序，GCC的高度靈活性在嵌入式開發(fā)上發(fā)揮了極大的作用。Android看看當(dāng)今最火的移動平

24、臺Android，就是完全用GCC來構(gòu)建的，請注意，這里指的不是Android應(yīng)用程序，Android下的應(yīng)用程序是運行在Dalvik虛擬機上的Java程序。iOSApple的iOS應(yīng)用程序開發(fā)也是用Cocoa來進行，這怎么會離開GCC呢？MeeGo/Symbian在Apple和Google的沖擊下，Nokia似乎已經(jīng)日薄西山了，但對于中國國情來說，真的是這樣嗎？iPhone高高在上，擁有者只會是少數(shù)，Google退出中國之后，Android Market很難在國內(nèi)有所作為，再加上Nokia手機一貫皮實的口碑，現(xiàn)在的Symbian以及將來的MeeGo的保有量應(yīng)該不會低。Nokia已經(jīng)把Symbian和MeeGo的開發(fā)環(huán)境統(tǒng)一到QT上了，這里依然是GCC的一畝三分田。 GCC是強大的，但它并不是一個人在戰(zhàn)斗，在它的背后站著GNU工具鏈，包括make，GCC，Binutils，GDB等一系列工具，這些工具之間是相輔相成的，只有把它們組合起來使用才能發(fā)揮其最大的威力。 How to set TCP_NODELAY on BSD socket on Solaris? I am trying to turn