python - 从 LLVM JIT 调用 Python 代码

Question

我用 python 编写了一个语言分析器/解析器/编译器，稍后应该在 LLVM JIT-VM(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)我看到一个问题，当我的代码想要调用 Python 代码(通常)，或者与 Python 词法分析器交互时/parser/compiler(特别是)分别。我主要担心的是，代码应该能够在运行时将额外代码动态加载到 VM 中，因此它必须从 VM 内部触发 Python 中的整个词法分析器/解析器/编译器链。

首先:这是否可能，或者虚拟机启动后是否“不可更改”？

如果是，我目前看到 3 种可能的解决方案(我愿意接受其他建议)

• “突破”虚拟机并使其可以直接调用主进程的 Python 函数(可能通过将其注册为 LLVM 函数，以某种方式重定向到主进程)。我没有发现任何关于此的信息，而且我不确定这是否是个好主意(安全等)。
• 将运行时(运行时静态或动态)编译成 LLVM-Assembly/-IR。这要求 IR 代码能够修改它在其中运行的 VM
• 将运行时(静态)编译成一个库并将其直接加载到 VM 中。同样，它必须能够向其运行的 VM 添加功能(等)。

Answer 1

正如 Eli 所说，这并不能阻止您调用 Python C-API。当您从 LLVM JIT 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，您甚至可以与调用 ExecutionEngine 的事件解释器交互，或者如果需要，您可以旋转一个新的 Python 解释器。

为了让您开始，请使用我们的评估程序创建一个新的 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);
}

这里有一个小的 Makefile 来编译它:

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 的常用样板开始，但使用 ctypes 将我们的 cbits.so 共享库的共享对象加载到全局进程空间中，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 ctypes 分配一个带有一些 Python 源代码的字符串，并将指针传递给运行我们模块中的 JIT 函数的 ExecutionEngine，后者又将 Python 源代码传递给 C 函数调用 Python C-API，然后返回到 LLVM JIT。

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)

您应该得到以下输出:

=======================================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!