Extend the IL for selecting TLS models (PR9788)
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Instrumentation / AddressSanitizer.cpp
1 //===-- AddressSanitizer.cpp - memory error detector ------------*- 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 // This file is a part of AddressSanitizer, an address sanity checker.
11 // Details of the algorithm:
12 //  http://code.google.com/p/address-sanitizer/wiki/AddressSanitizerAlgorithm
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "asan"
17
18 #include "FunctionBlackList.h"
19 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
20 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
24 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
25 #include "llvm/ADT/Triple.h"
26 #include "llvm/Function.h"
27 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
28 #include "llvm/LLVMContext.h"
29 #include "llvm/Module.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
32 #include "llvm/Support/Debug.h"
33 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 #include "llvm/Support/system_error.h"
36 #include "llvm/Target/TargetData.h"
37 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
38 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
41 #include "llvm/Type.h"
42
43 #include <string>
44 #include <algorithm>
45
46 using namespace llvm;
47
48 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
49 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
50 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
51 static const uint64_t kDefaultShadowOffsetAndroid = 0;
52
53 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
54 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
55 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
56
57 static const char *kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
58 static const char *kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
59 static const int   kAsanCtorAndCtorPriority = 1;
60 static const char *kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
61 static const char *kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
62 static const char *kAsanUnregisterGlobalsName = "__asan_unregister_globals";
63 static const char *kAsanInitName = "__asan_init";
64 static const char *kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
65 static const char *kAsanMappingOffsetName = "__asan_mapping_offset";
66 static const char *kAsanMappingScaleName = "__asan_mapping_scale";
67 static const char *kAsanStackMallocName = "__asan_stack_malloc";
68 static const char *kAsanStackFreeName = "__asan_stack_free";
69
70 static const int kAsanStackLeftRedzoneMagic = 0xf1;
71 static const int kAsanStackMidRedzoneMagic = 0xf2;
72 static const int kAsanStackRightRedzoneMagic = 0xf3;
73 static const int kAsanStackPartialRedzoneMagic = 0xf4;
74
75 // Command-line flags.
76
77 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
78 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
79        cl::desc("instrument read instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
80 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites("asan-instrument-writes",
81        cl::desc("instrument write instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
82 static cl::opt<bool> ClInstrumentAtomics("asan-instrument-atomics",
83        cl::desc("instrument atomic instructions (rmw, cmpxchg)"),
84        cl::Hidden, cl::init(true));
85 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
86 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack",
87        cl::desc("Handle stack memory"), cl::Hidden, cl::init(true));
88 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-use-after-return.
89 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
90        cl::desc("Check return-after-free"), cl::Hidden, cl::init(false));
91 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
92 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
93        cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden, cl::init(true));
94 static cl::opt<bool> ClMemIntrin("asan-memintrin",
95        cl::desc("Handle memset/memcpy/memmove"), cl::Hidden, cl::init(true));
96 // This flag may need to be replaced with -fasan-blacklist.
97 static cl::opt<std::string>  ClBlackListFile("asan-blacklist",
98        cl::desc("File containing the list of functions to ignore "
99                 "during instrumentation"), cl::Hidden);
100
101 // These flags allow to change the shadow mapping.
102 // The shadow mapping looks like
103 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
104 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
105        cl::desc("scale of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(0));
106 static cl::opt<int> ClMappingOffsetLog("asan-mapping-offset-log",
107        cl::desc("offset of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(-1));
108
109 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
110 // and benchmarking the tool.
111 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt",
112        cl::desc("Optimize instrumentation"), cl::Hidden, cl::init(true));
113 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp("asan-opt-same-temp",
114        cl::desc("Instrument the same temp just once"), cl::Hidden,
115        cl::init(true));
116 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
117        cl::desc("Don't instrument scalar globals"), cl::Hidden, cl::init(true));
118
119 // Debug flags.
