Merge from vendor branch NTPD:
[dragonfly.git] / contrib / libpcap-0.8.3 / optimize.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1988, 1989, 1990, 1991, 1993, 1994, 1995, 1996
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that: (1) source code distributions
7  * retain the above copyright notice and this paragraph in its entirety, (2)
8  * distributions including binary code include the above copyright notice and
9  * this paragraph in its entirety in the documentation or other materials
10  * provided with the distribution, and (3) all advertising materials mentioning
11  * features or use of this software display the following acknowledgement:
12  * ``This product includes software developed by the University of California,
13  * Lawrence Berkeley Laboratory and its contributors.'' Neither the name of
14  * the University nor the names of its contributors may be used to endorse
15  * or promote products derived from this software without specific prior
16  * written permission.
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED ``AS IS'' AND WITHOUT ANY EXPRESS OR IMPLIED
18  * WARRANTIES, INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTIES OF
19  * MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
20  *
21  *  Optimization module for tcpdump intermediate representation.
22  */
23 #ifndef lint
24 static const char rcsid[] _U_ =
25     "@(#) $Header: /tcpdump/master/libpcap/optimize.c,v 1.76.2.3 2003/12/22 00:26:36 guy Exp $ (LBL)";
26 #endif
27
28 #ifdef HAVE_CONFIG_H
29 #include "config.h"
30 #endif
31
32 #include <stdio.h>
33 #include <stdlib.h>
34 #include <memory.h>
35
36 #include <errno.h>
37
38 #include "pcap-int.h"
39
40 #include "gencode.h"
41
42 #ifdef HAVE_OS_PROTO_H
43 #include "os-proto.h"
44 #endif
45
46 #ifdef BDEBUG
47 extern int dflag;
48 #endif
49
50 #define A_ATOM BPF_MEMWORDS
51 #define X_ATOM (BPF_MEMWORDS+1)
52
53 #define NOP -1
54
55 /*
56  * This define is used to represent *both* the accumulator and
57  * x register in use-def computations.
58  * Currently, the use-def code assumes only one definition per instruction.
59  */
60 #define AX_ATOM N_ATOMS
61
62 /*
63  * A flag to indicate that further optimization is needed.
64  * Iterative passes are continued until a given pass yields no
65  * branch movement.
66  */
67 static int done;
68
69 /*
70  * A block is marked if only if its mark equals the current mark.
71  * Rather than traverse the code array, marking each item, 'cur_mark' is
72  * incremented.  This automatically makes each element unmarked.
73  */
74 static int cur_mark;
75 #define isMarked(p) ((p)->mark == cur_mark)
76 #define unMarkAll() cur_mark += 1
77 #define Mark(p) ((p)->mark = cur_mark)
78
79 static void opt_init(struct block *);
80 static void opt_cleanup(void);
81
82 static void make_marks(struct block *);
83 static void mark_code(struct block *);
84
85 static void intern_blocks(struct block *);
86
87 static int eq_slist(struct slist *, struct slist *);
88
89 static void find_levels_r(struct block *);
90
91 static void find_levels(struct block *);
92 static void find_dom(struct block *);
93 static void propedom(struct edge *);
94 static void find_edom(struct block *);
95 static void find_closure(struct block *);
96 static int atomuse(struct stmt *);
97 static int atomdef(struct stmt *);
98 static void compute_local_ud(struct block *);
99 static void find_ud(struct block *);
100 static void init_val(void);
101 static int F(int, int, int);
102 static inline void vstore(struct stmt *, int *, int, int);
103 static void opt_blk(struct block *, int);
104 static int use_conflict(struct block *, struct block *);
105 static void opt_j(struct edge *);
106 static void or_pullup(struct block *);
107 static void and_pullup(struct block *);
108 static void opt_blks(struct block *, int);
109 static inline void link_inedge(struct edge *, struct block *);
110 static void find_inedges(struct block *);
111 static void opt_root(struct block **);
112 static void opt_loop(struct block *, int);
113 static void fold_op(struct stmt *, int, int);
114 static inline struct slist *this_op(struct slist *);
115 static void opt_not(struct block *);
116 static void opt_peep(struct block *);
117 static void opt_stmt(struct stmt *, int[], int);
118 static void deadstmt(struct stmt *, struct stmt *[]);
119 static void opt_deadstores(struct block *);
120 static struct block *fold_edge(struct block *, struct edge *);
121 static inline int eq_blk(struct block *, struct block *);
122 static int slength(struct slist *);
123 static int count_blocks(struct block *);
124 static void number_blks_r(struct block *);
125 static int count_stmts(struct block *);
126 static int convert_code_r(struct block *);
127 #ifdef BDEBUG
128 static void opt_dump(struct block *);
129 #endif
130
131 static int n_blocks;
132 struct block **blocks;
133 static int n_edges;
134 struct edge **edges;
135
136 /*
137  * A bit vector set representation of the dominators.
138  * We round up the set size to the next power of two.
139  */
140 static int nodewords;
141 static int edgewords;
142 struct block **levels;
143 bpf_u_int32 *space;
144 #define BITS_PER_WORD (8*sizeof(bpf_u_int32))
145 /*
146  * True if a is in uset {p}
147  */
148 #define SET_MEMBER(p, a) \
149 ((p)[(unsigned)(a) / BITS_PER_WORD] & (1 << ((unsigned)(a) % BITS_PER_WORD)))
150
151 /*
152  * Add 'a' to uset p.
153  */
154 #define SET_INSERT(p, a) \
155 (p)[(unsigned)(a) / BITS_PER_WORD] |= (1 << ((unsigned)(a) % BITS_PER_WORD))
156
157 /*
158  * Delete 'a' from uset p.
159  */
160 #define SET_DELETE(p, a) \
161 (p)[(unsigned)(a) / BITS_PER_WORD] &= ~(1 << ((unsigned)(a) % BITS_PER_WORD))
162
163 /*
164  * a := a intersect b
165  */
166 #define SET_INTERSECT(a, b, n)\
167 {\
168         register bpf_u_int32 *_x = a, *_y = b;\
169         register int _n = n;\
170         while (--_n >= 0) *_x++ &= *_y++;\
171 }
172
173 /*
174  * a := a - b
175  */
176 #define SET_SUBTRACT(a, b, n)\
177 {\
178         register bpf_u_int32 *_x = a, *_y = b;\
179         register int _n = n;\
180         while (--_n >= 0) *_x++ &=~ *_y++;\
181 }
182
183 /*
184  * a := a union b
185  */
186 #define SET_UNION(a, b, n)\
187 {\
188         register bpf_u_int32 *_x = a, *_y = b;\
189         register int _n = n;\
190         while (--_n >= 0) *_x++ |= *_y++;\
191 }
192
193 static uset all_dom_sets;
194 static uset all_closure_sets;
195 static uset all_edge_sets;
196
197 #ifndef MAX
198 #define MAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b))
199 #endif
200
201 static void
202 find_levels_r(b)
203         struct block *b;
204 {
205         int level;
206
207         if (isMarked(b))
208                 return;
209
210         Mark(b);
211         b->link = 0;
212
213         if (JT(b)) {
214                 find_levels_r(JT(b));
215                 find_levels_r(JF(b));
216                 level = MAX(JT(b)->level, JF(b)->level) + 1;
217         } else
218                 level = 0;
219         b->level = level;
220         b->link = levels[level];
221         levels[level] = b;
222 }
223
224 /*
225  * Level graph.  The levels go from 0 at the leaves to
226  * N_LEVELS at the root.  The levels[] array points to the
227  * first node of the level list, whose elements are linked
228  * with the 'link' field of the struct block.
229  */
230 static void
231 find_levels(root)
232         struct block *root;
233 {
234         memset((char *)levels, 0, n_blocks * sizeof(*levels));
235         unMarkAll();
236         find_levels_r(root);
237 }
238
239 /*
240  * Find dominator relationships.
241  * Assumes graph has been leveled.
242  */
243 static void
244 find_dom(root)
245         struct block *root;
246 {
247         int i;
248         struct block *b;
249         bpf_u_int32 *x;
250
251         /*
252          * Initialize sets to contain all nodes.
