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 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
  17 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
  18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  21 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  22 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
  23 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  24 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  25 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  26 #include "llvm/ADT/Triple.h"
  27 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  28 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
  29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  30 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  31 #include "llvm/IR/Function.h"
  32 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  33 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
  34 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  35 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  36 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  37 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  38 #include "llvm/IR/Module.h"
  39 #include "llvm/IR/Type.h"
  40 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  41 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  42 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  43 #include "llvm/Support/Debug.h"
  44 #include "llvm/Support/Endian.h"
  45 #include "llvm/Support/SwapByteOrder.h"
  46 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  47 #include "llvm/Transforms/Utils/ASanStackFrameLayout.h"
  48 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  49 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  50 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  51 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
  52 #include <algorithm>
  53 #include <string>
  54 #include <system_error>
  55
  56 using namespace llvm;
  57
  58 #define DEBUG_TYPE "asan"
  59
  60 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
  61 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
  62 static const uint64_t kIOSShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  63 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
  64 static const uint64_t kSmallX86_64ShadowOffset = 0x7FFF8000;  // < 2G.
  65 static const uint64_t kPPC64_ShadowOffset64 = 1ULL << 41;
  66 static const uint64_t kMIPS32_ShadowOffset32 = 0x0aaa0000;
  67 static const uint64_t kMIPS64_ShadowOffset64 = 1ULL << 36;
  68 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  69 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset64 = 1ULL << 46;
  70 static const uint64_t kWindowsShadowOffset32 = 3ULL << 28;
  71
  72 static const size_t kMinStackMallocSize = 1 << 6;  // 64B
  73 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
  74 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
  75 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
  76
  77 static const char *const kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
  78 static const char *const kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
  79 static const uint64_t    kAsanCtorAndDtorPriority = 1;
  80 static const char *const kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
  81 static const char *const kAsanReportLoadN = "__asan_report_load_n";
  82 static const char *const kAsanReportStoreN = "__asan_report_store_n";
  83 static const char *const kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
  84 static const char *const kAsanUnregisterGlobalsName =
  85     "__asan_unregister_globals";
  86 static const char *const kAsanPoisonGlobalsName = "__asan_before_dynamic_init";
  87 static const char *const kAsanUnpoisonGlobalsName = "__asan_after_dynamic_init";
  88 static const char *const kAsanInitName = "__asan_init_v5";
  89 static const char *const kAsanPtrCmp = "__sanitizer_ptr_cmp";
  90 static const char *const kAsanPtrSub = "__sanitizer_ptr_sub";
  91 static const char *const kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
  92 static const int         kMaxAsanStackMallocSizeClass = 10;
  93 static const char *const kAsanStackMallocNameTemplate = "__asan_stack_malloc_";
  94 static const char *const kAsanStackFreeNameTemplate = "__asan_stack_free_";
  95 static const char *const kAsanGenPrefix = "__asan_gen_";
  96 static const char *const kSanCovGenPrefix = "__sancov_gen_";
  97 static const char *const kAsanPoisonStackMemoryName =
  98     "__asan_poison_stack_memory";
  99 static const char *const kAsanUnpoisonStackMemoryName =
 100     "__asan_unpoison_stack_memory";
 101
 102 static const char *const kAsanOptionDetectUAR =
 103     "__asan_option_detect_stack_use_after_return";
 104
 105 #ifndef NDEBUG
 106 static const int kAsanStackAfterReturnMagic = 0xf5;
 107 #endif
 108
 109 // Accesses sizes are powers of two: 1, 2, 4, 8, 16.
 110 static const size_t kNumberOfAccessSizes = 5;
 111
 112 static const unsigned kAllocaRzSize = 32;
 113 static const unsigned kAsanAllocaLeftMagic = 0xcacacacaU;
 114 static const unsigned kAsanAllocaRightMagic = 0xcbcbcbcbU;
 115 static const unsigned kAsanAllocaPartialVal1 = 0xcbcbcb00U;
 116 static const unsigned kAsanAllocaPartialVal2 = 0x000000cbU;
 117
 118 // Command-line flags.