120 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
121                             cl::init(0));
122 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
123                                  cl::Hidden, cl::init(0));
124 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func",
125                                         cl::Hidden, cl::desc("Debug func"));
126 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
127                                cl::Hidden, cl::init(-1));
128 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
129                                cl::Hidden, cl::init(-1));
130
131 namespace {
132
133 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
134 struct AddressSanitizer : public ModulePass {
135   AddressSanitizer();
136   virtual const char *getPassName() const;
137   void instrumentMop(Instruction *I);
138   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, IRBuilder<> &IRB,
139                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite);
140   Instruction *generateCrashCode(IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
141                                  bool IsWrite, uint32_t TypeSize);
142   bool instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
143   void instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns, Value *Addr,
144                                   Value *Size,
145                                    Instruction *InsertBefore, bool IsWrite);
146   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
147   bool handleFunction(Module &M, Function &F);
148   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
149   bool poisonStackInFunction(Module &M, Function &F);
150   virtual bool runOnModule(Module &M);
151   bool insertGlobalRedzones(Module &M);
152   BranchInst *splitBlockAndInsertIfThen(Instruction *SplitBefore, Value *Cmp);
153   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
154
155  private:
156
157   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) {
158     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
159     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
160     return SizeInBytes;
161   }
162   uint64_t getAlignedSize(uint64_t SizeInBytes) {
163     return ((SizeInBytes + RedzoneSize - 1)
164             / RedzoneSize) * RedzoneSize;
165   }
166   uint64_t getAlignedAllocaSize(AllocaInst *AI) {
167     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
168     return getAlignedSize(SizeInBytes);
169   }
170
171   Function *checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast);
172   void PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec, IRBuilder<> IRB,
173                    Value *ShadowBase, bool DoPoison);
174   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
175
176   Module      *CurrentModule;
177   LLVMContext *C;
178   TargetData *TD;
179   uint64_t MappingOffset;
180   int MappingScale;
181   size_t RedzoneSize;
182   int LongSize;
183   Type *IntptrTy;
184   Type *IntptrPtrTy;
185   Function *AsanCtorFunction;
186   Function *AsanInitFunction;
187   Instruction *CtorInsertBefore;
188   OwningPtr<FunctionBlackList> BL;
189 };
190 }  // namespace
191
192 char AddressSanitizer::ID = 0;
193 INITIALIZE_PASS(AddressSanitizer, "asan",
194     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.",
195     false, false)
196 AddressSanitizer::AddressSanitizer() : ModulePass(ID) { }
197 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerPass() {
198   return new AddressSanitizer();
199 }
200
201 const char *AddressSanitizer::getPassName() const {
202   return "AddressSanitizer";
203 }
204
205 // Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
206 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(Module &M, StringRef Str) {
207   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
208   return new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
209                             GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, "");
210 }
211
212 // Split the basic block and insert an if-then code.
213 // Before:
214 //   Head
215 //   SplitBefore
216 //   Tail
217 // After:
218 //   Head
219 //   if (Cmp)
220 //     NewBasicBlock
221 //   SplitBefore
222 //   Tail
223 //
224 // Returns the NewBasicBlock's terminator.
225 BranchInst *AddressSanitizer::splitBlockAndInsertIfThen(
226     Instruction *SplitBefore, Value *Cmp) {
227   BasicBlock *Head = SplitBefore->getParent();
228   BasicBlock *Tail = Head->splitBasicBlock(SplitBefore);
229   TerminatorInst *HeadOldTerm = Head->getTerminator();
230   BasicBlock *NewBasicBlock =
231       BasicBlock::Create(*C, "", Head->getParent());
232   BranchInst *HeadNewTerm = BranchInst::Create(/*ifTrue*/NewBasicBlock,
233                                                /*ifFalse*/Tail,
234                                                Cmp);
235   ReplaceInstWithInst(HeadOldTerm, HeadNewTerm);
236
237   BranchInst *CheckTerm = BranchInst::Create(Tail, NewBasicBlock);
238   return CheckTerm;
239 }
240
241 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
242   // Shadow >> scale
243   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, MappingScale);
244   if (MappingOffset == 0)
245     return Shadow;
246   // (Shadow >> scale) | offset
247   return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy,
248                                                MappingOffset));
249 }
250
251 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns,
252     Value *Addr, Value *Size, Instruction *InsertBefore, bool IsWrite) {
253   // Check the first byte.
