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