从LLVM JIT调用Python代码

Question

我用python编写了一种语言lexer/解析器/编译器，以后应该在LLVM (使用llvm-py)中运行。前两个步骤现在非常简单，但是(即使我还没有开始编译任务)，当我的代码想调用Python (一般情况下)，或者分别与Python/解析器/编译器交互(特别是)时，我发现了一个问题。我主要关心的是，代码应该能够在运行时动态地将额外的代码加载到VM中，因此它必须从VM内部触发Python中的整个lexer/解析器/编译器链。

首先:这是可能的吗?或者VM一旦启动就“不可变”了吗？

如果是的话，我目前看到了3种可能的解决方案(我愿意听取其他建议)

• VM的“爆发”，使直接调用主进程的Python函数成为可能(可能通过将其注册为LLVM-函数，该函数以某种方式重定向到主进程)。我没有找到关于这个的任何东西，而且我也不确定，这是否是一个好主意(安全等等)。
• 将运行时(在运行时静态地或动态地)编译到LLVM-Assembly/-IR中。这就要求IR代码能够修改它在其中运行的VM。
• 将运行时(静态)编译到库中，并将其直接加载到VM中。同样，它必须能够将函数(等等)添加到它运行的VM中。

Answer 1

就像Eli说的，没有阻止您调用Python。当您从llvmpy内部调用外部函数时，它实际上只是在进程空间上使用dlopen()，因此如果您从llvmpy内部运行，您已经可以访问所有Python解释器符号，甚至可以与调用ExecutionEngine的活动解释器交互，或者在需要时可以旋转一个新的ExecutionEngine解释器。

为了让您开始，使用我们的评估器创建一个新的C文件。

#include <Python.h>

void python_eval(const char* s)
{
    PyCodeObject* code = (PyCodeObject*) Py_CompileString(s, "example", Py_file_input);

    PyObject* main_module = PyImport_AddModule("__main__");
    PyObject* global_dict = PyModule_GetDict(main_module);
    PyObject* local_dict = PyDict_New();
    PyObject* obj = PyEval_EvalCode(code, global_dict, local_dict);

    PyObject* result = PyObject_Str(obj);

    // Print the result if you want.
    // PyObject_Print(result, stdout, 0);
}

下面是编译它的一个小Makefile：

CC = gcc
LPYTHON = $(shell python-config --includes)
CFLAGS = -shared -fPIC -lpthread $(LPYTHON)

.PHONY: all clean

all:
    $(CC) $(CFLAGS) cbits.c -o cbits.so

clean:
    -rm cbits.c

然后，我们从LLVM常用的样板开始，但是使用ctype将cbits.so共享库的共享对象加载到全局进程空间，这样我们就有了python_eval符号。然后只需创建一个带有函数的简单LLVM模块，使用带有ctype的Python源代码分配一个字符串，并从我们的模块传递指向运行JIT'd函数的ExecutionEngine的指针，该指针依次将Python源传递给调用Python的C-函数，然后返回给LLVM。

import llvm.core as lc
import llvm.ee as le

import ctypes
import inspect

ctypes._dlopen('./cbits.so', ctypes.RTLD_GLOBAL)

pointer = lc.Type.pointer

i32 = lc.Type.int(32)
i64 = lc.Type.int(64)

char_type  = lc.Type.int(8)
string_type = pointer(char_type)

zero = lc.Constant.int(i64, 0)

def build():
    mod = lc.Module.new('call python')
    evalfn = lc.Function.new(mod,
        lc.Type.function(lc.Type.void(),
        [string_type], False), "python_eval")

    funty = lc.Type.function(lc.Type.void(), [string_type])

    fn = lc.Function.new(mod, funty, "call")
    fn_arg0 = fn.args[0]
    fn_arg0.name = "input"

    block = fn.append_basic_block("entry")
    builder = lc.Builder.new(block)

    builder.call(evalfn, [fn_arg0])
    builder.ret_void()

    return fn, mod

def run(fn, mod, buf):

    tm = le.TargetMachine.new(features='', cm=le.CM_JITDEFAULT)
    eb = le.EngineBuilder.new(mod)
    engine = eb.create(tm)

    ptr = ctypes.cast(buf, ctypes.c_voidp)
    ax = le.GenericValue.pointer(ptr.value)

    print 'IR'.center(80, '=')
    print mod

    mod.verify()
    print 'Assembly'.center(80, '=')
    print mod.to_native_assembly()

    print 'Result'.center(80, '=')
    engine.run_function(fn, [ax])

if __name__ == '__main__':
    # If you want to evaluate the source of an existing function
    # source_str = inspect.getsource(mypyfn)

    # If you want to pass a source string
    source_str = "print 'Hello from Python C-API inside of LLVM!'"

    buf = ctypes.create_string_buffer(source_str)
    fn, mod = build()
    run(fn, mod, buf)

您应该输出以下内容：

=======================================IR=======================================
; ModuleID = 'call python'

declare void @python_eval(i8*)

define void @call(i8* %input) {
entry:
  call void @python_eval(i8* %input)
  ret void
}
=====================================Result=====================================
Hello from Python C-API inside of LLVM!

Answer 2

您可以从LLVM JIT编辑的代码中调用外部C函数。您还需要些什么?

这些外部函数将在执行过程中找到，这意味着如果将Python链接到VM中，则可以调用Python的can函数。

"VM“可能没有您想象的那么神奇:-)最后，它只是在运行时被发送到一个缓冲区并从那里执行的机器代码。只要该代码能够访问它正在运行的进程中的其他符号，它就可以完成该进程中任何其他代码所能做的任何事情。