lib/Fuzzer/FuzzerLoop.cpp

   1 //===- FuzzerLoop.cpp - Fuzzer's main loop --------------------------------===//
   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 // Fuzzer's main loop.
  10 //===----------------------------------------------------------------------===//
  11
  12 #include "FuzzerInternal.h"
  13 #include <sanitizer/coverage_interface.h>
  14 #include <algorithm>
  15
  16 extern "C" {
  17 __attribute__((weak)) void __sanitizer_print_stack_trace();
  18 }
  19
  20 namespace fuzzer {
  21 static const size_t kMaxUnitSizeToPrint = 256;
  22
  23 // Only one Fuzzer per process.
  24 static Fuzzer *F;
  25
  26 Fuzzer::Fuzzer(UserSuppliedFuzzer &USF, FuzzingOptions Options)
  27     : USF(USF), Options(Options) {
  28   SetDeathCallback();
  29   InitializeTraceState();
  30   assert(!F);
  31   F = this;
  32 }
  33
  34 void Fuzzer::SetDeathCallback() {
  35   __sanitizer_set_death_callback(StaticDeathCallback);
  36 }
  37
  38 void Fuzzer::PrintUnitInASCIIOrTokens(const Unit &U, const char *PrintAfter) {
  39   if (Options.Tokens.empty()) {
  40     PrintASCII(U, PrintAfter);
  41   } else {
  42     auto T = SubstituteTokens(U);
  43     T.push_back(0);
  44     Printf("%s%s", T.data(), PrintAfter);
  45   }
  46 }
  47
  48 void Fuzzer::StaticDeathCallback() {
  49   assert(F);
  50   F->DeathCallback();
  51 }
  52
  53 void Fuzzer::DeathCallback() {
  54   Printf("DEATH:\n");
  55   if (CurrentUnit.size() <= kMaxUnitSizeToPrint) {
  56     Print(CurrentUnit, "\n");
  57     PrintUnitInASCIIOrTokens(CurrentUnit, "\n");
  58   }
  59   WriteUnitToFileWithPrefix(CurrentUnit, "crash-");
  60 }
  61
  62 void Fuzzer::StaticAlarmCallback() {
  63   assert(F);
  64   F->AlarmCallback();
  65 }
  66
  67 void Fuzzer::AlarmCallback() {
  68   assert(Options.UnitTimeoutSec > 0);
  69   size_t Seconds =
  70       duration_cast<seconds>(system_clock::now() - UnitStartTime).count();
  71   if (Seconds == 0) return;
  72   if (Options.Verbosity >= 2)
  73     Printf("AlarmCallback %zd\n", Seconds);
  74   if (Seconds >= (size_t)Options.UnitTimeoutSec) {
  75     Printf("ALARM: working on the last Unit for %zd seconds\n", Seconds);
  76     Printf("       and the timeout value is %d (use -timeout=N to change)\n",
  77            Options.UnitTimeoutSec);
  78     if (CurrentUnit.size() <= kMaxUnitSizeToPrint) {
  79       Print(CurrentUnit, "\n");
  80       PrintUnitInASCIIOrTokens(CurrentUnit, "\n");
  81     }
  82     WriteUnitToFileWithPrefix(CurrentUnit, "timeout-");
  83     Printf("==%d== ERROR: libFuzzer: timeout after %d seconds\n", GetPid(),
  84            Seconds);
  85     if (__sanitizer_print_stack_trace)
  86       __sanitizer_print_stack_trace();
  87     Printf("SUMMARY: libFuzzer: timeout\n");
  88     exit(1);
  89   }
  90 }
  91
  92 void Fuzzer::PrintStats(const char *Where, size_t Cov, const char *End) {
  93   if (!Options.Verbosity) return;
  94   size_t Seconds = secondsSinceProcessStartUp();
  95   size_t ExecPerSec = (Seconds ? TotalNumberOfRuns / Seconds : 0);
  96   Printf("#%zd\t%s cov: %zd bits: %zd units: %zd exec/s: %zd",
  97          TotalNumberOfRuns, Where, Cov, TotalBits(), Corpus.size(), ExecPerSec);
  98   if (TotalNumberOfExecutedTraceBasedMutations)
  99     Printf(" tbm: %zd", TotalNumberOfExecutedTraceBasedMutations);
 100   Printf("%s", End);
 101 }
 102
 103 void Fuzzer::RereadOutputCorpus() {
 104   if (Options.OutputCorpus.empty()) return;
 105   std::vector<Unit> AdditionalCorpus;
 106   ReadDirToVectorOfUnits(Options.OutputCorpus.c_str(), &AdditionalCorpus,