254   {
255     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
256     instrumentAddress(OrigIns, IRB, Addr, 8, IsWrite);
257   }
258   // Check the last byte.
259   {
260     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
261     Value *SizeMinusOne = IRB.CreateSub(
262         Size, ConstantInt::get(Size->getType(), 1));
263     SizeMinusOne = IRB.CreateIntCast(SizeMinusOne, IntptrTy, false);
264     Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
265     Value *AddrPlusSizeMinisOne = IRB.CreateAdd(AddrLong, SizeMinusOne);
266     instrumentAddress(OrigIns, IRB, AddrPlusSizeMinisOne, 8, IsWrite);
267   }
268 }
269
270 // Instrument memset/memmove/memcpy
271 bool AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
272   Value *Dst = MI->getDest();
273   MemTransferInst *MemTran = dyn_cast<MemTransferInst>(MI);
274   Value *Src = MemTran ? MemTran->getSource() : NULL;
275   Value *Length = MI->getLength();
276
277   Constant *ConstLength = dyn_cast<Constant>(Length);
278   Instruction *InsertBefore = MI;
279   if (ConstLength) {
280     if (ConstLength->isNullValue()) return false;
281   } else {
282     // The size is not a constant so it could be zero -- check at run-time.
283     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
284
285     Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(Length,
286                                    Constant::getNullValue(Length->getType()));
287     InsertBefore = splitBlockAndInsertIfThen(InsertBefore, Cmp);
288   }
289
290   instrumentMemIntrinsicParam(MI, Dst, Length, InsertBefore, true);
291   if (Src)
292     instrumentMemIntrinsicParam(MI, Src, Length, InsertBefore, false);
293   return true;
294 }
295
296 // If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
297 // and set IsWrite. Otherwise return NULL.
298 static Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite) {
299   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
300     if (!ClInstrumentReads) return NULL;
301     *IsWrite = false;
302     return LI->getPointerOperand();
303   }
304   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
305     if (!ClInstrumentWrites) return NULL;
306     *IsWrite = true;
307     return SI->getPointerOperand();
308   }
309   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
310     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
311     *IsWrite = true;
312     return RMW->getPointerOperand();
313   }
314   if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
315     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
316     *IsWrite = true;
317     return XCHG->getPointerOperand();
318   }
319   return NULL;
320 }
321
322 void AddressSanitizer::instrumentMop(Instruction *I) {
323   bool IsWrite;
324   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite);
325   assert(Addr);
326   if (ClOpt && ClOptGlobals && isa<GlobalVariable>(Addr)) {
327     // We are accessing a global scalar variable. Nothing to catch here.
328     return;
329   }
330   Type *OrigPtrTy = Addr->getType();
331   Type *OrigTy = cast<PointerType>(OrigPtrTy)->getElementType();
332
333   assert(OrigTy->isSized());
334   uint32_t TypeSize = TD->getTypeStoreSizeInBits(OrigTy);
335
336   if (TypeSize != 8  && TypeSize != 16 &&
337       TypeSize != 32 && TypeSize != 64 && TypeSize != 128) {
338     // Ignore all unusual sizes.
339     return;
340   }
341
342   IRBuilder<> IRB(I);
343   instrumentAddress(I, IRB, Addr, TypeSize, IsWrite);
344 }
345
346 // Validate the result of Module::getOrInsertFunction called for an interface
347 // function of AddressSanitizer. If the instrumented module defines a function
348 // with the same name, their prototypes must match, otherwise
349 // getOrInsertFunction returns a bitcast.
350 Function *AddressSanitizer::checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast) {
351   if (isa<Function>(FuncOrBitcast)) return cast<Function>(FuncOrBitcast);
352   FuncOrBitcast->dump();
353   report_fatal_error("trying to redefine an AddressSanitizer "
354                      "interface function");
355 }
356
357 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(
358     IRBuilder<> &IRB, Value *Addr, bool IsWrite, uint32_t TypeSize) {
359   // IsWrite and TypeSize are encoded in the function name.
