lib/ExecutionEngine/RuntimeDyld/RuntimeDyldImpl.h

   1 //===-- RuntimeDyldImpl.h - Run-time dynamic linker for MC-JIT --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // Interface for the implementations of runtime dynamic linker facilities.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_RUNTIME_DYLD_IMPL_H
  15 #define LLVM_RUNTIME_DYLD_IMPL_H
  16
  17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  19 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  20 #include "llvm/ADT/Triple.h"
  21 #include "llvm/ExecutionEngine/ObjectImage.h"
  22 #include "llvm/ExecutionEngine/RuntimeDyld.h"
  23 #include "llvm/Object/ObjectFile.h"
  24 #include "llvm/Support/Debug.h"
  25 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  26 #include "llvm/Support/Format.h"
  27 #include "llvm/Support/Host.h"
  28 #include "llvm/Support/SwapByteOrder.h"
  29 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  30 #include "llvm/Support/system_error.h"
  31 #include <map>
  32
  33 using namespace llvm;
  34 using namespace llvm::object;
  35
  36 namespace llvm {
  37
  38 class ObjectBuffer;
  39 class Twine;
  40
  41
  42 /// SectionEntry - represents a section emitted into memory by the dynamic
  43 /// linker.
  44 class SectionEntry {
  45 public:
  46   /// Name - section name.
  47   StringRef Name;
  48
  49   /// Address - address in the linker's memory where the section resides.
  50   uint8_t *Address;
  51
  52   /// Size - section size. Doesn't include the stubs.
  53   size_t Size;
  54
  55   /// LoadAddress - the address of the section in the target process's memory.
  56   /// Used for situations in which JIT-ed code is being executed in the address
  57   /// space of a separate process.  If the code executes in the same address
  58   /// space where it was JIT-ed, this just equals Address.
  59   uint64_t LoadAddress;
  60
  61   /// StubOffset - used for architectures with stub functions for far
  62   /// relocations (like ARM).
  63   uintptr_t StubOffset;
  64
  65   /// ObjAddress - address of the section in the in-memory object file.  Used
  66   /// for calculating relocations in some object formats (like MachO).
  67   uintptr_t ObjAddress;
  68
  69   SectionEntry(StringRef name, uint8_t *address, size_t size,
  70                uintptr_t objAddress)
  71     : Name(name), Address(address), Size(size), LoadAddress((uintptr_t)address),
  72       StubOffset(size), ObjAddress(objAddress) {}
  73 };
  74
  75 /// RelocationEntry - used to represent relocations internally in the dynamic
  76 /// linker.
  77 class RelocationEntry {
  78 public:
  79   /// SectionID - the section this relocation points to.
  80   unsigned SectionID;
  81
  82   /// Offset - offset into the section.
  83   uint64_t Offset;
  84
  85   /// RelType - relocation type.
  86   uint32_t RelType;
  87
  88   /// Addend - the relocation addend encoded in the instruction itself.  Also
  89   /// used to make a relocation section relative instead of symbol relative.
  90   int64_t Addend;
  91
  92   /// SymOffset - Section offset of the relocation entry's symbol (used for GOT
  93   /// lookup).
  94   uint64_t SymOffset;
  95
  96   /// True if this is a PCRel relocation (MachO specific).
  97   bool IsPCRel;
  98
  99   /// The size of this relocation (MachO specific).
 100   unsigned Size;
 101
 102   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend)
 103     : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 104       SymOffset(0), IsPCRel(false), Size(0) {}
 105
 106   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend,
 107                   uint64_t symoffset)
 108     : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 109       SymOffset(symoffset), IsPCRel(false), Size(0) {}
 110
 111   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend,
 112                   bool IsPCRel, unsigned Size)
 113     : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 114       SymOffset(0), IsPCRel(IsPCRel), Size(Size) {}
 115 };
 116
 117 class RelocationValueRef {
 118 public:
 119   unsigned  SectionID;
 120   uint64_t  Offset;
 121   int64_t   Addend;
 122   const char *SymbolName;
 123   RelocationValueRef(): SectionID(0), Offset(0), Addend(0), SymbolName(0) {}
 124
 125   inline bool operator==(const RelocationValueRef &Other) const {
 126     return std::memcmp(this, &Other, sizeof(RelocationValueRef)) == 0;
 127   }
 128   inline bool operator <(const RelocationValueRef &Other) const {
 129     return std::memcmp(this, &Other, sizeof(RelocationValueRef)) < 0;
 130   }
 131 };
 132
 133 class RuntimeDyldImpl {
 134 protected:
 135   // The MemoryManager to load objects into.
 136   RTDyldMemoryManager *MemMgr;
 137
 138   // A list of all sections emitted by the dynamic linker.  These sections are
 139   // referenced in the code by means of their index in this list - SectionID.
 140   typedef SmallVector<SectionEntry, 64> SectionList;
 141   SectionList Sections;
 142
 143   // Keep a map of sections from object file to the SectionID which
 144   // references it.