253          */
254         x = all_dom_sets;
255         i = n_blocks * nodewords;
256         while (--i >= 0)
257                 *x++ = ~0;
258         /* Root starts off empty. */
259         for (i = nodewords; --i >= 0;)
260                 root->dom[i] = 0;
261
262         /* root->level is the highest level no found. */
263         for (i = root->level; i >= 0; --i) {
264                 for (b = levels[i]; b; b = b->link) {
265                         SET_INSERT(b->dom, b->id);
266                         if (JT(b) == 0)
267                                 continue;
268                         SET_INTERSECT(JT(b)->dom, b->dom, nodewords);
269                         SET_INTERSECT(JF(b)->dom, b->dom, nodewords);
270                 }
271         }
272 }
273
274 static void
275 propedom(ep)
276         struct edge *ep;
277 {
278         SET_INSERT(ep->edom, ep->id);
279         if (ep->succ) {
280                 SET_INTERSECT(ep->succ->et.edom, ep->edom, edgewords);
281                 SET_INTERSECT(ep->succ->ef.edom, ep->edom, edgewords);
282         }
283 }
284
285 /*
286  * Compute edge dominators.
287  * Assumes graph has been leveled and predecessors established.
288  */
289 static void
290 find_edom(root)
291         struct block *root;
292 {
293         int i;
294         uset x;
295         struct block *b;
296
297         x = all_edge_sets;
298         for (i = n_edges * edgewords; --i >= 0; )
299                 x[i] = ~0;
300
301         /* root->level is the highest level no found. */
302         memset(root->et.edom, 0, edgewords * sizeof(*(uset)0));
303         memset(root->ef.edom, 0, edgewords * sizeof(*(uset)0));
304         for (i = root->level; i >= 0; --i) {
305                 for (b = levels[i]; b != 0; b = b->link) {
306                         propedom(&b->et);
307                         propedom(&b->ef);
308                 }
309         }
310 }
311
312 /*
313  * Find the backwards transitive closure of the flow graph.  These sets
314  * are backwards in the sense that we find the set of nodes that reach
315  * a given node, not the set of nodes that can be reached by a node.
316  *
317  * Assumes graph has been leveled.
318  */
319 static void
320 find_closure(root)
321         struct block *root;
322 {
323         int i;
324         struct block *b;
325
326         /*
327          * Initialize sets to contain no nodes.
328          */
329         memset((char *)all_closure_sets, 0,
330               n_blocks * nodewords * sizeof(*all_closure_sets));
331
332         /* root->level is the highest level no found. */
333         for (i = root->level; i >= 0; --i) {
334                 for (b = levels[i]; b; b = b->link) {
335                         SET_INSERT(b->closure, b->id);
336                         if (JT(b) == 0)
337                                 continue;
338                         SET_UNION(JT(b)->closure, b->closure, nodewords);
339                         SET_UNION(JF(b)->closure, b->closure, nodewords);
340                 }
341         }
342 }
343
344 /*
345  * Return the register number that is used by s.  If A and X are both
346  * used, return AX_ATOM.  If no register is used, return -1.
347  *
348  * The implementation should probably change to an array access.
349  */
350 static int
351 atomuse(s)
352         struct stmt *s;
353 {
354         register int c = s->code;
355
356         if (c == NOP)
357                 return -1;
358
359         switch (BPF_CLASS(c)) {
360
361         case BPF_RET:
362                 return (BPF_RVAL(c) == BPF_A) ? A_ATOM :
363                         (BPF_RVAL(c) == BPF_X) ? X_ATOM : -1;
364
365         case BPF_LD:
366         case BPF_LDX:
367                 return (BPF_MODE(c) == BPF_IND) ? X_ATOM :
368                         (BPF_MODE(c) == BPF_MEM) ? s->k : -1;
369
370         case BPF_ST:
371                 return A_ATOM;
372
373         case BPF_STX:
374                 return X_ATOM;
375
376         case BPF_JMP:
377         case BPF_ALU:
378                 if (BPF_SRC(c) == BPF_X)
379                         return AX_ATOM;
380                 return A_ATOM;
381
382         case BPF_MISC:
383                 return BPF_MISCOP(c) == BPF_TXA ? X_ATOM : A_ATOM;
384         }
385         abort();
386         /* NOTREACHED */
387 }
388
389 /*
390  * Return the register number that is defined by 's'.  We assume that
391  * a single stmt cannot define more than one register.  If no register
392  * is defined, return -1.
393  *
394  * The implementation should probably change to an array access.
395  */
396 static int
397 atomdef(s)
398         struct stmt *s;
399 {
400         if (s->code == NOP)
401                 return -1;
402
403         switch (BPF_CLASS(s->code)) {
404
405         case BPF_LD:
406         case BPF_ALU:
407                 return A_ATOM;
408
409         case BPF_LDX:
410                 return X_ATOM;
411
412         case BPF_ST:
413         case BPF_STX:
414                 return s->k;
415
416         case BPF_MISC:
417                 return BPF_MISCOP(s->code) == BPF_TAX ? X_ATOM : A_ATOM;
418         }
419         return -1;
420 }
421
422 static void
423 compute_local_ud(b)
424         struct block *b;
425 {
426         struct slist *s;
427         atomset def = 0, use = 0, kill = 0;
428         int atom;
429
430         for (s = b->stmts; s; s = s->next) {
431                 if (s->s.code == NOP)
432                         continue;
433                 atom = atomuse(&s->s);
434                 if (atom >= 0) {
435                         if (atom == AX_ATOM) {
436                                 if (!ATOMELEM(def, X_ATOM))
437                                         use |= ATOMMASK(X_ATOM);
438                                 if (!ATOMELEM(def, A_ATOM))
439                                         use |= ATOMMASK(A_ATOM);
440                         }
441                         else if (atom < N_ATOMS) {
442                                 if (!ATOMELEM(def, atom))
443                                         use |= ATOMMASK(atom);
444                         }
445                         else
446                                 abort();
447                 }
448                 atom = atomdef(&s->s);
449                 if (atom >= 0) {
450                         if (!ATOMELEM(use, atom))
451                                 kill |= ATOMMASK(atom);
452                         def |= ATOMMASK(atom);
453                 }
454         }
455         if (!ATOMELEM(def, A_ATOM) && BPF_CLASS(b->s.code) == BPF_JMP)
456                 use |= ATOMMASK(A_ATOM);
457
458         b->def = def;
459         b->kill = kill;
460         b->in_use = use;
461 }
462
463 /*
464  * Assume graph is already leveled.
465  */
466 static void
467 find_ud(root)
468         struct block *root;
469 {
470         int i, maxlevel;
471         struct block *p;
472
473         /*
474          * root->level is the highest level no found;
475          * count down from there.
476          */
477         maxlevel = root->level;
478         for (i = maxlevel; i >= 0; --i)
479                 for (p = levels[i]; p; p = p->link) {
480                         compute_local_ud(p);
481                         p->out_use = 0;
482                 }
483
484         for (i = 1; i <= maxlevel; ++i) {
485                 for (p = levels[i]; p; p = p->link) {
486                         p->out_use |= JT(p)->in_use | JF(p)->in_use;
487                         p->in_use |= p->out_use &~ p->kill;
488                 }
489         }
490 }
491
492 /*
493  * These data structures are used in a Cocke and Shwarz style
494  * value numbering scheme.  Since the flowgraph is acyclic,
495  * exit values can be propagated from a node's predecessors
496  * provided it is uniquely defined.