360   std::string FunctionName = std::string(kAsanReportErrorTemplate) +
361       (IsWrite ? "store" : "load") + itostr(TypeSize / 8);
362   Value *ReportWarningFunc = CurrentModule->getOrInsertFunction(
363       FunctionName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, NULL);
364   CallInst *Call = IRB.CreateCall(ReportWarningFunc, Addr);
365   Call->setDoesNotReturn();
366   return Call;
367 }
368
369 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
370                                          IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
371                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite) {
372   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
373
374   Type *ShadowTy  = IntegerType::get(
375       *C, std::max(8U, TypeSize >> MappingScale));
376   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
377   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
378   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
379   Value *ShadowValue = IRB.CreateLoad(
380       IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
381
382   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
383
384   Instruction *CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(
385       cast<Instruction>(Cmp)->getNextNode(), Cmp);
386   IRBuilder<> IRB2(CheckTerm);
387
388   size_t Granularity = 1 << MappingScale;
389   if (TypeSize < 8 * Granularity) {
390     // Addr & (Granularity - 1)
391     Value *LastAccessedByte = IRB2.CreateAnd(
392         AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
393     // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
394     if (TypeSize / 8 > 1)
395       LastAccessedByte = IRB2.CreateAdd(
396           LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
397     // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
398     LastAccessedByte = IRB2.CreateIntCast(
399         LastAccessedByte, IRB.getInt8Ty(), false);
400     // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
401     Value *Cmp2 = IRB2.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
402
403     CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(CheckTerm, Cmp2);
404   }
405
406   IRBuilder<> IRB1(CheckTerm);
407   Instruction *Crash = generateCrashCode(IRB1, AddrLong, IsWrite, TypeSize);
408   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
409   ReplaceInstWithInst(CheckTerm, new UnreachableInst(*C));
410 }
411
412 // This function replaces all global variables with new variables that have
413 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
414 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
415 bool AddressSanitizer::insertGlobalRedzones(Module &M) {
416   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
417
418   for (Module::GlobalListType::iterator G = M.getGlobalList().begin(),
419        E = M.getGlobalList().end(); G != E; ++G) {
420     Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
421     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G);
422
423     if (!Ty->isSized()) continue;
424     if (!G->hasInitializer()) continue;
425     // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
426     // Don't handle ODR type linkages since other modules may be built w/o asan.
427     if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
428         G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
429         G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
430       continue;
431     // Two problems with thread-locals:
432     //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
433     //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
434     if (G->isThreadLocal())
435       continue;
436     // For now, just ignore this Alloca if the alignment is large.
437     if (G->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
438
439     // Ignore all the globals with the names starting with "\01L_OBJC_".
440     // Many of those are put into the .cstring section. The linker compresses
441     // that section by removing the spare \0s after the string terminator, so
442     // our redzones get broken.
443     if ((G->getName().find("\01L_OBJC_") == 0) ||
444         (G->getName().find("\01l_OBJC_") == 0)) {
445       DEBUG(dbgs() << "Ignoring \\01L_OBJC_* global: " << *G);
446       continue;
447     }
448
449     if (G->hasSection()) {
450       StringRef Section(G->getSection());
451       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
452       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
453       // them.