 145   typedef std::map<SectionRef, unsigned> ObjSectionToIDMap;
 146
 147   // A global symbol table for symbols from all loaded modules.  Maps the
 148   // symbol name to a (SectionID, offset in section) pair.
 149   typedef std::pair<unsigned, uintptr_t> SymbolLoc;
 150   typedef StringMap<SymbolLoc> SymbolTableMap;
 151   SymbolTableMap GlobalSymbolTable;
 152
 153   // Pair representing the size and alignment requirement for a common symbol.
 154   typedef std::pair<unsigned, unsigned> CommonSymbolInfo;
 155   // Keep a map of common symbols to their info pairs
 156   typedef std::map<SymbolRef, CommonSymbolInfo> CommonSymbolMap;
 157
 158   // For each symbol, keep a list of relocations based on it. Anytime
 159   // its address is reassigned (the JIT re-compiled the function, e.g.),
 160   // the relocations get re-resolved.
 161   // The symbol (or section) the relocation is sourced from is the Key
 162   // in the relocation list where it's stored.
 163   typedef SmallVector<RelocationEntry, 64> RelocationList;
 164   // Relocations to sections already loaded. Indexed by SectionID which is the
 165   // source of the address. The target where the address will be written is
 166   // SectionID/Offset in the relocation itself.
 167   DenseMap<unsigned, RelocationList> Relocations;
 168
 169   // Relocations to external symbols that are not yet resolved.  Symbols are
 170   // external when they aren't found in the global symbol table of all loaded
 171   // modules.  This map is indexed by symbol name.
 172   StringMap<RelocationList> ExternalSymbolRelocations;
 173
 174   typedef std::map<RelocationValueRef, uintptr_t> StubMap;
 175
 176   Triple::ArchType Arch;
 177
 178   inline unsigned getMaxStubSize() {
 179     if (Arch == Triple::aarch64)
 180       return 20; // movz; movk; movk; movk; br
 181     if (Arch == Triple::arm || Arch == Triple::thumb)
 182       return 8; // 32-bit instruction and 32-bit address
 183     else if (Arch == Triple::mipsel || Arch == Triple::mips)
 184       return 16;
 185     else if (Arch == Triple::ppc64 || Arch == Triple::ppc64le)
 186       return 44;
 187     else if (Arch == Triple::x86_64)
 188       return 6; // 2-byte jmp instruction + 32-bit relative address
 189     else if (Arch == Triple::systemz)
 190       return 16;
 191     else
 192       return 0;
 193   }
 194
 195   inline unsigned getStubAlignment() {
 196     if (Arch == Triple::systemz)
 197       return 8;
 198     else
 199       return 1;
 200   }
 201
 202   bool HasError;
 203   std::string ErrorStr;
 204
 205   // Set the error state and record an error string.
 206   bool Error(const Twine &Msg) {
 207     ErrorStr = Msg.str();
 208     HasError = true;
 209     return true;
 210   }
 211
 212   uint64_t getSectionLoadAddress(unsigned SectionID) {
 213     return Sections[SectionID].LoadAddress;
 214   }
 215
 216   uint8_t *getSectionAddress(unsigned SectionID) {
 217     return (uint8_t*)Sections[SectionID].Address;
 218   }
 219
 220   void writeInt16BE(uint8_t *Addr, uint16_t Value) {
 221     if (sys::IsLittleEndianHost)
 222       Value = sys::SwapByteOrder(Value);
 223     *Addr     = (Value >> 8) & 0xFF;
 224     *(Addr+1) = Value & 0xFF;
 225   }
 226
 227   void writeInt32BE(uint8_t *Addr, uint32_t Value) {
 228     if (sys::IsLittleEndianHost)
 229       Value = sys::SwapByteOrder(Value);
 230     *Addr     = (Value >> 24) & 0xFF;
 231     *(Addr+1) = (Value >> 16) & 0xFF;
 232     *(Addr+2) = (Value >> 8) & 0xFF;
 233     *(Addr+3) = Value & 0xFF;
 234   }
 235
 236   void writeInt64BE(uint8_t *Addr, uint64_t Value) {
 237     if (sys::IsLittleEndianHost)
 238       Value = sys::SwapByteOrder(Value);
 239     *Addr     = (Value >> 56) & 0xFF;
 240     *(Addr+1) = (Value >> 48) & 0xFF;
 241     *(Addr+2) = (Value >> 40) & 0xFF;
 242     *(Addr+3) = (Value >> 32) & 0xFF;
 243     *(Addr+4) = (Value >> 24) & 0xFF;
 244     *(Addr+5) = (Value >> 16) & 0xFF;
 245     *(Addr+6) = (Value >> 8) & 0xFF;
 246     *(Addr+7) = Value & 0xFF;
 247   }
 248
 249   /// \brief Given the common symbols discovered in the object file, emit a
 250   /// new section for them and update the symbol mappings in the object and
 251   /// symbol table.