497  */
498 struct valnode {
499         int code;
500         int v0, v1;
501         int val;
502         struct valnode *next;
503 };
504
505 #define MODULUS 213
506 static struct valnode *hashtbl[MODULUS];
507 static int curval;
508 static int maxval;
509
510 /* Integer constants mapped with the load immediate opcode. */
511 #define K(i) F(BPF_LD|BPF_IMM|BPF_W, i, 0L)
512
513 struct vmapinfo {
514         int is_const;
515         bpf_int32 const_val;
516 };
517
518 struct vmapinfo *vmap;
519 struct valnode *vnode_base;
520 struct valnode *next_vnode;
521
522 static void
523 init_val()
524 {
525         curval = 0;
526         next_vnode = vnode_base;
527         memset((char *)vmap, 0, maxval * sizeof(*vmap));
528         memset((char *)hashtbl, 0, sizeof hashtbl);
529 }
530
531 /* Because we really don't have an IR, this stuff is a little messy. */
532 static int
533 F(code, v0, v1)
534         int code;
535         int v0, v1;
536 {
537         u_int hash;
538         int val;
539         struct valnode *p;
540
541         hash = (u_int)code ^ (v0 << 4) ^ (v1 << 8);
542         hash %= MODULUS;
543
544         for (p = hashtbl[hash]; p; p = p->next)
545                 if (p->code == code && p->v0 == v0 && p->v1 == v1)
546                         return p->val;
547
548         val = ++curval;
549         if (BPF_MODE(code) == BPF_IMM &&
550             (BPF_CLASS(code) == BPF_LD || BPF_CLASS(code) == BPF_LDX)) {
551                 vmap[val].const_val = v0;
552                 vmap[val].is_const = 1;
553         }
554         p = next_vnode++;
555         p->val = val;
556         p->code = code;
557         p->v0 = v0;
558         p->v1 = v1;
559         p->next = hashtbl[hash];
560         hashtbl[hash] = p;
561
562         return val;
563 }
564
565 static inline void
566 vstore(s, valp, newval, alter)
567         struct stmt *s;
568         int *valp;
569         int newval;
570         int alter;
571 {
572         if (alter && *valp == newval)
573                 s->code = NOP;
574         else
575                 *valp = newval;
576 }
577
578 static void
579 fold_op(s, v0, v1)
580         struct stmt *s;
581         int v0, v1;
582 {
583         bpf_int32 a, b;
584
585         a = vmap[v0].const_val;
586         b = vmap[v1].const_val;
587
588         switch (BPF_OP(s->code)) {
589         case BPF_ADD:
590                 a += b;
591                 break;
592
593         case BPF_SUB:
594                 a -= b;
595                 break;
596
597         case BPF_MUL:
598                 a *= b;
599                 break;
600
601         case BPF_DIV:
602                 if (b == 0)
603                         bpf_error("division by zero");
604                 a /= b;
605                 break;
606
607         case BPF_AND:
608                 a &= b;
609                 break;
610
611         case BPF_OR:
612                 a |= b;
613                 break;
614
615         case BPF_LSH:
616                 a <<= b;
617                 break;
618
619         case BPF_RSH:
620                 a >>= b;
621                 break;
622
623         case BPF_NEG:
624                 a = -a;
625                 break;
626
627         default:
628                 abort();
629         }
630         s->k = a;
631         s->code = BPF_LD|BPF_IMM;
632         done = 0;
633 }
634
635 static inline struct slist *
636 this_op(s)
637         struct slist *s;
638 {
639         while (s != 0 && s->s.code == NOP)
640                 s = s->next;
641         return s;
642 }
643
644 static void
645 opt_not(b)
646         struct block *b;
647 {
648         struct block *tmp = JT(b);
649
650         JT(b) = JF(b);
651         JF(b) = tmp;
652 }
653
654 static void
655 opt_peep(b)
656         struct block *b;
657 {
658         struct slist *s;
659         struct slist *next, *last;
660         int val;
661
662         s = b->stmts;
663         if (s == 0)
664                 return;
665
666         last = s;
667         while (1) {
668                 s = this_op(s);
669                 if (s == 0)
670                         break;
671                 next = this_op(s->next);
672                 if (next == 0)
673                         break;
674                 last = next;
675
676                 /*
677                  * st  M[k]     -->     st  M[k]
678                  * ldx M[k]             tax
679                  */
680                 if (s->s.code == BPF_ST &&
681                     next->s.code == (BPF_LDX|BPF_MEM) &&
682                     s->s.k == next->s.k) {
683                         done = 0;
684                         next->s.code = BPF_MISC|BPF_TAX;
685                 }
686                 /*
687                  * ld  #k       -->     ldx  #k
688                  * tax                  txa
689                  */
690                 if (s->s.code == (BPF_LD|BPF_IMM) &&
691                     next->s.code == (BPF_MISC|BPF_TAX)) {
692                         s->s.code = BPF_LDX|BPF_IMM;
693                         next->s.code = BPF_MISC|BPF_TXA;
694                         done = 0;
695                 }
696                 /*
697                  * This is an ugly special case, but it happens
698                  * when you say tcp[k] or udp[k] where k is a constant.
699                  */
700                 if (s->s.code == (BPF_LD|BPF_IMM)) {
701                         struct slist *add, *tax, *ild;
702
703                         /*
704                          * Check that X isn't used on exit from this
705                          * block (which the optimizer might cause).
706                          * We know the code generator won't generate
707                          * any local dependencies.
708                          */
709                         if (ATOMELEM(b->out_use, X_ATOM))
710                                 break;
711
712                         if (next->s.code != (BPF_LDX|BPF_MSH|BPF_B))
713                                 add = next;
714                         else
715                                 add = this_op(next->next);
716                         if (add == 0 || add->s.code != (BPF_ALU|BPF_ADD|BPF_X))
717                                 break;
718
719                         tax = this_op(add->next);
720                         if (tax == 0 || tax->s.code != (BPF_MISC|BPF_TAX))
721                                 break;
722
723                         ild = this_op(tax->next);
724                         if (ild == 0 || BPF_CLASS(ild->s.code) != BPF_LD ||
725                             BPF_MODE(ild->s.code) != BPF_IND)
726                                 break;
727                         /*
728                          * XXX We need to check that X is not
729                          * subsequently used.  We know we can eliminate the
730                          * accumulator modifications since it is defined
731                          * by the last stmt of this sequence.
732                          *
733                          * We want to turn this sequence:
734                          *
735                          * (004) ldi     #0x2           {s}
736                          * (005) ldxms   [14]           {next}  -- optional
737                          * (006) addx                   {add}
738                          * (007) tax                    {tax}
739                          * (008) ild     [x+0]          {ild}
740                          *
741                          * into this sequence:
742                          *
743                          * (004) nop
744                          * (005) ldxms   [14]
745                          * (006) nop
746                          * (007) nop
747                          * (008) ild     [x+2]
748                          *
749                          */
750                         ild->s.k += s->s.k;
751                         s->s.code = NOP;
752                         add->s.code = NOP;
753                         tax->s.code = NOP;
754                         done = 0;
755                 }
756                 s = next;
757         }
758         /*
759          * If we have a subtract to do a comparison, and the X register
760          * is a known constant, we can merge this value into the
761          * comparison.
762          */
763         if (BPF_OP(b->s.code) == BPF_JEQ) {
764                 if (last->s.code == (BPF_ALU|BPF_SUB|BPF_X) &&
765                     !ATOMELEM(b->out_use, A_ATOM)) {
766                         val = b->val[X_ATOM];
767                         if (vmap[val].is_const) {
768                                 /*
769                                  * sub x  ->    nop
770                                  * jeq #y       jeq #(x+y)
771                                  */
772                                 b->s.k += vmap[val].const_val;
773                                 last->s.code = NOP;
774                                 done = 0;
775                         } else if (b->s.k == 0) {
776                                 /*
777                                  * sub #x  ->   nop
778                                  * jeq #0       jeq #x
779                                  */
780                                 last->s.code = NOP;
781                                 b->s.code = BPF_CLASS(b->s.code) |
782                                         BPF_OP(b->s.code) | BPF_X;
783                                 done = 0;
784                         }
785                 }
786                 /*
787                  * Likewise, a constant subtract can be simplified.
788                  */
789                 else if (last->s.code == (BPF_ALU|BPF_SUB|BPF_K) &&
790                          !ATOMELEM(b->out_use, A_ATOM)) {
791
792                         last->s.code = NOP;
793                         b->s.k += last->s.k;
794                         done = 0;
795                 }
796         }
797         /*
798          * and #k       nop
799          * jeq #0  ->   jset #k
800          */
801         if (last->s.code == (BPF_ALU|BPF_AND|BPF_K) &&
802             !ATOMELEM(b->out_use, A_ATOM) && b->s.k == 0) {
803                 b->s.k = last->s.k;
804                 b->s.code = BPF_JMP|BPF_K|BPF_JSET;
805                 last->s.code = NOP;
806                 done = 0;
807                 opt_not(b);
808         }
809         /*
810          * jset #0        ->   never
811          * jset #ffffffff ->   always
812          */
813         if (b->s.code == (BPF_JMP|BPF_K|BPF_JSET)) {
814                 if (b->s.k == 0)
815                         JT(b) = JF(b);
816                 if (b->s.k == 0xffffffff)
817                         JF(b) = JT(b);
818         }
819         /*
820          * If the accumulator is a known constant, we can compute the
821          * comparison result.
822          */
823         val = b->val[A_ATOM];
824         if (vmap[val].is_const && BPF_SRC(b->s.code) == BPF_K) {
825                 bpf_int32 v = vmap[val].const_val;
826                 switch (BPF_OP(b->s.code)) {
827
828                 case BPF_JEQ:
829                         v = v == b->s.k;
830                         break;
831
832                 case BPF_JGT:
833                         v = (unsigned)v > b->s.k;
834                         break;
835
836                 case BPF_JGE:
837                         v = (unsigned)v >= b->s.k;
838                         break;
839
840                 case BPF_JSET:
841                         v &= b->s.k;
842                         break;
843
844                 default:
845                         abort();
846                 }
847                 if (JF(b) != JT(b))
848                         done = 0;
849                 if (v)
850                         JF(b) = JT(b);
851                 else
852                         JT(b) = JF(b);
853         }
854 }
855
856 /*
857  * Compute the symbolic value of expression of 's', and update
858  * anything it defines in the value table 'val'.  If 'alter' is true,
859  * do various optimizations.  This code would be cleaner if symbolic
860  * evaluation and code transformations weren't folded together.
