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_LIB_EXECUTIONENGINE_RUNTIMEDYLD_RUNTIMEDYLDIMPL_H
  15 #define LLVM_LIB_EXECUTIONENGINE_RUNTIMEDYLD_RUNTIMEDYLDIMPL_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/RuntimeDyld.h"
  22 #include "llvm/ExecutionEngine/RuntimeDyldChecker.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/Mutex.h"
  29 #include "llvm/Support/SwapByteOrder.h"
  30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  31 #include <map>
  32 #include <system_error>
  33
  34 using namespace llvm;
  35 using namespace llvm::object;
  36
  37 namespace llvm {
  38
  39 class Twine;
  40
  41 /// SectionEntry - represents a section emitted into memory by the dynamic
  42 /// linker.
  43 class SectionEntry {
  44 public:
  45   /// Name - section name.
  46   StringRef Name;
  47
  48   /// Address - address in the linker's memory where the section resides.
  49   uint8_t *Address;
  50
  51   /// Size - section size. Doesn't include the stubs.
  52   size_t Size;
  53
  54   /// LoadAddress - the address of the section in the target process's memory.
  55   /// Used for situations in which JIT-ed code is being executed in the address
  56   /// space of a separate process.  If the code executes in the same address
  57   /// space where it was JIT-ed, this just equals Address.
  58   uint64_t LoadAddress;
  59
  60   /// StubOffset - used for architectures with stub functions for far
  61   /// relocations (like ARM).
  62   uintptr_t StubOffset;
  63
  64   /// ObjAddress - address of the section in the in-memory object file.  Used
  65   /// for calculating relocations in some object formats (like MachO).
  66   uintptr_t ObjAddress;
  67
  68   SectionEntry(StringRef name, uint8_t *address, size_t size,
  69                uintptr_t objAddress)
  70       : Name(name), Address(address), Size(size),
  71         LoadAddress(reinterpret_cast<uintptr_t>(address)), StubOffset(size),
  72         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   struct SectionPair {
  93       uint32_t SectionA;
  94       uint32_t SectionB;
  95   };
  96
  97   /// SymOffset - Section offset of the relocation entry's symbol (used for GOT
  98   /// lookup).
  99   union {
 100     uint64_t SymOffset;
 101     SectionPair Sections;
 102   };
 103
 104   /// True if this is a PCRel relocation (MachO specific).
 105   bool IsPCRel;
 106
 107   /// The size of this relocation (MachO specific).
 108   unsigned Size;
 109
 110   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend)
 111       : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 112         SymOffset(0), IsPCRel(false), Size(0) {}
 113
 114   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend,
 115                   uint64_t symoffset)
 116       : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 117         SymOffset(symoffset), IsPCRel(false), Size(0) {}
 118
 119   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend,
 120                   bool IsPCRel, unsigned Size)
 121       : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type), Addend(addend),
 122         SymOffset(0), IsPCRel(IsPCRel), Size(Size) {}
 123
 124   RelocationEntry(unsigned id, uint64_t offset, uint32_t type, int64_t addend,
 125                   unsigned SectionA, uint64_t SectionAOffset, unsigned SectionB,
 126                   uint64_t SectionBOffset, bool IsPCRel, unsigned Size)
 127       : SectionID(id), Offset(offset), RelType(type),
 128         Addend(SectionAOffset - SectionBOffset + addend), IsPCRel(IsPCRel),
 129         Size(Size) {
 130     Sections.SectionA = SectionA;
 131     Sections.SectionB = SectionB;
 132   }
 133 };
 134
 135 class RelocationValueRef {
 136 public:
 137   unsigned SectionID;
 138   uint64_t Offset;
 139   int64_t Addend;
 140   const char *SymbolName;
 141   RelocationValueRef() : SectionID(0), Offset(0), Addend(0),
 142                          SymbolName(nullptr) {}
 143
 144   inline bool operator==(const RelocationValueRef &Other) const {
 145     return SectionID == Other.SectionID && Offset == Other.Offset &&
 146            Addend == Other.Addend && SymbolName == Other.SymbolName;
 147   }
 148   inline bool operator<(const RelocationValueRef &Other) const {
 149     if (SectionID != Other.SectionID)
 150       return SectionID < Other.SectionID;
 151     if (Offset != Other.Offset)
 152       return Offset < Other.Offset;
 153     if (Addend != Other.Addend)
 154       return Addend < Other.Addend;
 155     return SymbolName < Other.SymbolName;
 156   }
 157 };
 158
 159 /// @brief Symbol info for RuntimeDyld.
