自定义 LLVM 后端的技巧

Kotlin/Native 编译器使用 LLVM 来针对不同的目标平台进行优化, 并生成二进制可执行文件. 编译时间中有相当一部分也耗费在 LLVM 上, 对于大型应用程序, 这可能会导致耗时长到无法接受.

你可以自定义 Kotlin/Native 使用 LLVM 的方式, 并调整优化 pass 的列表.

检查构建日志

让我们查看构建日志, 了解编译时间中有多少花费在 LLVM 优化 pass 上:

使用 -Pkotlin.internal.compiler.arguments.log.level=warning 选项运行 linkRelease* Gradle task, 让 Gradle 输出 LLVM 性能分析的详细信息, 例如:
./gradlew linkReleaseExecutableMacosArm64 -Pkotlin.internal.compiler.arguments.log.level=warning
在执行过程中, task 会打印输出必要的编译器参数, 例如:
> Task :linkReleaseExecutableMacosArm64 Run in-process tool "konanc" Entry point method = org.jetbrains.kotlin.cli.utilities.MainKt.daemonMain Classpath = [ /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/konan/lib/kotlin-native-compiler-embeddable.jar /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/konan/lib/trove4j.jar ] Arguments = [ -Xinclude=... -library /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/klib/common/stdlib -no-endorsed-libs -nostdlib ... ]
使用提供的参数加上 -Xprofile-phases 参数, 运行命令行编译器, 例如:
/Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/bin/kotlinc-native \ -Xinclude=... \ -library /Users/user/.konan/kotlin-native-prebuilt-macos-aarch64-2.2.0/klib/common/stdlib \ ... \ -Xprofile-phases
查看构建日志中生成的输出. 日志可能包含数万行; 包含 LLVM 性能分析的部分在最末尾.

以下是对一个简单 Kotlin/Native 程序运行时的输出节选:

Frontend: 275 msec
PsiToIr: 1186 msec
...
... 30k lines
...
LinkBitcodeDependencies: 476 msec
StackProtectorPhase: 0 msec
MandatoryBitcodeLLVMPostprocessingPhase: 2 msec
===-------------------------------------------------------------------------===
                          Pass execution timing report
===-------------------------------------------------------------------------===
  Total Execution Time: 6.7726 seconds (6.7192 wall clock)

   ---User Time---   --System Time--   --User+System--   ---Wall Time---  --- Name ---
   0.9778 ( 22.4%)   0.5043 ( 21.0%)   1.4821 ( 21.9%)   1.4628 ( 21.8%)  InstCombinePass
   0.3827 (  8.8%)   0.2497 ( 10.4%)   0.6323 (  9.3%)   0.6283 (  9.4%)  InlinerPass
   0.2815 (  6.4%)   0.1792 (  7.5%)   0.4608 (  6.8%)   0.4555 (  6.8%)  SimplifyCFGPass
...
   0.6444 (100.0%)   0.5474 (100.0%)   1.1917 (100.0%)   1.1870 (100.0%)  Total

ModuleBitcodeOptimization: 8118 msec
...
LTOBitcodeOptimization: 1399 msec
...

Kotlin/Native 编译器运行两个独立的 LLVM 优化序列: 模块 pass 和链接时(link-time) pass. 对于一次典型的编译, 这两个管道(pipeline)依次运行, 唯一真正的区别在于它们运行的 LLVM 优化 pass 不同.

在上面的日志中, 两个 LLVM 优化是 ModuleBitcodeOptimization 和 LTOBitcodeOptimization. 格式化的表格是优化的输出, 包含每个 pass 耗费的时间.

自定义 LLVM 优化 pass

如果上述某个 pass 耗费的时间看起来过长, 你可以跳过它. 但是, 这可能会损害运行时性能, 因此你应该在之后检查性能基准测试的变化.

目前, 没有直接的方法来禁用特定的 pass. 但是, 你可以使用以下编译器选项, 来提供一个新的 pass 列表来运行:

选项	Release 二进制文件的默认值
`-Xllvm-module-passes`	`"default<O3>"`
`-Xllvm-lto-passes`	`"internalize,globaldce,lto<O3>"`

默认值会展开为一个很长的实际 pass 列表, 你需要从中排除不需要的 pass.

要获取实际的 pass 列表, 请运行 opt 工具, 它会随 LLVM 发行版自动下载到 ~/.konan/dependencies/llvm-{VERSION}-{ARCH}-{OS}-dev-{BUILD}/bin 目录.

例如, 要获取链接时 pass 的列表, 请运行:

opt -print-pipeline-passes -passes="internalize,globaldce,lto<O3>" < /dev/null

这个命令会输出一个警告, 和一个很长的 pass 列表, 具体内容取决于 LLVM 版本.

opt 工具的 pass 列表与 Kotlin/Native 编译器实际运行的 pass 之间有两个区别:

由于 opt 是调试工具, 它包含一个或多个 verify pass, 而这些 pass 通常不会运行.
Kotlin/Native 禁用了 devirt pass, 因为 Kotlin 编译器自己已经执行了这些操作.

禁用任何 pass 之后, 一定要重新运行性能测试, 检查运行时性能的降低是否在可接受的范围内.

2026/09/29