861  */
862 static void
863 opt_stmt(s, val, alter)
864         struct stmt *s;
865         int val[];
866         int alter;
867 {
868         int op;
869         int v;
870
871         switch (s->code) {
872
873         case BPF_LD|BPF_ABS|BPF_W:
874         case BPF_LD|BPF_ABS|BPF_H:
875         case BPF_LD|BPF_ABS|BPF_B:
876                 v = F(s->code, s->k, 0L);
877                 vstore(s, &val[A_ATOM], v, alter);
878                 break;
879
880         case BPF_LD|BPF_IND|BPF_W:
881         case BPF_LD|BPF_IND|BPF_H:
882         case BPF_LD|BPF_IND|BPF_B:
883                 v = val[X_ATOM];
884                 if (alter && vmap[v].is_const) {
885                         s->code = BPF_LD|BPF_ABS|BPF_SIZE(s->code);
886                         s->k += vmap[v].const_val;
887                         v = F(s->code, s->k, 0L);
888                         done = 0;
889                 }
890                 else
891                         v = F(s->code, s->k, v);
892                 vstore(s, &val[A_ATOM], v, alter);
893                 break;
894
895         case BPF_LD|BPF_LEN:
896                 v = F(s->code, 0L, 0L);
897                 vstore(s, &val[A_ATOM], v, alter);
898                 break;
899
900         case BPF_LD|BPF_IMM:
901                 v = K(s->k);
902                 vstore(s, &val[A_ATOM], v, alter);
903                 break;
904
905         case BPF_LDX|BPF_IMM:
906                 v = K(s->k);
907                 vstore(s, &val[X_ATOM], v, alter);
908                 break;
909
910         case BPF_LDX|BPF_MSH|BPF_B:
911                 v = F(s->code, s->k, 0L);
912                 vstore(s, &val[X_ATOM], v, alter);
913                 break;
914
915         case BPF_ALU|BPF_NEG:
916                 if (alter && vmap[val[A_ATOM]].is_const) {
917                         s->code = BPF_LD|BPF_IMM;
918                         s->k = -vmap[val[A_ATOM]].const_val;
919                         val[A_ATOM] = K(s->k);
920                 }
921                 else
922                         val[A_ATOM] = F(s->code, val[A_ATOM], 0L);
923                 break;
924
925         case BPF_ALU|BPF_ADD|BPF_K:
926         case BPF_ALU|BPF_SUB|BPF_K:
927         case BPF_ALU|BPF_MUL|BPF_K:
928         case BPF_ALU|BPF_DIV|BPF_K:
929         case BPF_ALU|BPF_AND|BPF_K:
930         case BPF_ALU|BPF_OR|BPF_K:
931         case BPF_ALU|BPF_LSH|BPF_K:
932         case BPF_ALU|BPF_RSH|BPF_K:
933                 op = BPF_OP(s->code);
934                 if (alter) {
935                         if (s->k == 0) {
936                                 /* don't optimize away "sub #0"
937                                  * as it may be needed later to
938                                  * fixup the generated math code */
939                                 if (op == BPF_ADD ||
940                                     op == BPF_LSH || op == BPF_RSH ||
941                                     op == BPF_OR) {
942                                         s->code = NOP;
943                                         break;
944                                 }
945                                 if (op == BPF_MUL || op == BPF_AND) {
946                                         s->code = BPF_LD|BPF_IMM;
947                                         val[A_ATOM] = K(s->k);
948                                         break;
949                                 }
950                         }
951                         if (vmap[val[A_ATOM]].is_const) {
952                                 fold_op(s, val[A_ATOM], K(s->k));
953                                 val[A_ATOM] = K(s->k);
954                                 break;
955                         }
956                 }
957                 val[A_ATOM] = F(s->code, val[A_ATOM], K(s->k));
958                 break;
959
960         case BPF_ALU|BPF_ADD|BPF_X:
961         case BPF_ALU|BPF_SUB|BPF_X:
962         case BPF_ALU|BPF_MUL|BPF_X:
963         case BPF_ALU|BPF_DIV|BPF_X:
964         case BPF_ALU|BPF_AND|BPF_X:
965         case BPF_ALU|BPF_OR|BPF_X:
966         case BPF_ALU|BPF_LSH|BPF_X:
967         case BPF_ALU|BPF_RSH|BPF_X:
968                 op = BPF_OP(s->code);
969                 if (alter && vmap[val[X_ATOM]].is_const) {
970                         if (vmap[val[A_ATOM]].is_const) {
971                                 fold_op(s, val[A_ATOM], val[X_ATOM]);
972                                 val[A_ATOM] = K(s->k);
973                         }
974                         else {
975                                 s->code = BPF_ALU|BPF_K|op;
976                                 s->k = vmap[val[X_ATOM]].const_val;
977                                 done = 0;
978                                 val[A_ATOM] =
979                                         F(s->code, val[A_ATOM], K(s->k));
980                         }
981                         break;
982                 }
983                 /*
984                  * Check if we're doing something to an accumulator
985                  * that is 0, and simplify.  This may not seem like
986                  * much of a simplification but it could open up further
987                  * optimizations.
988                  * XXX We could also check for mul by 1, etc.
989                  */
990                 if (alter && vmap[val[A_ATOM]].is_const
991                     && vmap[val[A_ATOM]].const_val == 0) {
992                         if (op == BPF_ADD || op == BPF_OR) {
993                                 s->code = BPF_MISC|BPF_TXA;
994                                 vstore(s, &val[A_ATOM], val[X_ATOM], alter);
995                                 break;
996                         }
997                         else if (op == BPF_MUL || op == BPF_DIV ||
998                                  op == BPF_AND || op == BPF_LSH || op == BPF_RSH) {
999                                 s->code = BPF_LD|BPF_IMM;
1000                                 s->k = 0;
1001                                 vstore(s, &val[A_ATOM], K(s->k), alter);
1002                                 break;
1003                         }
1004                         else if (op == BPF_NEG) {
1005                                 s->code = NOP;
1006                                 break;
1007                         }
1008                 }
1009                 val[A_ATOM] = F(s->code, val[A_ATOM], val[X_ATOM]);
1010                 break;
1011
1012         case BPF_MISC|BPF_TXA:
1013                 vstore(s, &val[A_ATOM], val[X_ATOM], alter);
1014                 break;
1015
1016         case BPF_LD|BPF_MEM:
1017                 v = val[s->k];
1018                 if (alter && vmap[v].is_const) {
1019                         s->code = BPF_LD|BPF_IMM;
1020                         s->k = vmap[v].const_val;
1021                         done = 0;
1022                 }
1023                 vstore(s, &val[A_ATOM], v, alter);
1024                 break;
1025
1026         case BPF_MISC|BPF_TAX:
1027                 vstore(s, &val[X_ATOM], val[A_ATOM], alter);
1028                 break;
1029
1030         case BPF_LDX|BPF_MEM:
1031                 v = val[s->k];
1032                 if (alter && vmap[v].is_const) {
1033                         s->code = BPF_LDX|BPF_IMM;
1034                         s->k = vmap[v].const_val;
1035                         done = 0;
1036                 }
1037                 vstore(s, &val[X_ATOM], v, alter);
1038                 break;
1039
1040         case BPF_ST:
1041                 vstore(s, &val[s->k], val[A_ATOM], alter);
1042                 break;
1043
1044         case BPF_STX:
1045                 vstore(s, &val[s->k], val[X_ATOM], alter);
1046                 break;
1047         }
1048 }
1049
1050 static void
1051 deadstmt(s, last)
1052         register struct stmt *s;
1053         register struct stmt *last[];
1054 {
1055         register int atom;
1056
1057         atom = atomuse(s);
1058         if (atom >= 0) {
1059                 if (atom == AX_ATOM) {
1060                         last[X_ATOM] = 0;
1061                         last[A_ATOM] = 0;
1062                 }
1063                 else
1064                         last[atom] = 0;
1065         }
1066         atom = atomdef(s);
1067         if (atom >= 0) {
1068                 if (last[atom]) {
1069                         done = 0;
1070                         last[atom]->code = NOP;
1071                 }
1072                 last[atom] = s;
1073         }
1074 }
1075
1076 static void
1077 opt_deadstores(b)
1078         register struct block *b;
1079 {
1080         register struct slist *s;
1081         register int atom;
1082         struct stmt *last[N_ATOMS];
1083
1084         memset((char *)last, 0, sizeof last);
1085
1086         for (s = b->stmts; s != 0; s = s->next)
1087                 deadstmt(&s->s, last);
1088         deadstmt(&b->s, last);
1089
1090         for (atom = 0; atom < N_ATOMS; ++atom)
1091                 if (last[atom] && !ATOMELEM(b->out_use, atom)) {
1092                         last[atom]->code = NOP;
1093                         done = 0;
1094                 }
1095 }
1096
1097 static void
1098 opt_blk(b, do_stmts)
1099         struct block *b;
1100         int do_stmts;
1101 {
1102         struct slist *s;
1103         struct edge *p;
1104         int i;
1105         bpf_int32 aval;
1106
1107 #if 0
1108         for (s = b->stmts; s && s->next; s = s->next)
1109                 if (BPF_CLASS(s->s.code) == BPF_JMP) {
1110                         do_stmts = 0;
1111                         break;
1112                 }
1113 #endif
1114
1115         /*
1116          * Initialize the atom values.
