Seminar LLVM JIT-Compiler mit ORC und Runtime-Integration

Das Seminar behandelt den Aufbau eines JIT-Compilers mit der ORC-Infrastruktur. Es verbindet IR-Erzeugung, Optimierung, Symbolauflösung, Materialisierung und Laufzeitintegration zu einem nachvollziehbaren Gesamtmodell.

Drei Tage sind sinnvoll, weil JIT-Compiler neben Compiler-Grundlagen auch Linker-, Runtime- und Nebenläufigkeitsaspekte enthalten. Die Übungen führen von einem minimalen JIT zu einer strukturierten Integration.

Kapitel 1: JIT-Architektur und ORC-Bausteine

Inhaltsverzeichnis

• Execution Session und JITDylibs
• ThreadSafeModule und ThreadSafeContext
• Materialisierung und Symbolmodell

Schritt 1: Architektur skizzieren

Die ORC-Bausteine werden als Laufzeitarchitektur eingeordnet. Execution Session, JITDylibs, Layer und Symboltabellen werden voneinander getrennt.

Schritt 2: IR sicher übergeben

Module und Kontexte werden über ThreadSafe-Strukturen verwaltet. Dadurch werden Eigentum, Lebensdauer und parallele Kompilierung kontrollierbar.

Schritt 3: Symbole modellieren

Definitionen, Deklarationen und externe Symbole werden unterschieden. Sichtbarkeit und Linkage werden mit dem Laufzeitmodell abgeglichen.

Kapitel 2: Kompilierung, Linking und Ausführung

Inhaltsverzeichnis

• IR-Optimierung vor JIT-Ausführung
• Object Linking Layer
• Funktionsaufruf aus Host-Code

Schritt 1: Modul vorbereiten

LLVM IR wird vor der JIT-Ausführung validiert und optional optimiert. Zielmaschine, Datenlayout und Target-Triple werden konsistent gesetzt.

Schritt 2: Objekte materialisieren

Die JIT-Kompilierung erzeugt ausführbare Einheiten. Relokationen, externe Abhängigkeiten und Linker-Schritte werden nachvollzogen.

Schritt 3: Funktion ausführen

Ein Symbol wird gesucht, in eine aufrufbare Adresse überführt und mit passender Signatur verwendet. Fehlerfälle durch falsche Signaturen werden bewusst vermieden.

Kapitel 3: Runtime-Integration und Diagnose

Inhaltsverzeichnis

• Externe Funktionen und Host-Schnittstellen
• Lazy Compilation und Lebensdauer
• Fehlersuche in JIT-Szenarien

Schritt 1: Runtime anbinden

Host-Funktionen werden für JIT-Code verfügbar gemacht. Namensauflösung, C-ABI-nahe Schnittstellen und globale Zustände werden kontrolliert behandelt.

Schritt 2: Kompilierung verzögern

Lazy-Strategien werden eingeordnet, um Startkosten und Laufzeitkosten abzuwägen. Die Auswirkungen auf Symbolauflösung und Fehlerzeitpunkt werden betrachtet.

Schritt 3: Fehler isolieren

Typische Probleme wie fehlende Symbole, falsches Datenlayout, ungültige IR oder inkonsistente Lebensdauer werden Schritt für Schritt eingegrenzt.