llvm/docs/DebuggingJITedCode.rst

   1 =====================
   2 Debugging JIT-ed Code
   3 =====================
   4
   5 Background
   6 ==========
   7
   8 Without special runtime support, debugging dynamically generated code can be
   9 quite painful.  Debuggers generally read debug information from object files on
  10 disk, but for JITed code there is no such file to look for.
  11
  12 In order to hand over the necessary debug info, `GDB established an
  13 interface <https://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb/JIT-Interface.html>`_
  14 for registering JITed code with debuggers. LLDB implements it in the
  15 JITLoaderGDB plugin.  On the JIT side, LLVM MCJIT does implement the interface
  16 for ELF object files.
  17
  18 At a high level, whenever MCJIT generates new machine code, it does so in an
  19 in-memory object file that contains the debug information in DWARF format.
  20 MCJIT then adds this in-memory object file to a global list of dynamically
  21 generated object files and calls a special function
  22 ``__jit_debug_register_code`` that the debugger knows about. When the debugger
  23 attaches to a process, it puts a breakpoint in this function and associates a
  24 special handler with it.  Once MCJIT calls the registration function, the
  25 debugger catches the breakpoint signal, loads the new object file from the
  26 inferior's memory and resumes execution.  This way it can obtain debug
  27 information for pure in-memory object files.
  28
  29
  30 GDB Version
  31 ===========
  32
  33 In order to debug code JIT-ed by LLVM, you need GDB 7.0 or newer, which is
  34 available on most modern distributions of Linux.  The version of GDB that
  35 Apple ships with Xcode has been frozen at 6.3 for a while.
  36
  37
  38 LLDB Version
  39 ============
  40
  41 Due to a regression in release 6.0, LLDB didn't support JITed code debugging for
  42 a while.  The bug was fixed in mainline recently, so that debugging JITed ELF
  43 objects should be possible again from the upcoming release 12.0 on. On macOS the
  44 feature must be enabled explicitly using the ``plugin.jit-loader.gdb.enable``
  45 setting.
  46
  47
  48 Debugging MCJIT-ed code
  49 =======================
  50
  51 The emerging MCJIT component of LLVM allows full debugging of JIT-ed code with
  52 GDB.  This is due to MCJIT's ability to use the MC emitter to provide full
  53 DWARF debugging information to GDB.
  54
  55 Note that lli has to be passed the ``--jit-kind=mcjit`` flag to JIT the code
  56 with MCJIT instead of the newer ORC JIT.
  57
  58 Example
  59 -------
  60
  61 Consider the following C code (with line numbers added to make the example
  62 easier to follow):
  63
  64 ..
  65    FIXME:
  66    Sphinx has the ability to automatically number these lines by adding
  67    :linenos: on the line immediately following the `.. code-block:: c`, but
  68    it looks like garbage; the line numbers don't even line up with the
  69    lines. Is this a Sphinx bug, or is it a CSS problem?
  70
  71 .. code-block:: c
  72
  73    1   int compute_factorial(int n)
  74    2   {
  75    3       if (n <= 1)
  76    4           return 1;
  77    5
  78    6       int f = n;
  79    7       while (--n > 1)
  80    8           f *= n;
  81    9       return f;
  82    10  }
  83    11
  84    12
  85    13  int main(int argc, char** argv)
  86    14  {
  87    15      if (argc < 2)
  88    16          return -1;
  89    17      char firstletter = argv[1][0];
  90    18      int result = compute_factorial(firstletter - '0');
  91    19
  92    20      // Returned result is clipped at 255...
  93    21      return result;
  94    22  }
  95
  96 Here is a sample command line session that shows how to build and run this
  97 code via ``lli`` inside LLDB:
  98
  99 .. code-block:: bash
 100
 101    > export BINPATH=/workspaces/llvm-project/build/bin
 102    > $BINPATH/clang -g -S -emit-llvm --target=x86_64-unknown-unknown-elf showdebug.c
 103    > lldb $BINPATH/lli
 104    (lldb) target create "/workspaces/llvm-project/build/bin/lli"