454       if ((Section.find("__OBJC,") == 0) ||
455           (Section.find("__DATA, __objc_") == 0)) {
456         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G);
457         continue;
458       }
459       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
460       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
461       //  -- the string buffer is emitted into
462       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
463       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
464       //     is placed into __DATA,__cfstring
465       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
466       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
467       if (Section.find("__DATA,__cfstring") == 0) {
468         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G);
469         continue;
470       }
471     }
472
473     GlobalsToChange.push_back(G);
474   }
475
476   size_t n = GlobalsToChange.size();
477   if (n == 0) return false;
478
479   // A global is described by a structure
480   //   size_t beg;
481   //   size_t size;
482   //   size_t size_with_redzone;
483   //   const char *name;
484   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
485   StructType *GlobalStructTy = StructType::get(IntptrTy, IntptrTy,
486                                                IntptrTy, IntptrTy, NULL);
487   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
488
489   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
490
491   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
492     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
493     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
494     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
495     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
496     uint64_t RightRedzoneSize = RedzoneSize +
497         (RedzoneSize - (SizeInBytes % RedzoneSize));
498     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
499
500     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, NULL);
501     Constant *NewInitializer = ConstantStruct::get(
502         NewTy, G->getInitializer(),
503         Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), NULL);
504
505     SmallString<2048> DescriptionOfGlobal = G->getName();
506     DescriptionOfGlobal += " (";
507     DescriptionOfGlobal += M.getModuleIdentifier();
508     DescriptionOfGlobal += ")";
509     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(M, DescriptionOfGlobal);
510
511     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
512     GlobalVariable *NewGlobal = new GlobalVariable(
513         M, NewTy, G->isConstant(), G->getLinkage(),
514         NewInitializer, "", G, G->getThreadLocalMode());
515     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
516     NewGlobal->setAlignment(RedzoneSize);
517
518     Value *Indices2[2];
519     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
520     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
521
522     G->replaceAllUsesWith(
523         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewGlobal, Indices2, true));
524     NewGlobal->takeName(G);
525     G->eraseFromParent();
526
527     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
528         GlobalStructTy,
529         ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
530         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
531         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
532         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
533         NULL);
534     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL:\n" << *NewGlobal);
535   }
536
537   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
538   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
539       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::PrivateLinkage,
540       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
541
542   Function *AsanRegisterGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
543       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
544   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
545
546   IRB.CreateCall2(AsanRegisterGlobals,
547                   IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
548                   ConstantInt::get(IntptrTy, n));
549
550   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
551   // gets closed.
552   Function *AsanDtorFunction = Function::Create(
553       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
554       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
555   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
556   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
557   Function *AsanUnregisterGlobals =
558       checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
559           kAsanUnregisterGlobalsName,
560           IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
561   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
562
563   IRB_Dtor.CreateCall2(AsanUnregisterGlobals,
564                        IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
565                        ConstantInt::get(IntptrTy, n));
566   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
567
568   DEBUG(dbgs() << M);
569   return true;
570 }
571
572 // virtual
573 bool AddressSanitizer::runOnModule(Module &M) {
574   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
575   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
576   if (!TD)
577     return false;
578   BL.reset(new FunctionBlackList(ClBlackListFile));
579
580   CurrentModule = &M;
581   C = &(M.getContext());
582   LongSize = TD->getPointerSizeInBits();
583   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
584   IntptrPtrTy = PointerType::get(IntptrTy, 0);
585
586   AsanCtorFunction = Function::Create(
587       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
588       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleCtorName, &M);
589   BasicBlock *AsanCtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanCtorFunction);
590   CtorInsertBefore = ReturnInst::Create(*C, AsanCtorBB);
591
592   // call __asan_init in the module ctor.
593   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
594   AsanInitFunction = checkInterfaceFunction(
595       M.getOrInsertFunction(kAsanInitName, IRB.getVoidTy(), NULL));
596   AsanInitFunction->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
597   IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
598
599   llvm::Triple targetTriple(M.getTargetTriple());
600   bool isAndroid = targetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::ANDROIDEABI;
601
602   MappingOffset = isAndroid ? kDefaultShadowOffsetAndroid :
603     (LongSize == 32 ? kDefaultShadowOffset32 : kDefaultShadowOffset64);
604   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
605     if (ClMappingOffsetLog == 0) {
606       // special case
607       MappingOffset = 0;
608     } else {
609       MappingOffset = 1ULL << ClMappingOffsetLog;
610     }
611   }
612   MappingScale = kDefaultShadowScale;
613   if (ClMappingScale) {
614     MappingScale = ClMappingScale;
615   }
616   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
617   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
618   RedzoneSize = std::max(32, (int)(1 << MappingScale));
619
620   bool Res = false;
621
622   if (ClGlobals)
623     Res |= insertGlobalRedzones(M);
624
625   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
626     // Tell the run-time the current values of mapping offset and scale.
