folly/experimental/symbolizer/Elf.h

   1 /*
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   9  *
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  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
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  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  */
  16
  17 // ELF file parser
  18
  19 #pragma once
  20 #define FOLLY_EXPERIMENTAL_SYMBOLIZER_ELF_H_
  21
  22 #include <elf.h>
  23 #include <link.h> // For ElfW()
  24
  25 #include <cstdio>
  26 #include <initializer_list>
  27 #include <stdexcept>
  28 #include <system_error>
  29
  30 #include <folly/Conv.h>
  31 #include <folly/Likely.h>
  32 #include <folly/Range.h>
  33 #include <folly/lang/SafeAssert.h>
  34
  35 namespace folly {
  36 namespace symbolizer {
  37
  38 using ElfAddr = ElfW(Addr);
  39 using ElfEhdr = ElfW(Ehdr);
  40 using ElfOff = ElfW(Off);
  41 using ElfPhdr = ElfW(Phdr);
  42 using ElfShdr = ElfW(Shdr);
  43 using ElfSym = ElfW(Sym);
  44
  45 /**
  46  * ELF file parser.
  47  *
  48  * We handle native files only (32-bit files on a 32-bit platform, 64-bit files
  49  * on a 64-bit platform), and only executables (ET_EXEC) and shared objects
  50  * (ET_DYN).
  51  */
  52 class ElfFile {
  53  public:
  54   ElfFile() noexcept;
  55
  56   // Note: may throw, call openNoThrow() explicitly if you don't want to throw
  57   explicit ElfFile(const char* name, bool readOnly = true);
  58
  59   // Open the ELF file.
  60   // Returns 0 on success, kSystemError (guaranteed to be -1) (and sets errno)
  61   // on IO error, kInvalidElfFile (and sets errno to EINVAL) for an invalid
  62   // Elf file. On error, if msg is not nullptr, sets *msg to a static string
  63   // indicating what failed.
  64   enum {
  65     kSuccess = 0,
  66     kSystemError = -1,
  67     kInvalidElfFile = -2,
  68   };
  69   // Open the ELF file. Does not throw on error.
  70   int openNoThrow(
  71       const char* name,
  72       bool readOnly = true,
  73       const char** msg = nullptr) noexcept;
  74
  75   // Like openNoThrow, but follow .gnu_debuglink if present
  76   int openAndFollow(
  77       const char* name,
  78       bool readOnly = true,
  79       const char** msg = nullptr) noexcept;
  80
  81   // Open the ELF file. Throws on error.
  82   void open(const char* name, bool readOnly = true);
  83
  84   ~ElfFile();
  85
  86   ElfFile(ElfFile&& other) noexcept;
  87   ElfFile& operator=(ElfFile&& other);
  88
  89   /** Retrieve the ELF header */
  90   const ElfEhdr& elfHeader() const {
  91     return at<ElfEhdr>(0);
  92   }
  93
  94   /**
  95    * Get the base address, the address where the file should be loaded if
  96    * no relocations happened.
  97    */
  98   uintptr_t getBaseAddress() const {
  99     return baseAddress_;
 100   }
 101
 102   /** Find a section given its name */
 103   const ElfShdr* getSectionByName(const char* name) const;
 104
 105   /** Find a section given its index in the section header table */
 106   const ElfShdr* getSectionByIndex(size_t idx) const;
 107
 108   /** Retrieve the name of a section */
 109   const char* getSectionName(const ElfShdr& section) const;
 110
 111   /** Get the actual section body */
 112   folly::StringPiece getSectionBody(const ElfShdr& section) const;
 113
 114   /** Retrieve a string from a string table section */
 115   const char* getString(const ElfShdr& stringTable, size_t offset) const;
 116
 117   /**
 118    * Iterate over all strings in a string table section for as long as
 119    * fn(str) returns false.
 120    * Returns the current ("found") string when fn returned true, or nullptr
 121    * if fn returned false for all strings in the table.
 122    */
 123   template <class Fn>
 124   const char* iterateStrings(const ElfShdr& stringTable, Fn fn) const;
 125
 126   /**
 127    * Iterate over program headers as long as fn(section) returns false.
 128    * Returns a pointer to the current ("found") section when fn returned
 129    * true, or nullptr if fn returned false for all sections.
 130    */
 131   template <class Fn>
 132   const ElfPhdr* iterateProgramHeaders(Fn fn) const;
 133
 134   /**
 135    * Iterate over all sections for as long as fn(section) returns false.
 136    * Returns a pointer to the current ("found") section when fn returned
 137    * true, or nullptr if fn returned false for all sections.
 138    */
 139   template <class Fn>
 140   const ElfShdr* iterateSections(Fn fn) const;
 141
 142   /**
 143    * Iterate over all sections with a given type.  Similar to
 144    * iterateSections(), but filtered only for sections with the given type.
 145    */
 146   template <class Fn>
 147   const ElfShdr* iterateSectionsWithType(uint32_t type, Fn fn) const;
 148
 149   /**
 150    * Iterate over all symbols witin a given section.