1117          * If we have no predecessors, everything is undefined.
1118          * Otherwise, we inherent our values from our predecessors.
1119          * If any register has an ambiguous value (i.e. control paths are
1120          * merging) give it the undefined value of 0.
1121          */
1122         p = b->in_edges;
1123         if (p == 0)
1124                 memset((char *)b->val, 0, sizeof(b->val));
1125         else {
1126                 memcpy((char *)b->val, (char *)p->pred->val, sizeof(b->val));
1127                 while ((p = p->next) != NULL) {
1128                         for (i = 0; i < N_ATOMS; ++i)
1129                                 if (b->val[i] != p->pred->val[i])
1130                                         b->val[i] = 0;
1131                 }
1132         }
1133         aval = b->val[A_ATOM];
1134         for (s = b->stmts; s; s = s->next)
1135                 opt_stmt(&s->s, b->val, do_stmts);
1136
1137         /*
1138          * This is a special case: if we don't use anything from this
1139          * block, and we load the accumulator with value that is
1140          * already there, or if this block is a return,
1141          * eliminate all the statements.
1142          */
1143         if (do_stmts &&
1144             ((b->out_use == 0 && aval != 0 &&b->val[A_ATOM] == aval) ||
1145              BPF_CLASS(b->s.code) == BPF_RET)) {
1146                 if (b->stmts != 0) {
1147                         b->stmts = 0;
1148                         done = 0;
1149                 }
1150         } else {
1151                 opt_peep(b);
1152                 opt_deadstores(b);
1153         }
1154         /*
1155          * Set up values for branch optimizer.
1156          */
1157         if (BPF_SRC(b->s.code) == BPF_K)
1158                 b->oval = K(b->s.k);
1159         else
1160                 b->oval = b->val[X_ATOM];
1161         b->et.code = b->s.code;
1162         b->ef.code = -b->s.code;
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Return true if any register that is used on exit from 'succ', has
1167  * an exit value that is different from the corresponding exit value
1168  * from 'b'.
1169  */
1170 static int
1171 use_conflict(b, succ)
1172         struct block *b, *succ;
1173 {
1174         int atom;
1175         atomset use = succ->out_use;
1176
1177         if (use == 0)
1178                 return 0;
1179
1180         for (atom = 0; atom < N_ATOMS; ++atom)
1181                 if (ATOMELEM(use, atom))
1182                         if (b->val[atom] != succ->val[atom])
1183                                 return 1;
1184         return 0;
1185 }
1186
1187 static struct block *
1188 fold_edge(child, ep)
1189         struct block *child;
1190         struct edge *ep;
1191 {
1192         int sense;
1193         int aval0, aval1, oval0, oval1;
1194         int code = ep->code;
1195
1196         if (code < 0) {
1197                 code = -code;
1198                 sense = 0;
1199         } else
1200                 sense = 1;
1201
1202         if (child->s.code != code)
1203                 return 0;
1204
1205         aval0 = child->val[A_ATOM];
1206         oval0 = child->oval;
1207         aval1 = ep->pred->val[A_ATOM];
1208         oval1 = ep->pred->oval;
1209
1210         if (aval0 != aval1)
1211                 return 0;
1212
1213         if (oval0 == oval1)
1214                 /*
1215                  * The operands are identical, so the
1216                  * result is true if a true branch was
1217                  * taken to get here, otherwise false.
1218                  */
1219                 return sense ? JT(child) : JF(child);
1220
1221         if (sense && code == (BPF_JMP|BPF_JEQ|BPF_K))
1222                 /*
1223                  * At this point, we only know the comparison if we
1224                  * came down the true branch, and it was an equality
1225                  * comparison with a constant.  We rely on the fact that
1226                  * distinct constants have distinct value numbers.
1227                  */
1228                 return JF(child);
1229
1230         return 0;
1231 }
1232
1233 static void
1234 opt_j(ep)
1235         struct edge *ep;
1236 {
1237         register int i, k;
1238         register struct block *target;
1239
1240         if (JT(ep->succ) == 0)
1241                 return;
1242
1243         if (JT(ep->succ) == JF(ep->succ)) {
1244                 /*
1245                  * Common branch targets can be eliminated, provided
1246                  * there is no data dependency.
1247                  */
1248                 if (!use_conflict(ep->pred, ep->succ->et.succ)) {
1249                         done = 0;
1250                         ep->succ = JT(ep->succ);
1251                 }
1252         }
1253         /*
1254          * For each edge dominator that matches the successor of this
1255          * edge, promote the edge successor to the its grandchild.
1256          *
1257          * XXX We violate the set abstraction here in favor a reasonably
1258          * efficient loop.
1259          */
1260  top:
1261         for (i = 0; i < edgewords; ++i) {
1262                 register bpf_u_int32 x = ep->edom[i];
1263
1264                 while (x != 0) {
1265                         k = ffs(x) - 1;
1266                         x &=~ (1 << k);
1267                         k += i * BITS_PER_WORD;
1268
1269                         target = fold_edge(ep->succ, edges[k]);
1270                         /*
1271                          * Check that there is no data dependency between
1272                          * nodes that will be violated if we move the edge.
1273                          */
1274                         if (target != 0 && !use_conflict(ep->pred, target)) {
1275                                 done = 0;
1276                                 ep->succ = target;
1277                                 if (JT(target) != 0)
1278                                         /*
1279                                          * Start over unless we hit a leaf.
1280                                          */
1281                                         goto top;
1282                                 return;
1283                         }
1284                 }
1285         }
1286 }
1287
1288
1289 static void
1290 or_pullup(b)
1291         struct block *b;
1292 {
1293         int val, at_top;
1294         struct block *pull;
1295         struct block **diffp, **samep;
1296         struct edge *ep;
1297
1298         ep = b->in_edges;
1299         if (ep == 0)
1300                 return;
1301
1302         /*
1303          * Make sure each predecessor loads the same value.
1304          * XXX why?
1305          */
1306         val = ep->pred->val[A_ATOM];
1307         for (ep = ep->next; ep != 0; ep = ep->next)
1308                 if (val != ep->pred->val[A_ATOM])
1309                         return;
1310
1311         if (JT(b->in_edges->pred) == b)
1312                 diffp = &JT(b->in_edges->pred);
1313         else
1314                 diffp = &JF(b->in_edges->pred);
1315
1316         at_top = 1;
1317         while (1) {
1318                 if (*diffp == 0)
1319                         return;
1320
1321                 if (JT(*diffp) != JT(b))
1322                         return;
1323
1324                 if (!SET_MEMBER((*diffp)->dom, b->id))
1325                         return;
1326
1327                 if ((*diffp)->val[A_ATOM] != val)
1328                         break;
1329
1330                 diffp = &JF(*diffp);
1331                 at_top = 0;
1332         }
1333         samep = &JF(*diffp);
1334         while (1) {
1335                 if (*samep == 0)
1336                         return;
1337
1338                 if (JT(*samep) != JT(b))
1339                         return;
1340
1341                 if (!SET_MEMBER((*samep)->dom, b->id))
1342                         return;
1343
1344                 if ((*samep)->val[A_ATOM] == val)
1345                         break;
1346
1347                 /* XXX Need to check that there are no data dependencies
1348                    between dp0 and dp1.  Currently, the code generator
1349                    will not produce such dependencies. */
1350                 samep = &JF(*samep);
1351         }
1352 #ifdef notdef
1353         /* XXX This doesn't cover everything. */
1354         for (i = 0; i < N_ATOMS; ++i)
1355                 if ((*samep)->val[i] != pred->val[i])
1356                         return;
1357 #endif
1358         /* Pull up the node. */
1359         pull = *samep;
1360         *samep = JF(pull);
1361         JF(pull) = *diffp;
1362
1363         /*
1364          * At the top of the chain, each predecessor needs to point at the
1365          * pulled up node.  Inside the chain, there is only one predecessor
1366          * to worry about.
