Move llvm/Support/IRBuilder.h -> llvm/IRBuilder.h
[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/Function.h"
20 #include "llvm/IRBuilder.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Module.h"
24 #include "llvm/Type.h"
25 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
26 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/Triple.h"
32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
33 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 #include "llvm/Support/system_error.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
39 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.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 flags limits the number of instructions to be instrumented
86 // in any given BB. Normally, this should be set to unlimited (INT_MAX),
87 // but due to http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=12652 we temporary
88 // set it to 10000.
89 static cl::opt<int> ClMaxInsnsToInstrumentPerBB("asan-max-ins-per-bb",
90        cl::init(10000),
91        cl::desc("maximal number of instructions to instrument in any given BB"),
92        cl::Hidden);
93 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
94 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack",
95        cl::desc("Handle stack memory"), cl::Hidden, cl::init(true));
96 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-use-after-return.
97 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
98        cl::desc("Check return-after-free"), cl::Hidden, cl::init(false));
99 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
100 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
101        cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden, cl::init(true));
102 static cl::opt<bool> ClMemIntrin("asan-memintrin",
103        cl::desc("Handle memset/memcpy/memmove"), cl::Hidden, cl::init(true));
104 // This flag may need to be replaced with -fasan-blacklist.
105 static cl::opt<std::string>  ClBlackListFile("asan-blacklist",
106        cl::desc("File containing the list of functions to ignore "
107                 "during instrumentation"), cl::Hidden);
108
109 // These flags allow to change the shadow mapping.
110 // The shadow mapping looks like
111 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
112 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
113        cl::desc("scale of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(0));
114 static cl::opt<int> ClMappingOffsetLog("asan-mapping-offset-log",
115        cl::desc("offset of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(-1));
116
117 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
118 // and benchmarking the tool.
119 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt",
120        cl::desc("Optimize instrumentation"), cl::Hidden, cl::init(true));
121 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp("asan-opt-same-temp",
122        cl::desc("Instrument the same temp just once"), cl::Hidden,
123        cl::init(true));
124 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
125        cl::desc("Don't instrument scalar globals"), cl::Hidden, cl::init(true));
126
127 // Debug flags.
128 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
129                             cl::init(0));
130 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
131                                  cl::Hidden, cl::init(0));
132 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func",
133                                         cl::Hidden, cl::desc("Debug func"));
134 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
135                                cl::Hidden, cl::init(-1));
136 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
137                                cl::Hidden, cl::init(-1));
138
139 namespace {
140
141 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
142 struct AddressSanitizer : public ModulePass {
143   AddressSanitizer();
144   virtual const char *getPassName() const;
145   void instrumentMop(Instruction *I);
146   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, IRBuilder<> &IRB,
147                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite);
148   Instruction *generateCrashCode(IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
149                                  bool IsWrite, uint32_t TypeSize);
150   bool instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
151   void instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns, Value *Addr,
152                                   Value *Size,
153                                    Instruction *InsertBefore, bool IsWrite);
154   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
155   bool handleFunction(Module &M, Function &F);
156   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
157   bool poisonStackInFunction(Module &M, Function &F);
158   virtual bool runOnModule(Module &M);
159   bool insertGlobalRedzones(Module &M);
160   BranchInst *splitBlockAndInsertIfThen(Instruction *SplitBefore, Value *Cmp);
161   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
162
163  private:
164
165   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) {
166     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
167     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
168     return SizeInBytes;
169   }
170   uint64_t getAlignedSize(uint64_t SizeInBytes) {
171     return ((SizeInBytes + RedzoneSize - 1)
172             / RedzoneSize) * RedzoneSize;
173   }
174   uint64_t getAlignedAllocaSize(AllocaInst *AI) {
175     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
176     return getAlignedSize(SizeInBytes);
177   }
178
179   Function *checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast);
180   void PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec, IRBuilder<> IRB,
181                    Value *ShadowBase, bool DoPoison);
182   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
183
184   Module      *CurrentModule;
185   LLVMContext *C;
186   TargetData *TD;
187   uint64_t MappingOffset;
188   int MappingScale;
189   size_t RedzoneSize;
190   int LongSize;
191   Type *IntptrTy;
192   Type *IntptrPtrTy;
193   Function *AsanCtorFunction;
194   Function *AsanInitFunction;
195   Instruction *CtorInsertBefore;
196   OwningPtr<FunctionBlackList> BL;
197 };
198 }  // namespace
199
200 char AddressSanitizer::ID = 0;
201 INITIALIZE_PASS(AddressSanitizer, "asan",
202     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.",
203     false, false)
204 AddressSanitizer::AddressSanitizer() : ModulePass(ID) { }
205 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerPass() {
206   return new AddressSanitizer();
207 }
208
209 const char *AddressSanitizer::getPassName() const {
210   return "AddressSanitizer";
211 }
212
213 // Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
214 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(Module &M, StringRef Str) {
215   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
216   return new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
217                             GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, "");
218 }
219
220 // Split the basic block and insert an if-then code.
