Seminar LLVM IR und Pass-Entwicklung mit New Pass Manager

Das Seminar behandelt die praktische Arbeit mit LLVM IR und dem modernen Pass-System. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung nachvollziehbarer Analyse- und Transformationspässe, ihrer Einbindung in Pipelines und der Absicherung über Tests.

Drei Tage sind erforderlich, weil IR-Semantik, Analyseinfrastruktur, Transformation, Pipeline-Integration und Teststrategie aufeinander aufbauen. Die Inhalte gehen deutlich über einen reinen IR-Überblick hinaus.

Kapitel 1: IR-Semantik und Analysebasis

Inhaltsverzeichnis

• Module, Funktionen und Kontrollfluss
• Datenfluss, SSA und Dominanz
• Verifier und Debug-Informationen

Schritt 1: IR-Einheiten identifizieren

Module, Funktionen, Basic Blocks und Instruktionen werden getrennt untersucht. Kontrollflussgraphen werden aus Terminatoren und Kanten abgeleitet.

Schritt 2: Datenfluss verfolgen

Werte, Uses, Defs und Phi-Knoten werden anhand konkreter Beispiele verfolgt. Dadurch wird klar, welche Transformationen semantisch sicher sind.

Schritt 3: Konsistenz prüfen

IR wird mit Verifier-Denken betrachtet. Typfehler, ungültige Terminatoren, falsche Dominanz und problematische Metadaten werden systematisch eingeordnet.

Kapitel 2: Analyse- und Transformationspässe

Inhaltsverzeichnis

• Pass-Struktur im New Pass Manager
• Analysemanager und Preserved Analyses
• Transformationen mit Sicherheitsbedingungen

Schritt 1: Pass-Gerüst anlegen

Ein Pass wird in Klassenstruktur, Run-Methode, IR-Einheit und Rückgabewert gegliedert. Die Unterschiede zwischen Modul-, Funktions-, CGSCC- und Loop-Pässen werden geklärt.

Schritt 2: Analyseergebnisse nutzen

Dominanz, Loop-Informationen und weitere Analysen werden als Voraussetzung für Transformationen betrachtet. Ungültigkeiten werden über Preserved Analyses bewusst gesteuert.

Schritt 3: IR ändern

Eine kleine Transformation wird mit klarer Vorbedingung durchgeführt. Danach werden Verifier, Tests und Vergleich der IR-Ausgabe verwendet, um die Änderung abzusichern.

Kapitel 3: Pipeline-Erweiterung und Testbarkeit

Inhaltsverzeichnis

• PassBuilder und Pipeline-Registrierung
• opt-basierte Ausführung
• lit und FileCheck

Schritt 1: Pipeline anbinden

Der Pass wird in eine ausführbare Pipeline eingebunden. Dabei werden Namensgebung, Plugin-Mechanik und Positionierung innerhalb bestehender Optimierungen betrachtet.

Schritt 2: Ausführung reproduzieren

Kleine IR-Dateien werden als stabile Eingaben verwendet. Ausgaben werden so reduziert, dass Ursache und Wirkung einer Transformation sichtbar bleiben.

Schritt 3: Regressionstests schreiben

Tests prüfen positive Fälle, negative Fälle und Grenzsituationen. FileCheck-Muster werden nicht übergenau formuliert, damit fachliche Erwartungen im Vordergrund bleiben.