 119
 120 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
 121 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
 122        cl::desc("instrument read instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
 123 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites("asan-instrument-writes",
 124        cl::desc("instrument write instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
 125 static cl::opt<bool> ClInstrumentAtomics("asan-instrument-atomics",
 126        cl::desc("instrument atomic instructions (rmw, cmpxchg)"),
 127        cl::Hidden, cl::init(true));
 128 static cl::opt<bool> ClAlwaysSlowPath("asan-always-slow-path",
 129        cl::desc("use instrumentation with slow path for all accesses"),
 130        cl::Hidden, cl::init(false));
 131 // This flag limits the number of instructions to be instrumented
 132 // in any given BB. Normally, this should be set to unlimited (INT_MAX),
 133 // but due to http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=12652 we temporary
 134 // set it to 10000.
 135 static cl::opt<int> ClMaxInsnsToInstrumentPerBB("asan-max-ins-per-bb",
 136        cl::init(10000),
 137        cl::desc("maximal number of instructions to instrument in any given BB"),
 138        cl::Hidden);
 139 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
 140 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack",
 141        cl::desc("Handle stack memory"), cl::Hidden, cl::init(true));
 142 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
 143        cl::desc("Check return-after-free"), cl::Hidden, cl::init(true));
 144 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
 145 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
 146        cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden, cl::init(true));
 147 static cl::opt<bool> ClInitializers("asan-initialization-order",
 148        cl::desc("Handle C++ initializer order"), cl::Hidden, cl::init(true));
 149 static cl::opt<bool> ClInvalidPointerPairs("asan-detect-invalid-pointer-pair",
 150        cl::desc("Instrument <, <=, >, >=, - with pointer operands"),
 151        cl::Hidden, cl::init(false));
 152 static cl::opt<unsigned> ClRealignStack("asan-realign-stack",
 153        cl::desc("Realign stack to the value of this flag (power of two)"),
 154        cl::Hidden, cl::init(32));
 155 static cl::opt<int> ClInstrumentationWithCallsThreshold(
 156     "asan-instrumentation-with-call-threshold",
 157        cl::desc("If the function being instrumented contains more than "
 158                 "this number of memory accesses, use callbacks instead of "
 159                 "inline checks (-1 means never use callbacks)."),
 160        cl::Hidden, cl::init(7000));
 161 static cl::opt<std::string> ClMemoryAccessCallbackPrefix(
 162        "asan-memory-access-callback-prefix",
 163        cl::desc("Prefix for memory access callbacks"), cl::Hidden,
 164        cl::init("__asan_"));
 165 static cl::opt<bool> ClInstrumentAllocas("asan-instrument-allocas",
 166        cl::desc("instrument dynamic allocas"), cl::Hidden, cl::init(false));
 167
 168 // These flags allow to change the shadow mapping.
 169 // The shadow mapping looks like
 170 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
 171 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
 172        cl::desc("scale of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(0));
 173
 174 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
 175 // and benchmarking the tool.
 176 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt",
 177        cl::desc("Optimize instrumentation"), cl::Hidden, cl::init(true));
 178 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp("asan-opt-same-temp",
 179        cl::desc("Instrument the same temp just once"), cl::Hidden,
 180        cl::init(true));
 181 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
 182        cl::desc("Don't instrument scalar globals"), cl::Hidden, cl::init(true));
 183
 184 static cl::opt<bool> ClCheckLifetime("asan-check-lifetime",
 185        cl::desc("Use llvm.lifetime intrinsics to insert extra checks"),
 186        cl::Hidden, cl::init(false));
 187
 188 static cl::opt<bool> ClDynamicAllocaStack(
 189     "asan-stack-dynamic-alloca",
 190     cl::desc("Use dynamic alloca to represent stack variables"), cl::Hidden,
 191     cl::init(false));
 192
 193 // Debug flags.