 107                          &EpochOfLastReadOfOutputCorpus);
 108   if (Corpus.empty()) {
 109     Corpus = AdditionalCorpus;
 110     return;
 111   }
 112   if (!Options.Reload) return;
 113   if (Options.Verbosity >= 2)
 114     Printf("Reload: read %zd new units.\n",  AdditionalCorpus.size());
 115   for (auto &X : AdditionalCorpus) {
 116     if (X.size() > (size_t)Options.MaxLen)
 117       X.resize(Options.MaxLen);
 118     if (UnitHashesAddedToCorpus.insert(Hash(X)).second) {
 119       CurrentUnit.clear();
 120       CurrentUnit.insert(CurrentUnit.begin(), X.begin(), X.end());
 121       size_t NewCoverage = RunOne(CurrentUnit);
 122       if (NewCoverage) {
 123         Corpus.push_back(X);
 124         if (Options.Verbosity >= 1)
 125           PrintStats("RELOAD", NewCoverage);
 126       }
 127     }
 128   }
 129 }
 130
 131 void Fuzzer::ShuffleAndMinimize() {
 132   size_t MaxCov = 0;
 133   bool PreferSmall = (Options.PreferSmallDuringInitialShuffle == 1 ||
 134                       (Options.PreferSmallDuringInitialShuffle == -1 &&
 135                        USF.GetRand().RandBool()));
 136   if (Options.Verbosity)
 137     Printf("PreferSmall: %d\n", PreferSmall);
 138   PrintStats("READ  ", 0);
 139   std::vector<Unit> NewCorpus;
 140   std::random_shuffle(Corpus.begin(), Corpus.end(), USF.GetRand());
 141   if (PreferSmall)
 142     std::stable_sort(
 143         Corpus.begin(), Corpus.end(),
 144         [](const Unit &A, const Unit &B) { return A.size() < B.size(); });
 145   Unit &U = CurrentUnit;
 146   for (const auto &C : Corpus) {
 147     for (size_t First = 0; First < 1; First++) {
 148       U.clear();
 149       size_t Last = std::min(First + Options.MaxLen, C.size());
 150       U.insert(U.begin(), C.begin() + First, C.begin() + Last);
 151       if (Options.OnlyASCII)
 152         ToASCII(U);
 153       size_t NewCoverage = RunOne(U);
 154       if (NewCoverage) {
 155         MaxCov = NewCoverage;
 156         NewCorpus.push_back(U);
 157         if (Options.Verbosity >= 2)
 158           Printf("NEW0: %zd L %zd\n", NewCoverage, U.size());
 159       }
 160     }
 161   }
 162   Corpus = NewCorpus;
 163   for (auto &X : Corpus)
 164     UnitHashesAddedToCorpus.insert(Hash(X));
 165   PrintStats("INITED", MaxCov);
 166 }
 167
 168 size_t Fuzzer::RunOne(const Unit &U) {
 169   UnitStartTime = system_clock::now();
 170   TotalNumberOfRuns++;
 171   size_t Res = RunOneMaximizeTotalCoverage(U);
 172   auto UnitStopTime = system_clock::now();
 173   auto TimeOfUnit =
 174       duration_cast<seconds>(UnitStopTime - UnitStartTime).count();
 175   if (TimeOfUnit > TimeOfLongestUnitInSeconds &&
 176       TimeOfUnit >= Options.ReportSlowUnits) {
 177     TimeOfLongestUnitInSeconds = TimeOfUnit;
 178     Printf("Slowest unit: %zd s:\n", TimeOfLongestUnitInSeconds);
 179     WriteUnitToFileWithPrefix(U, "slow-unit-");
 180   }
 181   return Res;
 182 }
 183
 184 void Fuzzer::RunOneAndUpdateCorpus(Unit &U) {
 185   if (TotalNumberOfRuns >= Options.MaxNumberOfRuns)
 186     return;
 187   if (Options.OnlyASCII)
 188     ToASCII(U);
 189   ReportNewCoverage(RunOne(U), U);
 190 }
 191
 192 Unit Fuzzer::SubstituteTokens(const Unit &U) const {
 193   Unit Res;
 194   for (auto Idx : U) {
 195     if (Idx < Options.Tokens.size()) {
 196       std::string Token = Options.Tokens[Idx];
 197       Res.insert(Res.end(), Token.begin(), Token.end());
 198     } else {
 199       Res.push_back(' ');
 200     }
 201   }
 202   // FIXME: Apply DFSan labels.