221 // Before:
222 //   Head
223 //   SplitBefore
224 //   Tail
225 // After:
226 //   Head
227 //   if (Cmp)
228 //     NewBasicBlock
229 //   SplitBefore
230 //   Tail
231 //
232 // Returns the NewBasicBlock's terminator.
233 BranchInst *AddressSanitizer::splitBlockAndInsertIfThen(
234     Instruction *SplitBefore, Value *Cmp) {
235   BasicBlock *Head = SplitBefore->getParent();
236   BasicBlock *Tail = Head->splitBasicBlock(SplitBefore);
237   TerminatorInst *HeadOldTerm = Head->getTerminator();
238   BasicBlock *NewBasicBlock =
239       BasicBlock::Create(*C, "", Head->getParent());
240   BranchInst *HeadNewTerm = BranchInst::Create(/*ifTrue*/NewBasicBlock,
241                                                /*ifFalse*/Tail,
242                                                Cmp);
243   ReplaceInstWithInst(HeadOldTerm, HeadNewTerm);
244
245   BranchInst *CheckTerm = BranchInst::Create(Tail, NewBasicBlock);
246   return CheckTerm;
247 }
248
249 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
250   // Shadow >> scale
251   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, MappingScale);
252   if (MappingOffset == 0)
253     return Shadow;
254   // (Shadow >> scale) | offset
255   return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy,
256                                                MappingOffset));
257 }
258
259 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns,
260     Value *Addr, Value *Size, Instruction *InsertBefore, bool IsWrite) {
261   // Check the first byte.
262   {
263     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
264     instrumentAddress(OrigIns, IRB, Addr, 8, IsWrite);
265   }
266   // Check the last byte.
267   {
268     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
269     Value *SizeMinusOne = IRB.CreateSub(
270         Size, ConstantInt::get(Size->getType(), 1));
271     SizeMinusOne = IRB.CreateIntCast(SizeMinusOne, IntptrTy, false);
272     Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
273     Value *AddrPlusSizeMinisOne = IRB.CreateAdd(AddrLong, SizeMinusOne);
274     instrumentAddress(OrigIns, IRB, AddrPlusSizeMinisOne, 8, IsWrite);
275   }
276 }
277
278 // Instrument memset/memmove/memcpy
279 bool AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
280   Value *Dst = MI->getDest();
281   MemTransferInst *MemTran = dyn_cast<MemTransferInst>(MI);
282   Value *Src = MemTran ? MemTran->getSource() : NULL;
283   Value *Length = MI->getLength();
284
285   Constant *ConstLength = dyn_cast<Constant>(Length);
286   Instruction *InsertBefore = MI;
287   if (ConstLength) {
288     if (ConstLength->isNullValue()) return false;
289   } else {
290     // The size is not a constant so it could be zero -- check at run-time.
291     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
292
293     Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(Length,
294                                    Constant::getNullValue(Length->getType()));
295     InsertBefore = splitBlockAndInsertIfThen(InsertBefore, Cmp);
296   }
297
298   instrumentMemIntrinsicParam(MI, Dst, Length, InsertBefore, true);
299   if (Src)
300     instrumentMemIntrinsicParam(MI, Src, Length, InsertBefore, false);
301   return true;
302 }
303
304 // If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
305 // and set IsWrite. Otherwise return NULL.