 105    Current executable set to '/workspaces/llvm-project/build/bin/lli' (x86_64).
 106    (lldb) settings set plugin.jit-loader.gdb.enable on
 107    (lldb) b compute_factorial
 108    Breakpoint 1: no locations (pending).
 109    WARNING:  Unable to resolve breakpoint to any actual locations.
 110    (lldb) run --jit-kind=mcjit showdebug.ll 5
 111    1 location added to breakpoint 1
 112    Process 21340 stopped
 113    * thread #1, name = 'lli', stop reason = breakpoint 1.1
 114       frame #0: 0x00007ffff7fd0007 JIT(0x45c2cb0)`compute_factorial(n=5) at showdebug.c:3:11
 115       1    int compute_factorial(int n)
 116       2    {
 117    -> 3        if (n <= 1)
 118       4            return 1;
 119       5        int f = n;
 120       6        while (--n > 1)
 121       7            f *= n;
 122    (lldb) p n
 123    (int) $0 = 5
 124    (lldb) b showdebug.c:9
 125    Breakpoint 2: where = JIT(0x45c2cb0)`compute_factorial + 60 at showdebug.c:9:1, address = 0x00007ffff7fd003c
 126    (lldb) c
 127    Process 21340 resuming
 128    Process 21340 stopped
 129    * thread #1, name = 'lli', stop reason = breakpoint 2.1
 130       frame #0: 0x00007ffff7fd003c JIT(0x45c2cb0)`compute_factorial(n=1) at showdebug.c:9:1
 131       6        while (--n > 1)
 132       7            f *= n;
 133       8        return f;
 134    -> 9    }
 135       10
 136       11   int main(int argc, char** argv)
 137       12   {
 138    (lldb) p f
 139    (int) $1 = 120
 140    (lldb) bt
 141    * thread #1, name = 'lli', stop reason = breakpoint 2.1
 142    * frame #0: 0x00007ffff7fd003c JIT(0x45c2cb0)`compute_factorial(n=1) at showdebug.c:9:1
 143       frame #1: 0x00007ffff7fd0095 JIT(0x45c2cb0)`main(argc=2, argv=0x00000000046122f0) at showdebug.c:16:18
 144       frame #2: 0x0000000002a8306e lli`llvm::MCJIT::runFunction(this=0x000000000458ed10, F=0x0000000004589ff8, ArgValues=ArrayRef<llvm::GenericValue> @ 0x00007fffffffc798) at MCJIT.cpp:554:31
 145       frame #3: 0x00000000029bdb45 lli`llvm::ExecutionEngine::runFunctionAsMain(this=0x000000000458ed10, Fn=0x0000000004589ff8, argv=size=0, envp=0x00007fffffffe140) at ExecutionEngine.cpp:467:10
 146       frame #4: 0x0000000001f2fc2f lli`main(argc=4, argv=0x00007fffffffe118, envp=0x00007fffffffe140) at lli.cpp:643:18
 147       frame #5: 0x00007ffff788c09b libc.so.6`__libc_start_main(main=(lli`main at lli.cpp:387), argc=4, argv=0x00007fffffffe118, init=<unavailable>, fini=<unavailable>, rtld_fini=<unavailable>, stack_end=0x00007fffffffe108) at libc-start.c:308:16
 148       frame #6: 0x0000000001f2dc7a lli`_start + 42
 149    (lldb) finish
 150    Process 21340 stopped
 151    * thread #1, name = 'lli', stop reason = step out
 152    Return value: (int) $2 = 120
 153
 154       frame #0: 0x00007ffff7fd0095 JIT(0x45c2cb0)`main(argc=2, argv=0x00000000046122f0) at showdebug.c:16:9
 155       13       if (argc < 2)
 156       14           return -1;
 157       15       char firstletter = argv[1][0];
 158    -> 16       int result = compute_factorial(firstletter - '0');
 159       17
 160       18       // Returned result is clipped at 255...
 161       19       return result;
 162    (lldb) p result
 163    (int) $3 = 73670648
 164    (lldb) n
 165    Process 21340 stopped
 166    * thread #1, name = 'lli', stop reason = step over
 167       frame #0: 0x00007ffff7fd0098 JIT(0x45c2cb0)`main(argc=2, argv=0x00000000046122f0) at showdebug.c:19:12
 168       16       int result = compute_factorial(firstletter - '0');
 169       17
 170       18       // Returned result is clipped at 255...
 171    -> 19       return result;
 172       20   }
 173    (lldb) p result
 174    (int) $4 = 120
 175    (lldb) expr result=42
 176    (int) $5 = 42
 177    (lldb) p result
 178    (int) $6 = 42
 179    (lldb) c
 180    Process 21340 resuming
 181    Process 21340 exited with status = 42 (0x0000002a)
 182    (lldb) exit