 194 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
 195                             cl::init(0));
 196 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
 197                                  cl::Hidden, cl::init(0));
 198 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func",
 199                                         cl::Hidden, cl::desc("Debug func"));
 200 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
 201                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 202 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
 203                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 204
 205 STATISTIC(NumInstrumentedReads, "Number of instrumented reads");
 206 STATISTIC(NumInstrumentedWrites, "Number of instrumented writes");
 207 STATISTIC(NumInstrumentedDynamicAllocas,
 208           "Number of instrumented dynamic allocas");
 209 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToGlobalArray,
 210           "Number of optimized accesses to global arrays");
 211 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToGlobalVar,
 212           "Number of optimized accesses to global vars");
 213
 214 namespace {
 215 /// Frontend-provided metadata for source location.
 216 struct LocationMetadata {
 217   StringRef Filename;
 218   int LineNo;
 219   int ColumnNo;
 220
 221   LocationMetadata() : Filename(), LineNo(0), ColumnNo(0) {}
 222
 223   bool empty() const { return Filename.empty(); }
 224
 225   void parse(MDNode *MDN) {
 226     assert(MDN->getNumOperands() == 3);
 227     MDString *MDFilename = cast<MDString>(MDN->getOperand(0));
 228     Filename = MDFilename->getString();
 229     LineNo =
 230         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(1))->getLimitedValue();
 231     ColumnNo =
 232         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(2))->getLimitedValue();
 233   }
 234 };
 235
 236 /// Frontend-provided metadata for global variables.
 237 class GlobalsMetadata {
 238  public:
 239   struct Entry {
 240     Entry()
 241         : SourceLoc(), Name(), IsDynInit(false),
 242           IsBlacklisted(false) {}
 243     LocationMetadata SourceLoc;
 244     StringRef Name;
 245     bool IsDynInit;
 246     bool IsBlacklisted;
 247   };
 248
 249   GlobalsMetadata() : inited_(false) {}
 250
 251   void init(Module& M) {
 252     assert(!inited_);
 253     inited_ = true;
 254     NamedMDNode *Globals = M.getNamedMetadata("llvm.asan.globals");
 255     if (!Globals)
 256       return;
 257     for (auto MDN : Globals->operands()) {
 258       // Metadata node contains the global and the fields of "Entry".
 259       assert(MDN->getNumOperands() == 5);
 260       auto *GV = mdconst::extract_or_null<GlobalVariable>(MDN->getOperand(0));
 261       // The optimizer may optimize away a global entirely.
 262       if (!GV)
 263         continue;
 264       // We can already have an entry for GV if it was merged with another
 265       // global.
 266       Entry &E = Entries[GV];
 267       if (auto *Loc = cast_or_null<MDNode>(MDN->getOperand(1)))
 268         E.SourceLoc.parse(Loc);
 269       if (auto *Name = cast_or_null<MDString>(MDN->getOperand(2)))
 270         E.Name = Name->getString();
 271       ConstantInt *IsDynInit =
 272           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(3));
 273       E.IsDynInit |= IsDynInit->isOne();
 274       ConstantInt *IsBlacklisted =
 275           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(4));
 276       E.IsBlacklisted |= IsBlacklisted->isOne();
 277     }
 278   }
 279
 280   /// Returns metadata entry for a given global.
 281   Entry get(GlobalVariable *G) const {
 282     auto Pos = Entries.find(G);
 283     return (Pos != Entries.end()) ? Pos->second : Entry();
 284   }
 285
 286  private:
 287   bool inited_;
 288   DenseMap<GlobalVariable*, Entry> Entries;
 289 };
 290
 291 /// This struct defines the shadow mapping using the rule:
 292 ///   shadow = (mem >> Scale) ADD-or-OR Offset.