 160 class SymbolInfo {
 161 public:
 162   typedef enum { Hidden = 0, Default = 1 } Visibility;
 163
 164   SymbolInfo() : Offset(0), SectionID(0), Vis(Hidden) {}
 165
 166   SymbolInfo(unsigned SectionID, uint64_t Offset, Visibility Vis)
 167     : Offset(Offset), SectionID(SectionID), Vis(Vis) {}
 168
 169   unsigned getSectionID() const { return SectionID; }
 170   uint64_t getOffset() const { return Offset; }
 171   Visibility getVisibility() const { return Vis; }
 172
 173 private:
 174   uint64_t Offset;
 175   unsigned SectionID : 31;
 176   Visibility Vis : 1;
 177 };
 178
 179 typedef StringMap<SymbolInfo> RTDyldSymbolTable;
 180
 181 class RuntimeDyldImpl {
 182   friend class RuntimeDyld::LoadedObjectInfo;
 183   friend class RuntimeDyldCheckerImpl;
 184 protected:
 185   // The MemoryManager to load objects into.
 186   RTDyldMemoryManager *MemMgr;
 187
 188   // Attached RuntimeDyldChecker instance. Null if no instance attached.
 189   RuntimeDyldCheckerImpl *Checker;
 190
 191   // A list of all sections emitted by the dynamic linker.  These sections are
 192   // referenced in the code by means of their index in this list - SectionID.
 193   typedef SmallVector<SectionEntry, 64> SectionList;
 194   SectionList Sections;
 195
 196   typedef unsigned SID; // Type for SectionIDs
 197 #define RTDYLD_INVALID_SECTION_ID ((SID)(-1))
 198
 199   // Keep a map of sections from object file to the SectionID which
 200   // references it.
 201   typedef std::map<SectionRef, unsigned> ObjSectionToIDMap;
 202
 203   // A global symbol table for symbols from all loaded modules.
 204   RTDyldSymbolTable GlobalSymbolTable;
 205
 206   // Like the global symbol table but for weak symbols
 207   RTDyldSymbolTable WeakSymbolTable;
 208
 209   // Keep a map of common symbols to their info pairs
 210   typedef std::vector<SymbolRef> CommonSymbolList;
 211
 212   // For each symbol, keep a list of relocations based on it. Anytime
 213   // its address is reassigned (the JIT re-compiled the function, e.g.),
 214   // the relocations get re-resolved.
 215   // The symbol (or section) the relocation is sourced from is the Key
 216   // in the relocation list where it's stored.
 217   typedef SmallVector<RelocationEntry, 64> RelocationList;
 218   // Relocations to sections already loaded. Indexed by SectionID which is the
 219   // source of the address. The target where the address will be written is
 220   // SectionID/Offset in the relocation itself.
 221   DenseMap<unsigned, RelocationList> Relocations;
 222
 223   // Relocations to external symbols that are not yet resolved.  Symbols are
 224   // external when they aren't found in the global symbol table of all loaded
 225   // modules.  This map is indexed by symbol name.
 226   StringMap<RelocationList> ExternalSymbolRelocations;
 227
 228
 229   typedef std::map<RelocationValueRef, uintptr_t> StubMap;
 230
 231   Triple::ArchType Arch;
 232   bool IsTargetLittleEndian;
 233
 234   // True if all sections should be passed to the memory manager, false if only
 235   // sections containing relocations should be. Defaults to 'false'.
 236   bool ProcessAllSections;
 237
 238   // This mutex prevents simultaneously loading objects from two different
 239   // threads.  This keeps us from having to protect individual data structures
 240   // and guarantees that section allocation requests to the memory manager
 241   // won't be interleaved between modules.  It is also used in mapSectionAddress
 242   // and resolveRelocations to protect write access to internal data structures.
 243   //
 244   // loadObject may be called on the same thread during the handling of of
 245   // processRelocations, and that's OK.  The handling of the relocation lists
 246   // is written in such a way as to work correctly if new elements are added to
 247   // the end of the list while the list is being processed.
 248   sys::Mutex lock;
 249
 250   virtual unsigned getMaxStubSize() = 0;
 251   virtual unsigned getStubAlignment() = 0;
 252
 253   bool HasError;
 254   std::string ErrorStr;
 255
 256   // Set the error state and record an error string.