1367          */
1368         if (at_top) {
1369                 for (ep = b->in_edges; ep != 0; ep = ep->next) {
1370                         if (JT(ep->pred) == b)
1371                                 JT(ep->pred) = pull;
1372                         else
1373                                 JF(ep->pred) = pull;
1374                 }
1375         }
1376         else
1377                 *diffp = pull;
1378
1379         done = 0;
1380 }
1381
1382 static void
1383 and_pullup(b)
1384         struct block *b;
1385 {
1386         int val, at_top;
1387         struct block *pull;
1388         struct block **diffp, **samep;
1389         struct edge *ep;
1390
1391         ep = b->in_edges;
1392         if (ep == 0)
1393                 return;
1394
1395         /*
1396          * Make sure each predecessor loads the same value.
1397          */
1398         val = ep->pred->val[A_ATOM];
1399         for (ep = ep->next; ep != 0; ep = ep->next)
1400                 if (val != ep->pred->val[A_ATOM])
1401                         return;
1402
1403         if (JT(b->in_edges->pred) == b)
1404                 diffp = &JT(b->in_edges->pred);
1405         else
1406                 diffp = &JF(b->in_edges->pred);
1407
1408         at_top = 1;
1409         while (1) {
1410                 if (*diffp == 0)
1411                         return;
1412
1413                 if (JF(*diffp) != JF(b))
1414                         return;
1415
1416                 if (!SET_MEMBER((*diffp)->dom, b->id))
1417                         return;
1418
1419                 if ((*diffp)->val[A_ATOM] != val)
1420                         break;
1421
1422                 diffp = &JT(*diffp);
1423                 at_top = 0;
1424         }
1425         samep = &JT(*diffp);
1426         while (1) {
1427                 if (*samep == 0)
1428                         return;
1429
1430                 if (JF(*samep) != JF(b))
1431                         return;
1432
1433                 if (!SET_MEMBER((*samep)->dom, b->id))
1434                         return;
1435
1436                 if ((*samep)->val[A_ATOM] == val)
1437                         break;
1438
1439                 /* XXX Need to check that there are no data dependencies
1440                    between diffp and samep.  Currently, the code generator
1441                    will not produce such dependencies. */
1442                 samep = &JT(*samep);
1443         }
1444 #ifdef notdef
1445         /* XXX This doesn't cover everything. */
1446         for (i = 0; i < N_ATOMS; ++i)
1447                 if ((*samep)->val[i] != pred->val[i])
1448                         return;
1449 #endif
1450         /* Pull up the node. */
1451         pull = *samep;
1452         *samep = JT(pull);
1453         JT(pull) = *diffp;
1454
1455         /*
1456          * At the top of the chain, each predecessor needs to point at the
1457          * pulled up node.  Inside the chain, there is only one predecessor
1458          * to worry about.
1459          */
1460         if (at_top) {
1461                 for (ep = b->in_edges; ep != 0; ep = ep->next) {
1462                         if (JT(ep->pred) == b)
1463                                 JT(ep->pred) = pull;
1464                         else
1465                                 JF(ep->pred) = pull;
1466                 }
1467         }
1468         else
1469                 *diffp = pull;
1470
1471         done = 0;
1472 }
1473
1474 static void
1475 opt_blks(root, do_stmts)
1476         struct block *root;
1477         int do_stmts;
1478 {
1479         int i, maxlevel;
1480         struct block *p;
1481
1482         init_val();
1483         maxlevel = root->level;
1484
1485         find_inedges(root);
1486         for (i = maxlevel; i >= 0; --i)
1487                 for (p = levels[i]; p; p = p->link)
1488                         opt_blk(p, do_stmts);
1489
1490         if (do_stmts)
1491                 /*
1492                  * No point trying to move branches; it can't possibly
1493                  * make a difference at this point.
1494                  */
1495                 return;
1496
1497         for (i = 1; i <= maxlevel; ++i) {
1498                 for (p = levels[i]; p; p = p->link) {
1499                         opt_j(&p->et);
1500                         opt_j(&p->ef);
1501                 }
1502         }
1503
1504         find_inedges(root);
1505         for (i = 1; i <= maxlevel; ++i) {
1506                 for (p = levels[i]; p; p = p->link) {
1507                         or_pullup(p);
1508                         and_pullup(p);
1509                 }
1510         }
1511 }
1512
1513 static inline void
1514 link_inedge(parent, child)
1515         struct edge *parent;
1516         struct block *child;
1517 {
1518         parent->next = child->in_edges;
1519         child->in_edges = parent;
1520 }
1521
1522 static void
1523 find_inedges(root)
1524         struct block *root;
1525 {
1526         int i;
1527         struct block *b;
1528
1529         for (i = 0; i < n_blocks; ++i)
1530                 blocks[i]->in_edges = 0;
1531
1532         /*
1533          * Traverse the graph, adding each edge to the predecessor
1534          * list of its successors.  Skip the leaves (i.e. level 0).
1535          */
1536         for (i = root->level; i > 0; --i) {
1537                 for (b = levels[i]; b != 0; b = b->link) {
1538                         link_inedge(&b->et, JT(b));
1539                         link_inedge(&b->ef, JF(b));
1540                 }
1541         }
1542 }
1543
1544 static void
1545 opt_root(b)
1546         struct block **b;
1547 {
1548         struct slist *tmp, *s;
1549
1550         s = (*b)->stmts;
1551         (*b)->stmts = 0;
1552         while (BPF_CLASS((*b)->s.code) == BPF_JMP && JT(*b) == JF(*b))
1553                 *b = JT(*b);
1554
1555         tmp = (*b)->stmts;
1556         if (tmp != 0)
1557                 sappend(s, tmp);
1558         (*b)->stmts = s;
1559
1560         /*
1561          * If the root node is a return, then there is no
1562          * point executing any statements (since the bpf machine
1563          * has no side effects).
1564          */
1565         if (BPF_CLASS((*b)->s.code) == BPF_RET)
1566                 (*b)->stmts = 0;
1567 }
1568
1569 static void
1570 opt_loop(root, do_stmts)
1571         struct block *root;
1572         int do_stmts;
1573 {
1574
1575 #ifdef BDEBUG
1576         if (dflag > 1) {
1577                 printf("opt_loop(root, %d) begin\n", do_stmts);
1578                 opt_dump(root);
1579         }
1580 #endif
1581         do {
1582                 done = 1;
1583                 find_levels(root);
1584                 find_dom(root);
1585                 find_closure(root);
1586                 find_ud(root);
1587                 find_edom(root);
1588                 opt_blks(root, do_stmts);
1589 #ifdef BDEBUG
1590                 if (dflag > 1) {
1591                         printf("opt_loop(root, %d) bottom, done=%d\n", do_stmts, done);
1592                         opt_dump(root);
1593                 }
1594 #endif
1595         } while (!done);
1596 }
1597
1598 /*
1599  * Optimize the filter code in its dag representation.
1600  */
1601 void
1602 bpf_optimize(rootp)
1603         struct block **rootp;
1604 {
1605         struct block *root;
1606
1607         root = *rootp;
1608
1609         opt_init(root);
1610         opt_loop(root, 0);
1611         opt_loop(root, 1);
1612         intern_blocks(root);
1613 #ifdef BDEBUG
1614         if (dflag > 1) {
1615                 printf("after intern_blocks()\n");
1616                 opt_dump(root);
1617         }
1618 #endif
1619         opt_root(rootp);
1620 #ifdef BDEBUG
1621         if (dflag > 1) {
1622                 printf("after opt_root()\n");
1623                 opt_dump(root);
1624         }
1625 #endif
1626         opt_cleanup();
1627 }
1628
1629 static void
1630 make_marks(p)
1631         struct block *p;
1632 {
1633         if (!isMarked(p)) {
1634                 Mark(p);
1635                 if (BPF_CLASS(p->s.code) != BPF_RET) {
1636                         make_marks(JT(p));
1637                         make_marks(JF(p));
1638                 }
1639         }
1640 }
1641
1642 /*
1643  * Mark code array such that isMarked(i) is true
1644  * only for nodes that are alive.