627     GlobalValue *asan_mapping_offset =
628         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
629                        ConstantInt::get(IntptrTy, MappingOffset),
630                        kAsanMappingOffsetName);
631     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
632     IRB.CreateLoad(asan_mapping_offset, true);
633   }
634   if (ClMappingScale) {
635     GlobalValue *asan_mapping_scale =
636         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
637                            ConstantInt::get(IntptrTy, MappingScale),
638                            kAsanMappingScaleName);
639     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
640     IRB.CreateLoad(asan_mapping_scale, true);
641   }
642
643
644   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
645     if (F->isDeclaration()) continue;
646     Res |= handleFunction(M, *F);
647   }
648
649   appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
650
651   return Res;
652 }
653
654 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
655   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
656   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
657   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
658   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
659   // the shadow memory.
660   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
661   // instrumented functions.
662   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
663     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
664     IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
665     return true;
666   }
667   return false;
668 }
669
670 bool AddressSanitizer::handleFunction(Module &M, Function &F) {
671   if (BL->isIn(F)) return false;
672   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
673
674   // If needed, insert __asan_init before checking for AddressSafety attr.
675   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
676
677   if (!F.hasFnAttr(Attribute::AddressSafety)) return false;
678
679   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName())
680     return false;
681   // We want to instrument every address only once per basic block
682   // (unless there are calls between uses).
683   SmallSet<Value*, 16> TempsToInstrument;
684   SmallVector<Instruction*, 16> ToInstrument;
685   SmallVector<Instruction*, 8> NoReturnCalls;
686   bool IsWrite;
687
688   // Fill the set of memory operations to instrument.
689   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
690        FI != FE; ++FI) {
691     TempsToInstrument.clear();
692     for (BasicBlock::iterator BI = FI->begin(), BE = FI->end();
693          BI != BE; ++BI) {
694       if (LooksLikeCodeInBug11395(BI)) return false;
695       if (Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(BI, &IsWrite)) {
696         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
697           if (!TempsToInstrument.insert(Addr))
698             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
699         }
700       } else if (isa<MemIntrinsic>(BI) && ClMemIntrin) {
701         // ok, take it.
702       } else {
703         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
704           // A call inside BB.
705           TempsToInstrument.clear();
706           if (CI->doesNotReturn()) {
707             NoReturnCalls.push_back(CI);
708           }
709         }
710         continue;
711       }
712       ToInstrument.push_back(BI);
713     }
714   }
715
716   // Instrument.
717   int NumInstrumented = 0;
718   for (size_t i = 0, n = ToInstrument.size(); i != n; i++) {
719     Instruction *Inst = ToInstrument[i];
720     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
721         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
722       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite))
723         instrumentMop(Inst);
724       else
725         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
726     }
727     NumInstrumented++;
728   }
729
730   DEBUG(dbgs() << F);
731
732   bool ChangedStack = poisonStackInFunction(M, F);
733
734   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
735   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
736   for (size_t i = 0, n = NoReturnCalls.size(); i != n; i++) {
737     Instruction *CI = NoReturnCalls[i];
738     IRBuilder<> IRB(CI);
739     IRB.CreateCall(M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName,
740                                          IRB.getVoidTy(), NULL));
741   }
742
743   return NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
744 }
745
746 static uint64_t ValueForPoison(uint64_t PoisonByte, size_t ShadowRedzoneSize) {
747   if (ShadowRedzoneSize == 1) return PoisonByte;
748   if (ShadowRedzoneSize == 2) return (PoisonByte << 8) + PoisonByte;
749   if (ShadowRedzoneSize == 4)
750     return (PoisonByte << 24) + (PoisonByte << 16) +
751         (PoisonByte << 8) + (PoisonByte);
752   llvm_unreachable("ShadowRedzoneSize is either 1, 2 or 4");
753 }
754