 257   bool Error(const Twine &Msg) {
 258     ErrorStr = Msg.str();
 259     HasError = true;
 260     return true;
 261   }
 262
 263   uint64_t getSectionLoadAddress(unsigned SectionID) const {
 264     return Sections[SectionID].LoadAddress;
 265   }
 266
 267   uint8_t *getSectionAddress(unsigned SectionID) const {
 268     return (uint8_t *)Sections[SectionID].Address;
 269   }
 270
 271   void writeInt16BE(uint8_t *Addr, uint16_t Value) {
 272     if (IsTargetLittleEndian)
 273       sys::swapByteOrder(Value);
 274     *Addr       = (Value >> 8) & 0xFF;
 275     *(Addr + 1) = Value & 0xFF;
 276   }
 277
 278   void writeInt32BE(uint8_t *Addr, uint32_t Value) {
 279     if (IsTargetLittleEndian)
 280       sys::swapByteOrder(Value);
 281     *Addr       = (Value >> 24) & 0xFF;
 282     *(Addr + 1) = (Value >> 16) & 0xFF;
 283     *(Addr + 2) = (Value >> 8) & 0xFF;
 284     *(Addr + 3) = Value & 0xFF;
 285   }
 286
 287   void writeInt64BE(uint8_t *Addr, uint64_t Value) {
 288     if (IsTargetLittleEndian)
 289       sys::swapByteOrder(Value);
 290     *Addr       = (Value >> 56) & 0xFF;
 291     *(Addr + 1) = (Value >> 48) & 0xFF;
 292     *(Addr + 2) = (Value >> 40) & 0xFF;
 293     *(Addr + 3) = (Value >> 32) & 0xFF;
 294     *(Addr + 4) = (Value >> 24) & 0xFF;
 295     *(Addr + 5) = (Value >> 16) & 0xFF;
 296     *(Addr + 6) = (Value >> 8) & 0xFF;
 297     *(Addr + 7) = Value & 0xFF;
 298   }
 299
 300   /// Endian-aware read Read the least significant Size bytes from Src.
 301   uint64_t readBytesUnaligned(uint8_t *Src, unsigned Size) const;
 302
 303   /// Endian-aware write. Write the least significant Size bytes from Value to
 304   /// Dst.
 305   void writeBytesUnaligned(uint64_t Value, uint8_t *Dst, unsigned Size) const;
 306
 307   /// \brief Given the common symbols discovered in the object file, emit a
 308   /// new section for them and update the symbol mappings in the object and
 309   /// symbol table.
 310   void emitCommonSymbols(const ObjectFile &Obj, CommonSymbolList &CommonSymbols);
 311
 312   /// \brief Emits section data from the object file to the MemoryManager.
 313   /// \param IsCode if it's true then allocateCodeSection() will be
 314   ///        used for emits, else allocateDataSection() will be used.
 315   /// \return SectionID.
 316   unsigned emitSection(const ObjectFile &Obj, const SectionRef &Section,
 317                        bool IsCode);
 318
 319   /// \brief Find Section in LocalSections. If the secton is not found - emit
 320   ///        it and store in LocalSections.
 321   /// \param IsCode if it's true then allocateCodeSection() will be
 322   ///        used for emmits, else allocateDataSection() will be used.
 323   /// \return SectionID.
 324   unsigned findOrEmitSection(const ObjectFile &Obj, const SectionRef &Section,
 325                              bool IsCode, ObjSectionToIDMap &LocalSections);
 326
 327   // \brief Add a relocation entry that uses the given section.
 328   void addRelocationForSection(const RelocationEntry &RE, unsigned SectionID);
 329
 330   // \brief Add a relocation entry that uses the given symbol.  This symbol may
 331   // be found in the global symbol table, or it may be external.
 332   void addRelocationForSymbol(const RelocationEntry &RE, StringRef SymbolName);
 333
 334   /// \brief Emits long jump instruction to Addr.
 335   /// \return Pointer to the memory area for emitting target address.
 336   uint8_t *createStubFunction(uint8_t *Addr, unsigned AbiVariant = 0);
 337
 338   /// \brief Resolves relocations from Relocs list with address from Value.
 339   void resolveRelocationList(const RelocationList &Relocs, uint64_t Value);
 340
 341   /// \brief A object file specific relocation resolver
 342   /// \param RE The relocation to be resolved
 343   /// \param Value Target symbol address to apply the relocation action
 344   virtual void resolveRelocation(const RelocationEntry &RE, uint64_t Value) = 0;
 345
 346   /// \brief Parses one or more object file relocations (some object files use
 347   ///        relocation pairs) and stores it to Relocations or SymbolRelocations
 348   ///        (this depends on the object file type).