 293 struct ShadowMapping {
 294   int Scale;
 295   uint64_t Offset;
 296   bool OrShadowOffset;
 297 };
 298
 299 static ShadowMapping getShadowMapping(Triple &TargetTriple, int LongSize) {
 300   bool IsAndroid = TargetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::Android;
 301   bool IsIOS = TargetTriple.isiOS();
 302   bool IsFreeBSD = TargetTriple.isOSFreeBSD();
 303   bool IsLinux = TargetTriple.isOSLinux();
 304   bool IsPPC64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64 ||
 305                  TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64le;
 306   bool IsX86_64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::x86_64;
 307   bool IsMIPS32 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips ||
 308                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mipsel;
 309   bool IsMIPS64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64 ||
 310                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64el;
 311   bool IsWindows = TargetTriple.isOSWindows();
 312
 313   ShadowMapping Mapping;
 314
 315   if (LongSize == 32) {
 316     if (IsAndroid)
 317       Mapping.Offset = 0;
 318     else if (IsMIPS32)
 319       Mapping.Offset = kMIPS32_ShadowOffset32;
 320     else if (IsFreeBSD)
 321       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset32;
 322     else if (IsIOS)
 323       Mapping.Offset = kIOSShadowOffset32;
 324     else if (IsWindows)
 325       Mapping.Offset = kWindowsShadowOffset32;
 326     else
 327       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset32;
 328   } else {  // LongSize == 64
 329     if (IsPPC64)
 330       Mapping.Offset = kPPC64_ShadowOffset64;
 331     else if (IsFreeBSD)
 332       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset64;
 333     else if (IsLinux && IsX86_64)
 334       Mapping.Offset = kSmallX86_64ShadowOffset;
 335     else if (IsMIPS64)
 336       Mapping.Offset = kMIPS64_ShadowOffset64;
 337     else
 338       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset64;
 339   }
 340
 341   Mapping.Scale = kDefaultShadowScale;
 342   if (ClMappingScale) {
 343     Mapping.Scale = ClMappingScale;
 344   }
 345
 346   // OR-ing shadow offset if more efficient (at least on x86) if the offset
 347   // is a power of two, but on ppc64 we have to use add since the shadow
 348   // offset is not necessary 1/8-th of the address space.
 349   Mapping.OrShadowOffset = !IsPPC64 && !(Mapping.Offset & (Mapping.Offset - 1));
 350
 351   return Mapping;
 352 }
 353
 354 static size_t RedzoneSizeForScale(int MappingScale) {
 355   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
 356   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
 357   return std::max(32U, 1U << MappingScale);
 358 }
 359
 360 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
 361 struct AddressSanitizer : public FunctionPass {
 362   AddressSanitizer() : FunctionPass(ID) {
 363     initializeAddressSanitizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 364   }
 365   const char *getPassName() const override {
 366     return "AddressSanitizerFunctionPass";
 367   }
 368   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 369     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 370   }
 371   void instrumentMop(Instruction *I, bool UseCalls);
 372   void instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I);
 373   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, Instruction *InsertBefore,
 374                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 375                          Value *SizeArgument, bool UseCalls);
 376   Value *createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
 377                            Value *ShadowValue, uint32_t TypeSize);
 378   Instruction *generateCrashCode(Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
 379                                  bool IsWrite, size_t AccessSizeIndex,
 380                                  Value *SizeArgument);
 381   void instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
 382   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
 383   bool runOnFunction(Function &F) override;
 384   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
 385   bool doInitialization(Module &M) override;
 386   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 387
 388   DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
 389
 390  private:
 391   void initializeCallbacks(Module &M);
 392
 393   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
 394   bool GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G);
 395
 396   LLVMContext *C;
 397   const DataLayout *DL;
 398   Triple TargetTriple;
 399   int LongSize;
 400   Type *IntptrTy;
 401   ShadowMapping Mapping;
 402   DominatorTree *DT;
 403   Function *AsanCtorFunction;
 404   Function *AsanInitFunction;
 405   Function *AsanHandleNoReturnFunc;
 406   Function *AsanPtrCmpFunction, *AsanPtrSubFunction;
 407   // This array is indexed by AccessIsWrite and log2(AccessSize).
 408   Function *AsanErrorCallback[2][kNumberOfAccessSizes];
 409   Function *AsanMemoryAccessCallback[2][kNumberOfAccessSizes];
 410   // This array is indexed by AccessIsWrite.