306 static Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite) {
307   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
308     if (!ClInstrumentReads) return NULL;
309     *IsWrite = false;
310     return LI->getPointerOperand();
311   }
312   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
313     if (!ClInstrumentWrites) return NULL;
314     *IsWrite = true;
315     return SI->getPointerOperand();
316   }
317   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
318     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
319     *IsWrite = true;
320     return RMW->getPointerOperand();
321   }
322   if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
323     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
324     *IsWrite = true;
325     return XCHG->getPointerOperand();
326   }
327   return NULL;
328 }
329
330 void AddressSanitizer::instrumentMop(Instruction *I) {
331   bool IsWrite;
332   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite);
333   assert(Addr);
334   if (ClOpt && ClOptGlobals && isa<GlobalVariable>(Addr)) {
335     // We are accessing a global scalar variable. Nothing to catch here.
336     return;
337   }
338   Type *OrigPtrTy = Addr->getType();
339   Type *OrigTy = cast<PointerType>(OrigPtrTy)->getElementType();
340
341   assert(OrigTy->isSized());
342   uint32_t TypeSize = TD->getTypeStoreSizeInBits(OrigTy);
343
344   if (TypeSize != 8  && TypeSize != 16 &&
345       TypeSize != 32 && TypeSize != 64 && TypeSize != 128) {
346     // Ignore all unusual sizes.
347     return;
348   }
349
350   IRBuilder<> IRB(I);
351   instrumentAddress(I, IRB, Addr, TypeSize, IsWrite);
352 }
353
354 // Validate the result of Module::getOrInsertFunction called for an interface
355 // function of AddressSanitizer. If the instrumented module defines a function
356 // with the same name, their prototypes must match, otherwise
357 // getOrInsertFunction returns a bitcast.
358 Function *AddressSanitizer::checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast) {
359   if (isa<Function>(FuncOrBitcast)) return cast<Function>(FuncOrBitcast);
360   FuncOrBitcast->dump();
361   report_fatal_error("trying to redefine an AddressSanitizer "
362                      "interface function");
363 }
364
365 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(
366     IRBuilder<> &IRB, Value *Addr, bool IsWrite, uint32_t TypeSize) {
367   // IsWrite and TypeSize are encoded in the function name.
368   std::string FunctionName = std::string(kAsanReportErrorTemplate) +
369       (IsWrite ? "store" : "load") + itostr(TypeSize / 8);
370   Value *ReportWarningFunc = CurrentModule->getOrInsertFunction(
371       FunctionName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, NULL);
372   CallInst *Call = IRB.CreateCall(ReportWarningFunc, Addr);
373   Call->setDoesNotReturn();
374   return Call;
375 }
376
377 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
378                                          IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
379                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite) {
380   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
381
382   Type *ShadowTy  = IntegerType::get(
383       *C, std::max(8U, TypeSize >> MappingScale));
384   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
385   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
386   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
387   Value *ShadowValue = IRB.CreateLoad(
388       IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
389
390   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
391
392   Instruction *CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(
393       cast<Instruction>(Cmp)->getNextNode(), Cmp);
394   IRBuilder<> IRB2(CheckTerm);
395
396   size_t Granularity = 1 << MappingScale;
397   if (TypeSize < 8 * Granularity) {
398     // Addr & (Granularity - 1)
399     Value *LastAccessedByte = IRB2.CreateAnd(
400         AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
401     // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
402     if (TypeSize / 8 > 1)
403       LastAccessedByte = IRB2.CreateAdd(
404           LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
405     // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
406     LastAccessedByte = IRB2.CreateIntCast(
407         LastAccessedByte, IRB.getInt8Ty(), false);
408     // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
409     Value *Cmp2 = IRB2.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
410
411     CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(CheckTerm, Cmp2);
412   }
413
414   IRBuilder<> IRB1(CheckTerm);
415   Instruction *Crash = generateCrashCode(IRB1, AddrLong, IsWrite, TypeSize);
416   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
417   ReplaceInstWithInst(CheckTerm, new UnreachableInst(*C));
418 }
419
420 // This function replaces all global variables with new variables that have
421 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
422 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
423 bool AddressSanitizer::insertGlobalRedzones(Module &M) {
424   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
425
426   for (Module::GlobalListType::iterator G = M.getGlobalList().begin(),
427        E = M.getGlobalList().end(); G != E; ++G) {
428     Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
429     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G);
430
431     if (!Ty->isSized()) continue;
432     if (!G->hasInitializer()) continue;
433     // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
434     // Don't handle ODR type linkages since other modules may be built w/o asan.
435     if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
436         G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
437         G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
438       continue;
439     // Two problems with thread-locals:
440     //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
441     //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
442     if (G->isThreadLocal())
443       continue;
444     // For now, just ignore this Alloca if the alignment is large.