755 static void PoisonShadowPartialRightRedzone(uint8_t *Shadow,
756                                             size_t Size,
757                                             size_t RedzoneSize,
758                                             size_t ShadowGranularity,
759                                             uint8_t Magic) {
760   for (size_t i = 0; i < RedzoneSize;
761        i+= ShadowGranularity, Shadow++) {
762     if (i + ShadowGranularity <= Size) {
763       *Shadow = 0;  // fully addressable
764     } else if (i >= Size) {
765       *Shadow = Magic;  // unaddressable
766     } else {
767       *Shadow = Size - i;  // first Size-i bytes are addressable
768     }
769   }
770 }
771
772 void AddressSanitizer::PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec,
773                                    IRBuilder<> IRB,
774                                    Value *ShadowBase, bool DoPoison) {
775   size_t ShadowRZSize = RedzoneSize >> MappingScale;
776   assert(ShadowRZSize >= 1 && ShadowRZSize <= 4);
777   Type *RZTy = Type::getIntNTy(*C, ShadowRZSize * 8);
778   Type *RZPtrTy = PointerType::get(RZTy, 0);
779
780   Value *PoisonLeft  = ConstantInt::get(RZTy,
781     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackLeftRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
782   Value *PoisonMid   = ConstantInt::get(RZTy,
783     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackMidRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
784   Value *PoisonRight = ConstantInt::get(RZTy,
785     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackRightRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
786
787   // poison the first red zone.
788   IRB.CreateStore(PoisonLeft, IRB.CreateIntToPtr(ShadowBase, RZPtrTy));
789
790   // poison all other red zones.
791   uint64_t Pos = RedzoneSize;
792   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
793     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
794     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
795     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
796     assert(AlignedSize - SizeInBytes < RedzoneSize);
797     Value *Ptr = NULL;
798
799     Pos += AlignedSize;
800
801     assert(ShadowBase->getType() == IntptrTy);
802     if (SizeInBytes < AlignedSize) {
803       // Poison the partial redzone at right
804       Ptr = IRB.CreateAdd(
805           ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy,
806                                        (Pos >> MappingScale) - ShadowRZSize));
807       size_t AddressableBytes = RedzoneSize - (AlignedSize - SizeInBytes);
808       uint32_t Poison = 0;
809       if (DoPoison) {
810         PoisonShadowPartialRightRedzone((uint8_t*)&Poison, AddressableBytes,
811                                         RedzoneSize,
812                                         1ULL << MappingScale,
813                                         kAsanStackPartialRedzoneMagic);
814       }
815       Value *PartialPoison = ConstantInt::get(RZTy, Poison);
816       IRB.CreateStore(PartialPoison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
817     }
818
819     // Poison the full redzone at right.
820     Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase,
821                         ConstantInt::get(IntptrTy, Pos >> MappingScale));
822     Value *Poison = i == AllocaVec.size() - 1 ? PoisonRight : PoisonMid;
823     IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
824
825     Pos += RedzoneSize;
826   }
827 }
828
829 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
830 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
831 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
832 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
833   if (LongSize != 32) return false;
834   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
835   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
836   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
837   // We have inline assembly with quite a few arguments.
838   return true;
839 }
840
841 // Find all static Alloca instructions and put
842 // poisoned red zones around all of them.
843 // Then unpoison everything back before the function returns.
844 //
845 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
846 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
847 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
848 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
849 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
850 // actual function which catches the exception. Most likely because the
851 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
852 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
853 // It sounds like an LLVM bug.
854 bool AddressSanitizer::poisonStackInFunction(Module &M, Function &F) {
855   if (!ClStack) return false;
856   SmallVector<AllocaInst*, 16> AllocaVec;
857   SmallVector<Instruction*, 8> RetVec;
858   uint64_t TotalSize = 0;
859
860   // Filter out Alloca instructions we want (and can) handle.
861   // Collect Ret instructions.