 203   return Res;
 204 }
 205
 206 void Fuzzer::ExecuteCallback(const Unit &U) {
 207   int Res = 0;
 208   if (Options.Tokens.empty()) {
 209     Res = USF.TargetFunction(U.data(), U.size());
 210   } else {
 211     auto T = SubstituteTokens(U);
 212     Res = USF.TargetFunction(T.data(), T.size());
 213   }
 214   assert(Res == 0);
 215 }
 216
 217 size_t Fuzzer::RunOneMaximizeTotalCoverage(const Unit &U) {
 218   size_t NumCounters = __sanitizer_get_number_of_counters();
 219   if (Options.UseCounters) {
 220     CounterBitmap.resize(NumCounters);
 221     __sanitizer_update_counter_bitset_and_clear_counters(0);
 222   }
 223   size_t OldCoverage = __sanitizer_get_total_unique_coverage();
 224   ExecuteCallback(U);
 225   size_t NewCoverage = __sanitizer_get_total_unique_coverage();
 226   size_t NumNewBits = 0;
 227   if (Options.UseCounters)
 228     NumNewBits = __sanitizer_update_counter_bitset_and_clear_counters(
 229         CounterBitmap.data());
 230
 231   if (!(TotalNumberOfRuns & (TotalNumberOfRuns - 1)) && Options.Verbosity)
 232     PrintStats("pulse ", NewCoverage);
 233
 234   if (NewCoverage > OldCoverage || NumNewBits)
 235     return NewCoverage;
 236   return 0;
 237 }
 238
 239 void Fuzzer::WriteToOutputCorpus(const Unit &U) {
 240   if (Options.OutputCorpus.empty()) return;
 241   std::string Path = DirPlusFile(Options.OutputCorpus, Hash(U));
 242   WriteToFile(U, Path);
 243   if (Options.Verbosity >= 2)
 244     Printf("Written to %s\n", Path.c_str());
 245   assert(!Options.OnlyASCII || IsASCII(U));
 246 }
 247
 248 void Fuzzer::WriteUnitToFileWithPrefix(const Unit &U, const char *Prefix) {
 249   if (!Options.SaveArtifacts)
 250     return;
 251   std::string Path = Options.ArtifactPrefix + Prefix + Hash(U);
 252   WriteToFile(U, Path);
 253   Printf("artifact_prefix='%s'; Test unit written to %s\n",
 254          Options.ArtifactPrefix.c_str(), Path.c_str());
 255   if (U.size() <= kMaxUnitSizeToPrint) {
 256     Printf("Base64: ");
 257     PrintFileAsBase64(Path);
 258   }
 259 }
 260
 261 void Fuzzer::SaveCorpus() {
 262   if (Options.OutputCorpus.empty()) return;
 263   for (const auto &U : Corpus)
 264     WriteToFile(U, DirPlusFile(Options.OutputCorpus, Hash(U)));
 265   if (Options.Verbosity)
 266     Printf("Written corpus of %zd files to %s\n", Corpus.size(),
 267            Options.OutputCorpus.c_str());
 268 }
 269
 270 void Fuzzer::ReportNewCoverage(size_t NewCoverage, const Unit &U) {
 271   if (!NewCoverage) return;
 272   Corpus.push_back(U);
 273   UnitHashesAddedToCorpus.insert(Hash(U));
 274   PrintStats("NEW   ", NewCoverage, "");
 275   if (Options.Verbosity) {
 276     Printf(" L: %zd", U.size());
 277     if (U.size() < 30) {
 278       Printf(" ");
 279       PrintUnitInASCIIOrTokens(U, "\t");
 280       Print(U);
 281     }
 282     Printf("\n");
 283   }
 284   WriteToOutputCorpus(U);
 285   if (Options.ExitOnFirst)
 286     exit(0);
 287 }
 288
 289 void Fuzzer::MutateAndTestOne(Unit *U) {