445     if (G->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
446
447     // Ignore all the globals with the names starting with "\01L_OBJC_".
448     // Many of those are put into the .cstring section. The linker compresses
449     // that section by removing the spare \0s after the string terminator, so
450     // our redzones get broken.
451     if ((G->getName().find("\01L_OBJC_") == 0) ||
452         (G->getName().find("\01l_OBJC_") == 0)) {
453       DEBUG(dbgs() << "Ignoring \\01L_OBJC_* global: " << *G);
454       continue;
455     }
456
457     if (G->hasSection()) {
458       StringRef Section(G->getSection());
459       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
460       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
461       // them.
462       if ((Section.find("__OBJC,") == 0) ||
463           (Section.find("__DATA, __objc_") == 0)) {
464         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G);
465         continue;
466       }
467       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
468       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
469       //  -- the string buffer is emitted into
470       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
471       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
472       //     is placed into __DATA,__cfstring
473       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
474       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
475       if (Section.find("__DATA,__cfstring") == 0) {
476         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G);
477         continue;
478       }
479     }
480
481     GlobalsToChange.push_back(G);
482   }
483
484   size_t n = GlobalsToChange.size();
485   if (n == 0) return false;
486
487   // A global is described by a structure
488   //   size_t beg;
489   //   size_t size;
490   //   size_t size_with_redzone;
491   //   const char *name;
492   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
493   StructType *GlobalStructTy = StructType::get(IntptrTy, IntptrTy,
494                                                IntptrTy, IntptrTy, NULL);
495   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
496
497   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
498
499   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
500     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
501     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
502     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
503     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
504     uint64_t RightRedzoneSize = RedzoneSize +
505         (RedzoneSize - (SizeInBytes % RedzoneSize));
506     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
507
508     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, NULL);
509     Constant *NewInitializer = ConstantStruct::get(
510         NewTy, G->getInitializer(),
511         Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), NULL);
512
513     SmallString<2048> DescriptionOfGlobal = G->getName();
514     DescriptionOfGlobal += " (";
515     DescriptionOfGlobal += M.getModuleIdentifier();
516     DescriptionOfGlobal += ")";
517     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(M, DescriptionOfGlobal);
518
519     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
520     GlobalVariable *NewGlobal = new GlobalVariable(
521         M, NewTy, G->isConstant(), G->getLinkage(),
522         NewInitializer, "", G, G->getThreadLocalMode());
523     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
524     NewGlobal->setAlignment(RedzoneSize);
525
526     Value *Indices2[2];
527     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
528     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
529
530     G->replaceAllUsesWith(
531         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewGlobal, Indices2, true));
532     NewGlobal->takeName(G);
533     G->eraseFromParent();
534
535     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
536         GlobalStructTy,
537         ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
538         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
539         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
540         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
541         NULL);
542     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL:\n" << *NewGlobal);
543   }
544
545   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
546   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
547       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::PrivateLinkage,
548       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
549
550   Function *AsanRegisterGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
551       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
552   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
553
554   IRB.CreateCall2(AsanRegisterGlobals,
555                   IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
556                   ConstantInt::get(IntptrTy, n));
557
558   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
559   // gets closed.
560   Function *AsanDtorFunction = Function::Create(
561       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
562       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
563   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
564   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
565   Function *AsanUnregisterGlobals =
566       checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
567           kAsanUnregisterGlobalsName,
568           IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
569   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
570
571   IRB_Dtor.CreateCall2(AsanUnregisterGlobals,
572                        IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
573                        ConstantInt::get(IntptrTy, n));
574   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
575
576   DEBUG(dbgs() << M);
577   return true;
578 }
579
580 // virtual
581 bool AddressSanitizer::runOnModule(Module &M) {
582   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
583   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
584   if (!TD)
585     return false;
586   BL.reset(new FunctionBlackList(ClBlackListFile));
587
588   CurrentModule = &M;
589   C = &(M.getContext());
590   LongSize = TD->getPointerSizeInBits();
591   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
592   IntptrPtrTy = PointerType::get(IntptrTy, 0);
593
594   AsanCtorFunction = Function::Create(
595       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
596       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleCtorName, &M);
597   BasicBlock *AsanCtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanCtorFunction);
598   CtorInsertBefore = ReturnInst::Create(*C, AsanCtorBB);
599
600   // call __asan_init in the module ctor.