 151    *
 152    * Returns a pointer to the current ("found") symbol when fn returned true,
 153    * or nullptr if fn returned false for all symbols.
 154    */
 155   template <class Fn>
 156   const ElfSym* iterateSymbols(const ElfShdr& section, Fn fn) const;
 157   template <class Fn>
 158   const ElfSym*
 159   iterateSymbolsWithType(const ElfShdr& section, uint32_t type, Fn fn) const;
 160   template <class Fn>
 161   const ElfSym* iterateSymbolsWithTypes(
 162       const ElfShdr& section,
 163       std::initializer_list<uint32_t> types,
 164       Fn fn) const;
 165
 166   /**
 167    * Find symbol definition by address.
 168    * Note that this is the file virtual address, so you need to undo
 169    * any relocation that might have happened.
 170    *
 171    * Returns {nullptr, nullptr} if not found.
 172    */
 173   typedef std::pair<const ElfShdr*, const ElfSym*> Symbol;
 174   Symbol getDefinitionByAddress(uintptr_t address) const;
 175
 176   /**
 177    * Find symbol definition by name.
 178    *
 179    * If a symbol with this name cannot be found, a <nullptr, nullptr> Symbol
 180    * will be returned. This is O(N) in the number of symbols in the file.
 181    *
 182    * Returns {nullptr, nullptr} if not found.
 183    */
 184   Symbol getSymbolByName(const char* name) const;
 185
 186   /**
 187    * Get the value of a symbol.
 188    */
 189   template <class T>
 190   const T& getSymbolValue(const ElfSym* symbol) const {
 191     const ElfShdr* section = getSectionByIndex(symbol->st_shndx);
 192     FOLLY_SAFE_CHECK(section, "Symbol's section index is invalid");
 193
 194     return valueAt<T>(*section, symbol->st_value);
 195   }
 196
 197   /**
 198    * Get the value of the object stored at the given address.
 199    *
 200    * This is the function that you want to use in conjunction with
 201    * getSymbolValue() to follow pointers. For example, to get the value of
 202    * a char* symbol, you'd do something like this:
 203    *
 204    *  auto sym = getSymbolByName("someGlobalValue");
 205    *  auto addr = getSymbolValue<ElfAddr>(sym.second);
 206    *  const char* str = &getSymbolValue<const char>(addr);
 207    */
 208   template <class T>
 209   const T& getAddressValue(const ElfAddr addr) const {
 210     const ElfShdr* section = getSectionContainingAddress(addr);
 211     FOLLY_SAFE_CHECK(section, "Address does not refer to existing section");
 212
 213     return valueAt<T>(*section, addr);
 214   }
 215
 216   /**
 217    * Retrieve symbol name.
 218    */
 219   const char* getSymbolName(Symbol symbol) const;
 220
 221   /** Find the section containing the given address */
 222   const ElfShdr* getSectionContainingAddress(ElfAddr addr) const;
 223
 224  private:
 225   bool init(const char** msg);
 226   void reset();
 227   ElfFile(const ElfFile&) = delete;
 228   ElfFile& operator=(const ElfFile&) = delete;
 229
 230   void validateStringTable(const ElfShdr& stringTable) const;
 231
 232   template <class T>
 233   const typename std::enable_if<std::is_pod<T>::value, T>::type& at(
 234       ElfOff offset) const {
 235     FOLLY_SAFE_CHECK(
 236         offset + sizeof(T) <= length_,
 237         "Offset is not contained within our mmapped file");
 238
 239     return *reinterpret_cast<T*>(file_ + offset);
 240   }
 241
 242   template <class T>
 243   const T& valueAt(const ElfShdr& section, const ElfAddr addr) const {
 244     // For exectuables and shared objects, st_value holds a virtual address
 245     // that refers to the memory owned by sections. Since we didn't map the
 246     // sections into the addresses that they're expecting (sh_addr), but
 247     // instead just mmapped the entire file directly, we need to translate
 248     // between addresses and offsets into the file.
 249     //
 250     // TODO: For other file types, st_value holds a file offset directly. Since
 251     //       I don't have a use-case for that right now, just assert that
 252     //       nobody wants this. We can always add it later.
 253     FOLLY_SAFE_CHECK(
 254         elfHeader().e_type == ET_EXEC || elfHeader().e_type == ET_DYN,
 255         "Only exectuables and shared objects are supported");
 256     FOLLY_SAFE_CHECK(
 257         addr >= section.sh_addr &&
 258             (addr + sizeof(T)) <= (section.sh_addr + section.sh_size),
 259         "Address is not contained within the provided segment");
 260
 261     return at<T>(section.sh_offset + (addr - section.sh_addr));
 262   }
 263
 264   int fd_;
 265   char* file_; // mmap() location
 266   size_t length_; // mmap() length
 267
 268   uintptr_t baseAddress_;
 269 };
 270
 271 } // namespace symbolizer
 272 } // namespace folly
 273
 274 #include <folly/experimental/symbolizer/Elf-inl.h>