 411   Function *AsanErrorCallbackSized[2],
 412            *AsanMemoryAccessCallbackSized[2];
 413   Function *AsanMemmove, *AsanMemcpy, *AsanMemset;
 414   InlineAsm *EmptyAsm;
 415   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 416
 417   friend struct FunctionStackPoisoner;
 418 };
 419
 420 class AddressSanitizerModule : public ModulePass {
 421  public:
 422   AddressSanitizerModule() : ModulePass(ID) {}
 423   bool runOnModule(Module &M) override;
 424   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 425   const char *getPassName() const override {
 426     return "AddressSanitizerModule";
 427   }
 428
 429  private:
 430   void initializeCallbacks(Module &M);
 431
 432   bool InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M);
 433   bool ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G);
 434   void poisonOneInitializer(Function &GlobalInit, GlobalValue *ModuleName);
 435   void createInitializerPoisonCalls(Module &M, GlobalValue *ModuleName);
 436   size_t MinRedzoneSizeForGlobal() const {
 437     return RedzoneSizeForScale(Mapping.Scale);
 438   }
 439
 440   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 441   Type *IntptrTy;
 442   LLVMContext *C;
 443   const DataLayout *DL;
 444   Triple TargetTriple;
 445   ShadowMapping Mapping;
 446   Function *AsanPoisonGlobals;
 447   Function *AsanUnpoisonGlobals;
 448   Function *AsanRegisterGlobals;
 449   Function *AsanUnregisterGlobals;
 450 };
 451
 452 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
 453 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
 454 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
 455 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
 456 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
 457 // actual function which catches the exception. Most likely because the
 458 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
 459 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
 460 // It sounds like an LLVM bug.
 461 struct FunctionStackPoisoner : public InstVisitor<FunctionStackPoisoner> {
 462   Function &F;
 463   AddressSanitizer &ASan;
 464   DIBuilder DIB;
 465   LLVMContext *C;
 466   Type *IntptrTy;
 467   Type *IntptrPtrTy;
 468   ShadowMapping Mapping;
 469
 470   SmallVector<AllocaInst*, 16> AllocaVec;
 471   SmallVector<Instruction*, 8> RetVec;
 472   unsigned StackAlignment;
 473
 474   Function *AsanStackMallocFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1],
 475            *AsanStackFreeFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1];
 476   Function *AsanPoisonStackMemoryFunc, *AsanUnpoisonStackMemoryFunc;
 477
 478   // Stores a place and arguments of poisoning/unpoisoning call for alloca.
 479   struct AllocaPoisonCall {
 480     IntrinsicInst *InsBefore;
 481     AllocaInst *AI;
 482     uint64_t Size;
 483     bool DoPoison;
 484   };
 485   SmallVector<AllocaPoisonCall, 8> AllocaPoisonCallVec;
 486
 487   // Stores left and right redzone shadow addresses for dynamic alloca
 488   // and pointer to alloca instruction itself.
 489   // LeftRzAddr is a shadow address for alloca left redzone.
 490   // RightRzAddr is a shadow address for alloca right redzone.
 491   struct DynamicAllocaCall {
 492     AllocaInst *AI;
 493     Value *LeftRzAddr;
 494     Value *RightRzAddr;
 495     bool Poison;
 496     explicit DynamicAllocaCall(AllocaInst *AI,
 497                       Value *LeftRzAddr = nullptr,
 498                       Value *RightRzAddr = nullptr)
 499       : AI(AI), LeftRzAddr(LeftRzAddr), RightRzAddr(RightRzAddr), Poison(true)
 500     {}
 501   };
 502   SmallVector<DynamicAllocaCall, 1> DynamicAllocaVec;
 503
 504   // Maps Value to an AllocaInst from which the Value is originated.
 505   typedef DenseMap<Value*, AllocaInst*> AllocaForValueMapTy;
 506   AllocaForValueMapTy AllocaForValue;
 507
 508   bool HasNonEmptyInlineAsm;
 509   std::unique_ptr<CallInst> EmptyInlineAsm;
 510
 511   FunctionStackPoisoner(Function &F, AddressSanitizer &ASan)
 512       : F(F), ASan(ASan), DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false),
 513         C(ASan.C), IntptrTy(ASan.IntptrTy),
 514         IntptrPtrTy(PointerType::get(IntptrTy, 0)), Mapping(ASan.Mapping),
 515         StackAlignment(1 << Mapping.Scale), HasNonEmptyInlineAsm(false),
 516         EmptyInlineAsm(CallInst::Create(ASan.EmptyAsm)) {}
 517
 518   bool runOnFunction() {
 519     if (!ClStack) return false;
 520     // Collect alloca, ret, lifetime instructions etc.