601   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
602   AsanInitFunction = checkInterfaceFunction(
603       M.getOrInsertFunction(kAsanInitName, IRB.getVoidTy(), NULL));
604   AsanInitFunction->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
605   IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
606
607   llvm::Triple targetTriple(M.getTargetTriple());
608   bool isAndroid = targetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::ANDROIDEABI;
609
610   MappingOffset = isAndroid ? kDefaultShadowOffsetAndroid :
611     (LongSize == 32 ? kDefaultShadowOffset32 : kDefaultShadowOffset64);
612   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
613     if (ClMappingOffsetLog == 0) {
614       // special case
615       MappingOffset = 0;
616     } else {
617       MappingOffset = 1ULL << ClMappingOffsetLog;
618     }
619   }
620   MappingScale = kDefaultShadowScale;
621   if (ClMappingScale) {
622     MappingScale = ClMappingScale;
623   }
624   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
625   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
626   RedzoneSize = std::max(32, (int)(1 << MappingScale));
627
628   bool Res = false;
629
630   if (ClGlobals)
631     Res |= insertGlobalRedzones(M);
632
633   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
634     // Tell the run-time the current values of mapping offset and scale.
635     GlobalValue *asan_mapping_offset =
636         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
637                        ConstantInt::get(IntptrTy, MappingOffset),
638                        kAsanMappingOffsetName);
639     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
640     IRB.CreateLoad(asan_mapping_offset, true);
641   }
642   if (ClMappingScale) {
643     GlobalValue *asan_mapping_scale =
644         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
645                            ConstantInt::get(IntptrTy, MappingScale),
646                            kAsanMappingScaleName);
647     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
648     IRB.CreateLoad(asan_mapping_scale, true);
649   }
650
651
652   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
653     if (F->isDeclaration()) continue;
654     Res |= handleFunction(M, *F);
655   }
656
657   appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
658
659   return Res;
660 }
661
662 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
663   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
664   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
665   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
666   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
667   // the shadow memory.
668   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
669   // instrumented functions.
670   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
671     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
672     IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
673     return true;
674   }
675   return false;
676 }
677
678 bool AddressSanitizer::handleFunction(Module &M, Function &F) {
679   if (BL->isIn(F)) return false;
680   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
681
682   // If needed, insert __asan_init before checking for AddressSafety attr.
683   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
684
685   if (!F.hasFnAttr(Attribute::AddressSafety)) return false;
686
687   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName())
688     return false;
689   // We want to instrument every address only once per basic block
690   // (unless there are calls between uses).
691   SmallSet<Value*, 16> TempsToInstrument;
692   SmallVector<Instruction*, 16> ToInstrument;
693   SmallVector<Instruction*, 8> NoReturnCalls;
694   bool IsWrite;
695
696   // Fill the set of memory operations to instrument.
697   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
698        FI != FE; ++FI) {
699     TempsToInstrument.clear();
700     int NumInsnsPerBB = 0;
701     for (BasicBlock::iterator BI = FI->begin(), BE = FI->end();
702          BI != BE; ++BI) {
703       if (LooksLikeCodeInBug11395(BI)) return false;
704       if (Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(BI, &IsWrite)) {
705         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
706           if (!TempsToInstrument.insert(Addr))
707             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
708         }
709       } else if (isa<MemIntrinsic>(BI) && ClMemIntrin) {
710         // ok, take it.
711       } else {
712         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
713           // A call inside BB.
714           TempsToInstrument.clear();
715           if (CI->doesNotReturn()) {
716             NoReturnCalls.push_back(CI);
717           }
718         }
719         continue;
720       }
721       ToInstrument.push_back(BI);
722       NumInsnsPerBB++;
723       if (NumInsnsPerBB >= ClMaxInsnsToInstrumentPerBB)
724         break;
725     }
726   }
727
728   // Instrument.