862   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
863        FI != FE; ++FI) {
864     BasicBlock &BB = *FI;
865     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end();
866          BI != BE; ++BI) {
867       if (isa<ReturnInst>(BI)) {
868           RetVec.push_back(BI);
869           continue;
870       }
871
872       AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(BI);
873       if (!AI) continue;
874       if (AI->isArrayAllocation()) continue;
875       if (!AI->isStaticAlloca()) continue;
876       if (!AI->getAllocatedType()->isSized()) continue;
877       if (AI->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
878       AllocaVec.push_back(AI);
879       uint64_t AlignedSize =  getAlignedAllocaSize(AI);
880       TotalSize += AlignedSize;
881     }
882   }
883
884   if (AllocaVec.empty()) return false;
885
886   uint64_t LocalStackSize = TotalSize + (AllocaVec.size() + 1) * RedzoneSize;
887
888   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn
889       && LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
890
891   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
892   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
893
894
895   Type *ByteArrayTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), LocalStackSize);
896   AllocaInst *MyAlloca =
897       new AllocaInst(ByteArrayTy, "MyAlloca", InsBefore);
898   MyAlloca->setAlignment(RedzoneSize);
899   assert(MyAlloca->isStaticAlloca());
900   Value *OrigStackBase = IRB.CreatePointerCast(MyAlloca, IntptrTy);
901   Value *LocalStackBase = OrigStackBase;
902
903   if (DoStackMalloc) {
904     Value *AsanStackMallocFunc = M.getOrInsertFunction(
905         kAsanStackMallocName, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
906     LocalStackBase = IRB.CreateCall2(AsanStackMallocFunc,
907         ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize), OrigStackBase);
908   }
909
910   // This string will be parsed by the run-time (DescribeStackAddress).
911   SmallString<2048> StackDescriptionStorage;
912   raw_svector_ostream StackDescription(StackDescriptionStorage);
913   StackDescription << F.getName() << " " << AllocaVec.size() << " ";
914
915   uint64_t Pos = RedzoneSize;
916   // Replace Alloca instructions with base+offset.
917   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
918     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
919     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
920     StringRef Name = AI->getName();
921     StackDescription << Pos << " " << SizeInBytes << " "
922                      << Name.size() << " " << Name << " ";
923     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
924     assert((AlignedSize % RedzoneSize) == 0);
925     AI->replaceAllUsesWith(
926         IRB.CreateIntToPtr(
927             IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Pos)),
928             AI->getType()));
929     Pos += AlignedSize + RedzoneSize;
930   }
931   assert(Pos == LocalStackSize);
932
933   // Write the Magic value and the frame description constant to the redzone.
934   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
935   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
936                   BasePlus0);
937   Value *BasePlus1 = IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
938                                    ConstantInt::get(IntptrTy, LongSize/8));
939   BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(BasePlus1, IntptrPtrTy);
940   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(
941       createPrivateGlobalForString(M, StackDescription.str()),
942       IntptrTy);
943   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
944
945   // Poison the stack redzones at the entry.
946   Value *ShadowBase = memToShadow(LocalStackBase, IRB);
947   PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRB, ShadowBase, true);
948
949   Value *AsanStackFreeFunc = NULL;
950   if (DoStackMalloc) {
951     AsanStackFreeFunc = M.getOrInsertFunction(
952         kAsanStackFreeName, IRB.getVoidTy(),
953         IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
954   }
955
956   // Unpoison the stack before all ret instructions.
957   for (size_t i = 0, n = RetVec.size(); i < n; i++) {
958     Instruction *Ret = RetVec[i];
959     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
960
961     // Mark the current frame as retired.
962     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
963                        BasePlus0);
964     // Unpoison the stack.
965     PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRBRet, ShadowBase, false);
966
967     if (DoStackMalloc) {
968       IRBRet.CreateCall3(AsanStackFreeFunc, LocalStackBase,
969                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize),
970                          OrigStackBase);
971     }
972   }
973
974   if (ClDebugStack) {
975     DEBUG(dbgs() << F);
976   }
977
978   return true;
979 }