 252   void emitCommonSymbols(ObjectImage &Obj,
 253                          const CommonSymbolMap &CommonSymbols,
 254                          uint64_t TotalSize,
 255                          SymbolTableMap &SymbolTable);
 256
 257   /// \brief Emits section data from the object file to the MemoryManager.
 258   /// \param IsCode if it's true then allocateCodeSection() will be
 259   ///        used for emits, else allocateDataSection() will be used.
 260   /// \return SectionID.
 261   unsigned emitSection(ObjectImage &Obj,
 262                        const SectionRef &Section,
 263                        bool IsCode);
 264
 265   /// \brief Find Section in LocalSections. If the secton is not found - emit
 266   ///        it and store in LocalSections.
 267   /// \param IsCode if it's true then allocateCodeSection() will be
 268   ///        used for emmits, else allocateDataSection() will be used.
 269   /// \return SectionID.
 270   unsigned findOrEmitSection(ObjectImage &Obj,
 271                              const SectionRef &Section,
 272                              bool IsCode,
 273                              ObjSectionToIDMap &LocalSections);
 274
 275   // \brief Add a relocation entry that uses the given section.
 276   void addRelocationForSection(const RelocationEntry &RE, unsigned SectionID);
 277
 278   // \brief Add a relocation entry that uses the given symbol.  This symbol may
 279   // be found in the global symbol table, or it may be external.
 280   void addRelocationForSymbol(const RelocationEntry &RE, StringRef SymbolName);
 281
 282   /// \brief Emits long jump instruction to Addr.
 283   /// \return Pointer to the memory area for emitting target address.
 284   uint8_t* createStubFunction(uint8_t *Addr);
 285
 286   /// \brief Resolves relocations from Relocs list with address from Value.
 287   void resolveRelocationList(const RelocationList &Relocs, uint64_t Value);
 288
 289   /// \brief A object file specific relocation resolver
 290   /// \param RE The relocation to be resolved
 291   /// \param Value Target symbol address to apply the relocation action
 292   virtual void resolveRelocation(const RelocationEntry &RE, uint64_t Value) = 0;
 293
 294   /// \brief Parses the object file relocation and stores it to Relocations
 295   ///        or SymbolRelocations (this depends on the object file type).
 296   virtual void processRelocationRef(unsigned SectionID,
 297                                     RelocationRef RelI,
 298                                     ObjectImage &Obj,
 299                                     ObjSectionToIDMap &ObjSectionToID,
 300                                     const SymbolTableMap &Symbols,
 301                                     StubMap &Stubs) = 0;
 302
 303   /// \brief Resolve relocations to external symbols.
 304   void resolveExternalSymbols();
 305
 306   /// \brief Update GOT entries for external symbols.
 307   // The base class does nothing.  ELF overrides this.
 308   virtual void updateGOTEntries(StringRef Name, uint64_t Addr) {}
 309
 310   virtual ObjectImage *createObjectImage(ObjectBuffer *InputBuffer);
 311 public:
 312   RuntimeDyldImpl(RTDyldMemoryManager *mm) : MemMgr(mm), HasError(false) {}
 313
 314   virtual ~RuntimeDyldImpl();
 315
 316   ObjectImage *loadObject(ObjectBuffer *InputBuffer);
 317
 318   void *getSymbolAddress(StringRef Name) {
 319     // FIXME: Just look up as a function for now. Overly simple of course.
 320     // Work in progress.
 321     if (GlobalSymbolTable.find(Name) == GlobalSymbolTable.end())
 322       return 0;
 323     SymbolLoc Loc = GlobalSymbolTable.lookup(Name);
 324     return getSectionAddress(Loc.first) + Loc.second;
 325   }
 326
 327   uint64_t getSymbolLoadAddress(StringRef Name) {
 328     // FIXME: Just look up as a function for now. Overly simple of course.
 329     // Work in progress.
 330     if (GlobalSymbolTable.find(Name) == GlobalSymbolTable.end())
 331       return 0;
 332     SymbolLoc Loc = GlobalSymbolTable.lookup(Name);
 333     return getSectionLoadAddress(Loc.first) + Loc.second;
 334   }
 335
 336   void resolveRelocations();
 337
 338   void reassignSectionAddress(unsigned SectionID, uint64_t Addr);
 339
 340   void mapSectionAddress(const void *LocalAddress, uint64_t TargetAddress);
 341
 342   // Is the linker in an error state?
 343   bool hasError() { return HasError; }
 344
 345   // Mark the error condition as handled and continue.
 346   void clearError() { HasError = false; }
 347
 348   // Get the error message.
 349   StringRef getErrorString() { return ErrorStr; }
 350
 351   virtual bool isCompatibleFormat(const ObjectBuffer *Buffer) const = 0;
 352
 353   virtual StringRef getEHFrameSection();
 354
 355   virtual void finalizeLoad() {}
 356 };
 357
 358 } // end namespace llvm
 359
 360
 361 #endif