729   int NumInstrumented = 0;
730   for (size_t i = 0, n = ToInstrument.size(); i != n; i++) {
731     Instruction *Inst = ToInstrument[i];
732     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
733         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
734       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite))
735         instrumentMop(Inst);
736       else
737         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
738     }
739     NumInstrumented++;
740   }
741
742   DEBUG(dbgs() << F);
743
744   bool ChangedStack = poisonStackInFunction(M, F);
745
746   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
747   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
748   for (size_t i = 0, n = NoReturnCalls.size(); i != n; i++) {
749     Instruction *CI = NoReturnCalls[i];
750     IRBuilder<> IRB(CI);
751     IRB.CreateCall(M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName,
752                                          IRB.getVoidTy(), NULL));
753   }
754
755   return NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
756 }
757
758 static uint64_t ValueForPoison(uint64_t PoisonByte, size_t ShadowRedzoneSize) {
759   if (ShadowRedzoneSize == 1) return PoisonByte;
760   if (ShadowRedzoneSize == 2) return (PoisonByte << 8) + PoisonByte;
761   if (ShadowRedzoneSize == 4)
762     return (PoisonByte << 24) + (PoisonByte << 16) +
763         (PoisonByte << 8) + (PoisonByte);
764   llvm_unreachable("ShadowRedzoneSize is either 1, 2 or 4");
765 }
766
767 static void PoisonShadowPartialRightRedzone(uint8_t *Shadow,
768                                             size_t Size,
769                                             size_t RedzoneSize,
770                                             size_t ShadowGranularity,
771                                             uint8_t Magic) {
772   for (size_t i = 0; i < RedzoneSize;
773        i+= ShadowGranularity, Shadow++) {
774     if (i + ShadowGranularity <= Size) {
775       *Shadow = 0;  // fully addressable
776     } else if (i >= Size) {
777       *Shadow = Magic;  // unaddressable
778     } else {
779       *Shadow = Size - i;  // first Size-i bytes are addressable
780     }
781   }
782 }
783
784 void AddressSanitizer::PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec,
785                                    IRBuilder<> IRB,
786                                    Value *ShadowBase, bool DoPoison) {
787   size_t ShadowRZSize = RedzoneSize >> MappingScale;
788   assert(ShadowRZSize >= 1 && ShadowRZSize <= 4);
789   Type *RZTy = Type::getIntNTy(*C, ShadowRZSize * 8);
790   Type *RZPtrTy = PointerType::get(RZTy, 0);
791
792   Value *PoisonLeft  = ConstantInt::get(RZTy,
793     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackLeftRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
794   Value *PoisonMid   = ConstantInt::get(RZTy,
795     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackMidRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
796   Value *PoisonRight = ConstantInt::get(RZTy,
797     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackRightRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
798
799   // poison the first red zone.
800   IRB.CreateStore(PoisonLeft, IRB.CreateIntToPtr(ShadowBase, RZPtrTy));
801
802   // poison all other red zones.
803   uint64_t Pos = RedzoneSize;
804   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
805     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
806     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
807     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
808     assert(AlignedSize - SizeInBytes < RedzoneSize);
809     Value *Ptr = NULL;
810
811     Pos += AlignedSize;
812
813     assert(ShadowBase->getType() == IntptrTy);
814     if (SizeInBytes < AlignedSize) {
815       // Poison the partial redzone at right
816       Ptr = IRB.CreateAdd(
817           ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy,
818                                        (Pos >> MappingScale) - ShadowRZSize));
819       size_t AddressableBytes = RedzoneSize - (AlignedSize - SizeInBytes);
820       uint32_t Poison = 0;
821       if (DoPoison) {
822         PoisonShadowPartialRightRedzone((uint8_t*)&Poison, AddressableBytes,
823                                         RedzoneSize,
824                                         1ULL << MappingScale,
825                                         kAsanStackPartialRedzoneMagic);
826       }
827       Value *PartialPoison = ConstantInt::get(RZTy, Poison);
828       IRB.CreateStore(PartialPoison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
829     }
830
831     // Poison the full redzone at right.
832     Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase,
833                         ConstantInt::get(IntptrTy, Pos >> MappingScale));
834     Value *Poison = i == AllocaVec.size() - 1 ? PoisonRight : PoisonMid;
835     IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
836
837     Pos += RedzoneSize;
838   }
839 }
840
841 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
842 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
843 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
844 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
845   if (LongSize != 32) return false;
846   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
847   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
848   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
849   // We have inline assembly with quite a few arguments.
850   return true;
851 }
852
853 // Find all static Alloca instructions and put
854 // poisoned red zones around all of them.
855 // Then unpoison everything back before the function returns.
856 //
857 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
858 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
859 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
860 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
861 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
862 // actual function which catches the exception. Most likely because the
863 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
864 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
865 // It sounds like an LLVM bug.