 290   for (int i = 0; i < Options.MutateDepth; i++) {
 291     StartTraceRecording();
 292     size_t Size = U->size();
 293     U->resize(Options.MaxLen);
 294     size_t NewSize = USF.Mutate(U->data(), Size, U->size());
 295     assert(NewSize > 0 && "Mutator returned empty unit");
 296     assert(NewSize <= (size_t)Options.MaxLen &&
 297            "Mutator return overisized unit");
 298     U->resize(NewSize);
 299     RunOneAndUpdateCorpus(*U);
 300     size_t NumTraceBasedMutations = StopTraceRecording();
 301     size_t TBMWidth =
 302         std::min((size_t)Options.TBMWidth, NumTraceBasedMutations);
 303     size_t TBMDepth =
 304         std::min((size_t)Options.TBMDepth, NumTraceBasedMutations);
 305     Unit BackUp = *U;
 306     for (size_t w = 0; w < TBMWidth; w++) {
 307       *U = BackUp;
 308       for (size_t d = 0; d < TBMDepth; d++) {
 309         TotalNumberOfExecutedTraceBasedMutations++;
 310         ApplyTraceBasedMutation(USF.GetRand()(NumTraceBasedMutations), U);
 311         RunOneAndUpdateCorpus(*U);
 312       }
 313     }
 314   }
 315 }
 316
 317 void Fuzzer::Loop() {
 318   for (auto &U: Options.Dictionary)
 319     USF.GetMD().AddWordToDictionary(U.data(), U.size());
 320
 321   while (true) {
 322     for (size_t J1 = 0; J1 < Corpus.size(); J1++) {
 323       SyncCorpus();
 324       RereadOutputCorpus();
 325       if (TotalNumberOfRuns >= Options.MaxNumberOfRuns)
 326         return;
 327       if (Options.MaxTotalTimeSec > 0 &&
 328           secondsSinceProcessStartUp() >
 329               static_cast<size_t>(Options.MaxTotalTimeSec))
 330         return;
 331       CurrentUnit = Corpus[J1];
 332       // Optionally, cross with another unit.
 333       if (Options.DoCrossOver && USF.GetRand().RandBool()) {
 334         size_t J2 = USF.GetRand()(Corpus.size());
 335         if (!Corpus[J1].empty() && !Corpus[J2].empty()) {
 336           assert(!Corpus[J2].empty());
 337           CurrentUnit.resize(Options.MaxLen);
 338           size_t NewSize = USF.CrossOver(
 339               Corpus[J1].data(), Corpus[J1].size(), Corpus[J2].data(),
 340               Corpus[J2].size(), CurrentUnit.data(), CurrentUnit.size());
 341           assert(NewSize > 0 && "CrossOver returned empty unit");
 342           assert(NewSize <= (size_t)Options.MaxLen &&
 343                  "CrossOver returned overisized unit");
 344           CurrentUnit.resize(NewSize);
 345         }
 346       }
 347       // Perform several mutations and runs.
 348       MutateAndTestOne(&CurrentUnit);
 349     }
 350   }
 351 }
 352
 353 void Fuzzer::SyncCorpus() {
 354   if (Options.SyncCommand.empty() || Options.OutputCorpus.empty()) return;
 355   auto Now = system_clock::now();
 356   if (duration_cast<seconds>(Now - LastExternalSync).count() <
 357       Options.SyncTimeout)
 358     return;
 359   LastExternalSync = Now;
 360   ExecuteCommand(Options.SyncCommand + " " + Options.OutputCorpus);
 361 }
 362
 363 }  // namespace fuzzer