1645  */
1646 static void
1647 mark_code(p)
1648         struct block *p;
1649 {
1650         cur_mark += 1;
1651         make_marks(p);
1652 }
1653
1654 /*
1655  * True iff the two stmt lists load the same value from the packet into
1656  * the accumulator.
1657  */
1658 static int
1659 eq_slist(x, y)
1660         struct slist *x, *y;
1661 {
1662         while (1) {
1663                 while (x && x->s.code == NOP)
1664                         x = x->next;
1665                 while (y && y->s.code == NOP)
1666                         y = y->next;
1667                 if (x == 0)
1668                         return y == 0;
1669                 if (y == 0)
1670                         return x == 0;
1671                 if (x->s.code != y->s.code || x->s.k != y->s.k)
1672                         return 0;
1673                 x = x->next;
1674                 y = y->next;
1675         }
1676 }
1677
1678 static inline int
1679 eq_blk(b0, b1)
1680         struct block *b0, *b1;
1681 {
1682         if (b0->s.code == b1->s.code &&
1683             b0->s.k == b1->s.k &&
1684             b0->et.succ == b1->et.succ &&
1685             b0->ef.succ == b1->ef.succ)
1686                 return eq_slist(b0->stmts, b1->stmts);
1687         return 0;
1688 }
1689
1690 static void
1691 intern_blocks(root)
1692         struct block *root;
1693 {
1694         struct block *p;
1695         int i, j;
1696         int done;
1697  top:
1698         done = 1;
1699         for (i = 0; i < n_blocks; ++i)
1700                 blocks[i]->link = 0;
1701
1702         mark_code(root);
1703
1704         for (i = n_blocks - 1; --i >= 0; ) {
1705                 if (!isMarked(blocks[i]))
1706                         continue;
1707                 for (j = i + 1; j < n_blocks; ++j) {
1708                         if (!isMarked(blocks[j]))
1709                                 continue;
1710                         if (eq_blk(blocks[i], blocks[j])) {
1711                                 blocks[i]->link = blocks[j]->link ?
1712                                         blocks[j]->link : blocks[j];
1713                                 break;
1714                         }
1715                 }
1716         }
1717         for (i = 0; i < n_blocks; ++i) {
1718                 p = blocks[i];
1719                 if (JT(p) == 0)
1720                         continue;
1721                 if (JT(p)->link) {
1722                         done = 0;
1723                         JT(p) = JT(p)->link;
1724                 }
1725                 if (JF(p)->link) {
1726                         done = 0;
1727                         JF(p) = JF(p)->link;
1728                 }
1729         }
1730         if (!done)
1731                 goto top;
1732 }
1733
1734 static void
1735 opt_cleanup()
1736 {
1737         free((void *)vnode_base);
1738         free((void *)vmap);
1739         free((void *)edges);
1740         free((void *)space);
1741         free((void *)levels);
1742         free((void *)blocks);
1743 }
1744
1745 /*
1746  * Return the number of stmts in 's'.
1747  */
1748 static int
1749 slength(s)
1750         struct slist *s;
1751 {
1752         int n = 0;
1753
1754         for (; s; s = s->next)
1755                 if (s->s.code != NOP)
1756                         ++n;
1757         return n;
1758 }
1759
1760 /*
1761  * Return the number of nodes reachable by 'p'.
1762  * All nodes should be initially unmarked.
1763  */
1764 static int
1765 count_blocks(p)
1766         struct block *p;
1767 {
1768         if (p == 0 || isMarked(p))
1769                 return 0;
1770         Mark(p);
1771         return count_blocks(JT(p)) + count_blocks(JF(p)) + 1;
1772 }
1773
1774 /*
1775  * Do a depth first search on the flow graph, numbering the
1776  * the basic blocks, and entering them into the 'blocks' array.`
1777  */
1778 static void
1779 number_blks_r(p)
1780         struct block *p;
1781 {
1782         int n;
1783
1784         if (p == 0 || isMarked(p))
1785                 return;
1786
1787         Mark(p);
1788         n = n_blocks++;
1789         p->id = n;
1790         blocks[n] = p;
1791
1792         number_blks_r(JT(p));
1793         number_blks_r(JF(p));
1794 }
1795
1796 /*
1797  * Return the number of stmts in the flowgraph reachable by 'p'.
1798  * The nodes should be unmarked before calling.
1799  *
1800  * Note that "stmts" means "instructions", and that this includes
1801  *
1802  *      side-effect statements in 'p' (slength(p->stmts));
1803  *
1804  *      statements in the true branch from 'p' (count_stmts(JT(p)));
1805  *
1806  *      statements in the false branch from 'p' (count_stmts(JF(p)));
1807  *
1808  *      the conditional jump itself (1);
1809  *
1810  *      an extra long jump if the true branch requires it (p->longjt);
1811  *
1812  *      an extra long jump if the false branch requires it (p->longjf).
1813  */
1814 static int
1815 count_stmts(p)
1816         struct block *p;
1817 {
1818         int n;
1819
1820         if (p == 0 || isMarked(p))
1821                 return 0;
1822         Mark(p);
1823         n = count_stmts(JT(p)) + count_stmts(JF(p));
1824         return slength(p->stmts) + n + 1 + p->longjt + p->longjf;
1825 }
1826
1827 /*
1828  * Allocate memory.  All allocation is done before optimization
1829  * is begun.  A linear bound on the size of all data structures is computed
1830  * from the total number of blocks and/or statements.
1831  */
1832 static void
1833 opt_init(root)
1834         struct block *root;
1835 {
1836         bpf_u_int32 *p;
1837         int i, n, max_stmts;
1838
1839         /*
1840          * First, count the blocks, so we can malloc an array to map
1841          * block number to block.  Then, put the blocks into the array.
1842          */
1843         unMarkAll();
1844         n = count_blocks(root);
1845         blocks = (struct block **)malloc(n * sizeof(*blocks));
1846         if (blocks == NULL)
1847                 bpf_error("malloc");
1848         unMarkAll();
1849         n_blocks = 0;
1850         number_blks_r(root);
1851
1852         n_edges = 2 * n_blocks;
1853         edges = (struct edge **)malloc(n_edges * sizeof(*edges));
1854         if (edges == NULL)
1855                 bpf_error("malloc");
1856
1857         /*
1858          * The number of levels is bounded by the number of nodes.
1859          */
1860         levels = (struct block **)malloc(n_blocks * sizeof(*levels));
1861         if (levels == NULL)
1862                 bpf_error("malloc");
1863
1864         edgewords = n_edges / (8 * sizeof(bpf_u_int32)) + 1;
1865         nodewords = n_blocks / (8 * sizeof(bpf_u_int32)) + 1;
1866
1867         /* XXX */
1868         space = (bpf_u_int32 *)malloc(2 * n_blocks * nodewords * sizeof(*space)
1869                                  + n_edges * edgewords * sizeof(*space));
1870         if (space == NULL)
1871                 bpf_error("malloc");
1872         p = space;
1873         all_dom_sets = p;
1874         for (i = 0; i < n; ++i) {
1875                 blocks[i]->dom = p;
1876                 p += nodewords;
1877         }
1878         all_closure_sets = p;
1879         for (i = 0; i < n; ++i) {
1880                 blocks[i]->closure = p;
1881                 p += nodewords;
1882         }
1883         all_edge_sets = p;
1884         for (i = 0; i < n; ++i) {
1885                 register struct block *b = blocks[i];
1886
1887                 b->et.edom = p;
1888                 p += edgewords;
1889                 b->ef.edom = p;
1890                 p += edgewords;
1891                 b->et.id = i;
1892                 edges[i] = &b->et;
1893                 b->ef.id = n_blocks + i;
1894                 edges[n_blocks + i] = &b->ef;
1895                 b->et.pred = b;
1896                 b->ef.pred = b;
1897         }
1898         max_stmts = 0;
1899         for (i = 0; i < n; ++i)
1900                 max_stmts += slength(blocks[i]->stmts) + 1;
1901         /*
1902          * We allocate at most 3 value numbers per statement,
1903          * so this is an upper bound on the number of valnodes
1904          * we'll need.