866 bool AddressSanitizer::poisonStackInFunction(Module &M, Function &F) {
867   if (!ClStack) return false;
868   SmallVector<AllocaInst*, 16> AllocaVec;
869   SmallVector<Instruction*, 8> RetVec;
870   uint64_t TotalSize = 0;
871
872   // Filter out Alloca instructions we want (and can) handle.
873   // Collect Ret instructions.
874   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
875        FI != FE; ++FI) {
876     BasicBlock &BB = *FI;
877     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end();
878          BI != BE; ++BI) {
879       if (isa<ReturnInst>(BI)) {
880           RetVec.push_back(BI);
881           continue;
882       }
883
884       AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(BI);
885       if (!AI) continue;
886       if (AI->isArrayAllocation()) continue;
887       if (!AI->isStaticAlloca()) continue;
888       if (!AI->getAllocatedType()->isSized()) continue;
889       if (AI->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
890       AllocaVec.push_back(AI);
891       uint64_t AlignedSize =  getAlignedAllocaSize(AI);
892       TotalSize += AlignedSize;
893     }
894   }
895
896   if (AllocaVec.empty()) return false;
897
898   uint64_t LocalStackSize = TotalSize + (AllocaVec.size() + 1) * RedzoneSize;
899
900   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn
901       && LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
902
903   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
904   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
905
906
907   Type *ByteArrayTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), LocalStackSize);
908   AllocaInst *MyAlloca =
909       new AllocaInst(ByteArrayTy, "MyAlloca", InsBefore);
910   MyAlloca->setAlignment(RedzoneSize);
911   assert(MyAlloca->isStaticAlloca());
912   Value *OrigStackBase = IRB.CreatePointerCast(MyAlloca, IntptrTy);
913   Value *LocalStackBase = OrigStackBase;
914
915   if (DoStackMalloc) {
916     Value *AsanStackMallocFunc = M.getOrInsertFunction(
917         kAsanStackMallocName, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
918     LocalStackBase = IRB.CreateCall2(AsanStackMallocFunc,
919         ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize), OrigStackBase);
920   }
921
922   // This string will be parsed by the run-time (DescribeStackAddress).
923   SmallString<2048> StackDescriptionStorage;
924   raw_svector_ostream StackDescription(StackDescriptionStorage);
925   StackDescription << F.getName() << " " << AllocaVec.size() << " ";
926
927   uint64_t Pos = RedzoneSize;
928   // Replace Alloca instructions with base+offset.
929   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
930     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
931     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
932     StringRef Name = AI->getName();
933     StackDescription << Pos << " " << SizeInBytes << " "
934                      << Name.size() << " " << Name << " ";
935     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
936     assert((AlignedSize % RedzoneSize) == 0);
937     AI->replaceAllUsesWith(
938         IRB.CreateIntToPtr(
939             IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Pos)),
940             AI->getType()));
941     Pos += AlignedSize + RedzoneSize;
942   }
943   assert(Pos == LocalStackSize);
944
945   // Write the Magic value and the frame description constant to the redzone.
946   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
947   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
948                   BasePlus0);
949   Value *BasePlus1 = IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
950                                    ConstantInt::get(IntptrTy, LongSize/8));
951   BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(BasePlus1, IntptrPtrTy);
952   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(
953       createPrivateGlobalForString(M, StackDescription.str()),
954       IntptrTy);
955   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
956
957   // Poison the stack redzones at the entry.
958   Value *ShadowBase = memToShadow(LocalStackBase, IRB);
959   PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRB, ShadowBase, true);
960
961   Value *AsanStackFreeFunc = NULL;
962   if (DoStackMalloc) {
963     AsanStackFreeFunc = M.getOrInsertFunction(
964         kAsanStackFreeName, IRB.getVoidTy(),
965         IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
966   }
967
968   // Unpoison the stack before all ret instructions.
969   for (size_t i = 0, n = RetVec.size(); i < n; i++) {
970     Instruction *Ret = RetVec[i];
971     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
972
973     // Mark the current frame as retired.
974     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
975                        BasePlus0);
976     // Unpoison the stack.
977     PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRBRet, ShadowBase, false);
978
979     if (DoStackMalloc) {
980       IRBRet.CreateCall3(AsanStackFreeFunc, LocalStackBase,
981                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize),
982                          OrigStackBase);
983     }
984   }
985
986   if (ClDebugStack) {
987     DEBUG(dbgs() << F);
988   }
989
990   return true;
991 }