 349   /// \return Iterator to the next relocation that needs to be parsed.
 350   virtual relocation_iterator
 351   processRelocationRef(unsigned SectionID, relocation_iterator RelI,
 352                        const ObjectFile &Obj, ObjSectionToIDMap &ObjSectionToID,
 353                        StubMap &Stubs) = 0;
 354
 355   /// \brief Resolve relocations to external symbols.
 356   void resolveExternalSymbols();
 357
 358   /// \brief Update GOT entries for external symbols.
 359   // The base class does nothing.  ELF overrides this.
 360   virtual void updateGOTEntries(StringRef Name, uint64_t Addr) {}
 361
 362   // \brief Compute an upper bound of the memory that is required to load all
 363   // sections
 364   void computeTotalAllocSize(const ObjectFile &Obj, uint64_t &CodeSize,
 365                              uint64_t &DataSizeRO, uint64_t &DataSizeRW);
 366
 367   // \brief Compute the stub buffer size required for a section
 368   unsigned computeSectionStubBufSize(const ObjectFile &Obj,
 369                                      const SectionRef &Section);
 370
 371   // \brief Implementation of the generic part of the loadObject algorithm.
 372   std::pair<unsigned, unsigned> loadObjectImpl(const object::ObjectFile &Obj);
 373
 374 public:
 375   RuntimeDyldImpl(RTDyldMemoryManager *mm)
 376     : MemMgr(mm), Checker(nullptr), ProcessAllSections(false), HasError(false) {
 377   }
 378
 379   virtual ~RuntimeDyldImpl();
 380
 381   void setProcessAllSections(bool ProcessAllSections) {
 382     this->ProcessAllSections = ProcessAllSections;
 383   }
 384
 385   void setRuntimeDyldChecker(RuntimeDyldCheckerImpl *Checker) {
 386     this->Checker = Checker;
 387   }
 388
 389   virtual std::unique_ptr<RuntimeDyld::LoadedObjectInfo>
 390   loadObject(const object::ObjectFile &Obj) = 0;
 391
 392   uint8_t* getSymbolAddress(StringRef Name) const {
 393     // FIXME: Just look up as a function for now. Overly simple of course.
 394     // Work in progress.
 395     RTDyldSymbolTable::const_iterator pos = GlobalSymbolTable.find(Name);
 396     if (pos == GlobalSymbolTable.end())
 397       return nullptr;
 398     const auto &SymInfo = pos->second;
 399     return getSectionAddress(SymInfo.getSectionID()) + SymInfo.getOffset();
 400   }
 401
 402   uint64_t getSymbolLoadAddress(StringRef Name) const {
 403     // FIXME: Just look up as a function for now. Overly simple of course.
 404     // Work in progress.
 405     RTDyldSymbolTable::const_iterator pos = GlobalSymbolTable.find(Name);
 406     if (pos == GlobalSymbolTable.end())
 407       return 0;
 408     const auto &SymInfo = pos->second;
 409     return getSectionLoadAddress(SymInfo.getSectionID()) + SymInfo.getOffset();
 410   }
 411
 412   uint64_t getExportedSymbolLoadAddress(StringRef Name) const {
 413     RTDyldSymbolTable::const_iterator pos = GlobalSymbolTable.find(Name);
 414     if (pos == GlobalSymbolTable.end())
 415       return 0;
 416     const auto &SymInfo = pos->second;
 417     if (SymInfo.getVisibility() == SymbolInfo::Hidden)
 418       return 0;
 419     return getSectionLoadAddress(SymInfo.getSectionID()) + SymInfo.getOffset();
 420   }
 421
 422   void resolveRelocations();
 423
 424   void reassignSectionAddress(unsigned SectionID, uint64_t Addr);
 425
 426   void mapSectionAddress(const void *LocalAddress, uint64_t TargetAddress);
 427
 428   // Is the linker in an error state?
 429   bool hasError() { return HasError; }
 430
 431   // Mark the error condition as handled and continue.
 432   void clearError() { HasError = false; }
 433
 434   // Get the error message.
 435   StringRef getErrorString() { return ErrorStr; }
 436
 437   virtual bool isCompatibleFile(const ObjectFile &Obj) const = 0;
 438
 439   virtual void registerEHFrames();
 440
 441   virtual void deregisterEHFrames();
 442
 443   virtual void finalizeLoad(const ObjectFile &ObjImg,
 444                             ObjSectionToIDMap &SectionMap) {}
 445 };
 446
 447 } // end namespace llvm
 448
 449 #endif