1905          */
1906         maxval = 3 * max_stmts;
1907         vmap = (struct vmapinfo *)malloc(maxval * sizeof(*vmap));
1908         vnode_base = (struct valnode *)malloc(maxval * sizeof(*vnode_base));
1909         if (vmap == NULL || vnode_base == NULL)
1910                 bpf_error("malloc");
1911 }
1912
1913 /*
1914  * Some pointers used to convert the basic block form of the code,
1915  * into the array form that BPF requires.  'fstart' will point to
1916  * the malloc'd array while 'ftail' is used during the recursive traversal.
1917  */
1918 static struct bpf_insn *fstart;
1919 static struct bpf_insn *ftail;
1920
1921 #ifdef BDEBUG
1922 int bids[1000];
1923 #endif
1924
1925 /*
1926  * Returns true if successful.  Returns false if a branch has
1927  * an offset that is too large.  If so, we have marked that
1928  * branch so that on a subsequent iteration, it will be treated
1929  * properly.
1930  */
1931 static int
1932 convert_code_r(p)
1933         struct block *p;
1934 {
1935         struct bpf_insn *dst;
1936         struct slist *src;
1937         int slen;
1938         u_int off;
1939         int extrajmps;          /* number of extra jumps inserted */
1940         struct slist **offset = NULL;
1941
1942         if (p == 0 || isMarked(p))
1943                 return (1);
1944         Mark(p);
1945
1946         if (convert_code_r(JF(p)) == 0)
1947                 return (0);
1948         if (convert_code_r(JT(p)) == 0)
1949                 return (0);
1950
1951         slen = slength(p->stmts);
1952         dst = ftail -= (slen + 1 + p->longjt + p->longjf);
1953                 /* inflate length by any extra jumps */
1954
1955         p->offset = dst - fstart;
1956
1957         /* generate offset[] for convenience  */
1958         if (slen) {
1959                 offset = (struct slist **)calloc(slen, sizeof(struct slist *));
1960                 if (!offset) {
1961                         bpf_error("not enough core");
1962                         /*NOTREACHED*/
1963                 }
1964         }
1965         src = p->stmts;
1966         for (off = 0; off < slen && src; off++) {
1967 #if 0
1968                 printf("off=%d src=%x\n", off, src);
1969 #endif
1970                 offset[off] = src;
1971                 src = src->next;
1972         }
1973
1974         off = 0;
1975         for (src = p->stmts; src; src = src->next) {
1976                 if (src->s.code == NOP)
1977                         continue;
1978                 dst->code = (u_short)src->s.code;
1979                 dst->k = src->s.k;
1980
1981                 /* fill block-local relative jump */
1982                 if (BPF_CLASS(src->s.code) != BPF_JMP || src->s.code == (BPF_JMP|BPF_JA)) {
1983 #if 0
1984                         if (src->s.jt || src->s.jf) {
1985                                 bpf_error("illegal jmp destination");
1986                                 /*NOTREACHED*/
1987                         }
1988 #endif
1989                         goto filled;
1990                 }
1991                 if (off == slen - 2)    /*???*/
1992                         goto filled;
1993
1994             {
1995                 int i;
1996                 int jt, jf;
1997                 char *ljerr = "%s for block-local relative jump: off=%d";
1998
1999 #if 0
2000                 printf("code=%x off=%d %x %x\n", src->s.code,
2001                         off, src->s.jt, src->s.jf);
2002 #endif
2003
2004                 if (!src->s.jt || !src->s.jf) {
2005                         bpf_error(ljerr, "no jmp destination", off);
2006                         /*NOTREACHED*/
2007                 }
2008
2009                 jt = jf = 0;
2010                 for (i = 0; i < slen; i++) {
2011                         if (offset[i] == src->s.jt) {
2012                                 if (jt) {
2013                                         bpf_error(ljerr, "multiple matches", off);
2014                                         /*NOTREACHED*/
2015                                 }
2016
2017                                 dst->jt = i - off - 1;
2018                                 jt++;
2019                         }
2020                         if (offset[i] == src->s.jf) {
2021                                 if (jf) {
2022                                         bpf_error(ljerr, "multiple matches", off);
2023                                         /*NOTREACHED*/
2024                                 }
2025                                 dst->jf = i - off - 1;
2026                                 jf++;
2027                         }
2028                 }
2029                 if (!jt || !jf) {
2030                         bpf_error(ljerr, "no destination found", off);
2031                         /*NOTREACHED*/
2032                 }
2033             }
2034 filled:
2035                 ++dst;
2036                 ++off;
2037         }
2038         if (offset)
2039                 free(offset);
2040
2041 #ifdef BDEBUG
2042         bids[dst - fstart] = p->id + 1;
2043 #endif
2044         dst->code = (u_short)p->s.code;
2045         dst->k = p->s.k;
2046         if (JT(p)) {
2047                 extrajmps = 0;
2048                 off = JT(p)->offset - (p->offset + slen) - 1;
2049                 if (off >= 256) {
2050                     /* offset too large for branch, must add a jump */
2051                     if (p->longjt == 0) {
2052                         /* mark this instruction and retry */
2053                         p->longjt++;
2054                         return(0);
2055                     }
2056                     /* branch if T to following jump */
2057                     dst->jt = extrajmps;
2058                     extrajmps++;
2059                     dst[extrajmps].code = BPF_JMP|BPF_JA;
2060                     dst[extrajmps].k = off - extrajmps;
2061                 }
2062                 else
2063                     dst->jt = off;
2064                 off = JF(p)->offset - (p->offset + slen) - 1;
2065                 if (off >= 256) {
2066                     /* offset too large for branch, must add a jump */
2067                     if (p->longjf == 0) {
2068                         /* mark this instruction and retry */
2069                         p->longjf++;
2070                         return(0);
2071                     }
2072                     /* branch if F to following jump */
2073                     /* if two jumps are inserted, F goes to second one */
2074                     dst->jf = extrajmps;
2075                     extrajmps++;
2076                     dst[extrajmps].code = BPF_JMP|BPF_JA;
2077                     dst[extrajmps].k = off - extrajmps;
2078                 }
2079                 else
2080                     dst->jf = off;
2081         }
2082         return (1);
2083 }
2084
2085
2086 /*
2087  * Convert flowgraph intermediate representation to the
2088  * BPF array representation.  Set *lenp to the number of instructions.
2089  */
2090 struct bpf_insn *
2091 icode_to_fcode(root, lenp)
2092         struct block *root;
2093         int *lenp;
2094 {
2095         int n;
2096         struct bpf_insn *fp;
2097
2098         /*
2099          * Loop doing convert_code_r() until no branches remain
2100          * with too-large offsets.
2101          */
2102         while (1) {
2103             unMarkAll();
2104             n = *lenp = count_stmts(root);
2105
2106             fp = (struct bpf_insn *)malloc(sizeof(*fp) * n);
2107             if (fp == NULL)
2108                     bpf_error("malloc");
2109             memset((char *)fp, 0, sizeof(*fp) * n);
2110             fstart = fp;
2111             ftail = fp + n;
2112
2113             unMarkAll();
2114             if (convert_code_r(root))
2115                 break;
2116             free(fp);
2117         }
2118
2119         return fp;
2120 }
2121
2122 /*
2123  * Make a copy of a BPF program and put it in the "fcode" member of
2124  * a "pcap_t".
2125  *
2126  * If we fail to allocate memory for the copy, fill in the "errbuf"
2127  * member of the "pcap_t" with an error message, and return -1;
2128  * otherwise, return 0.
2129  */
2130 int
2131 install_bpf_program(pcap_t *p, struct bpf_program *fp)
2132 {
2133         size_t prog_size;
2134
2135         /*
2136          * Free up any already installed program.
2137          */
2138         pcap_freecode(&p->fcode);
2139
2140         prog_size = sizeof(*fp->bf_insns) * fp->bf_len;
2141         p->fcode.bf_len = fp->bf_len;
2142         p->fcode.bf_insns = (struct bpf_insn *)malloc(prog_size);
2143         if (p->fcode.bf_insns == NULL) {
2144                 snprintf(p->errbuf, sizeof(p->errbuf),
2145                          "malloc: %s", pcap_strerror(errno));
2146                 return (-1);
2147         }
2148         memcpy(p->fcode.bf_insns, fp->bf_insns, prog_size);
2149         return (0);
2150 }
2151
2152 #ifdef BDEBUG
2153 static void
2154 opt_dump(root)
2155         struct block *root;
2156 {
2157         struct bpf_program f;
2158
2159         memset(bids, 0, sizeof bids);
2160         f.bf_insns = icode_to_fcode(root, &f.bf_len);
2161         bpf_dump(&f, 1);
2162         putchar('\n');
2163         free((char *)f.bf_insns);
2164 }
2165 #endif