 521     for (BasicBlock *BB : depth_first(&F.getEntryBlock()))
 522       visit(*BB);
 523
 524     if (AllocaVec.empty() && DynamicAllocaVec.empty()) return false;
 525
 526     initializeCallbacks(*F.getParent());
 527
 528     poisonStack();
 529
 530     if (ClDebugStack) {
 531       DEBUG(dbgs() << F);
 532     }
 533     return true;
 534   }
 535
 536   // Finds all Alloca instructions and puts
 537   // poisoned red zones around all of them.
 538   // Then unpoison everything back before the function returns.
 539   void poisonStack();
 540
 541   // ----------------------- Visitors.
 542   /// \brief Collect all Ret instructions.
 543   void visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
 544     RetVec.push_back(&RI);
 545   }
 546
 547   // Unpoison dynamic allocas redzones.
 548   void unpoisonDynamicAlloca(DynamicAllocaCall &AllocaCall) {
 549     if (!AllocaCall.Poison)
 550       return;
 551     for (auto Ret : RetVec) {
 552       IRBuilder<> IRBRet(Ret);
 553       PointerType *Int32PtrTy = PointerType::getUnqual(IRBRet.getInt32Ty());
 554       Value *Zero = Constant::getNullValue(IRBRet.getInt32Ty());
 555       Value *PartialRzAddr = IRBRet.CreateSub(AllocaCall.RightRzAddr,
 556                                               ConstantInt::get(IntptrTy, 4));
 557       IRBRet.CreateStore(Zero, IRBRet.CreateIntToPtr(AllocaCall.LeftRzAddr,
 558                                                      Int32PtrTy));
 559       IRBRet.CreateStore(Zero, IRBRet.CreateIntToPtr(PartialRzAddr,
 560                                                      Int32PtrTy));
 561       IRBRet.CreateStore(Zero, IRBRet.CreateIntToPtr(AllocaCall.RightRzAddr,
 562                                                      Int32PtrTy));
 563     }
 564   }
 565
 566   // Right shift for BigEndian and left shift for LittleEndian.
 567   Value *shiftAllocaMagic(Value *Val, IRBuilder<> &IRB, Value *Shift) {
 568     return ASan.DL->isLittleEndian() ? IRB.CreateShl(Val, Shift)
 569                                      : IRB.CreateLShr(Val, Shift);
 570   }
 571
 572   // Compute PartialRzMagic for dynamic alloca call. Since we don't know the
 573   // size of requested memory until runtime, we should compute it dynamically.
 574   // If PartialSize is 0, PartialRzMagic would contain kAsanAllocaRightMagic,
 575   // otherwise it would contain the value that we will use to poison the
 576   // partial redzone for alloca call.
 577   Value *computePartialRzMagic(Value *PartialSize, IRBuilder<> &IRB);
 578
 579   // Deploy and poison redzones around dynamic alloca call. To do this, we
 580   // should replace this call with another one with changed parameters and
 581   // replace all its uses with new address, so
 582   //   addr = alloca type, old_size, align
 583   // is replaced by
 584   //   new_size = (old_size + additional_size) * sizeof(type)
 585   //   tmp = alloca i8, new_size, max(align, 32)
 586   //   addr = tmp + 32 (first 32 bytes are for the left redzone).
 587   // Additional_size is added to make new memory allocation contain not only
 588   // requested memory, but also left, partial and right redzones.
 589   // After that, we should poison redzones:
 590   // (1) Left redzone with kAsanAllocaLeftMagic.
 591   // (2) Partial redzone with the value, computed in runtime by
 592   //     computePartialRzMagic function.
 593   // (3) Right redzone with kAsanAllocaRightMagic.
 594   void handleDynamicAllocaCall(DynamicAllocaCall &AllocaCall);
 595
 596   /// \brief Collect Alloca instructions we want (and can) handle.
 597   void visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
 598     if (!isInterestingAlloca(AI)) return;
 599
 600     StackAlignment = std::max(StackAlignment, AI.getAlignment());
 601     if (isDynamicAlloca(AI))
 602       DynamicAllocaVec.push_back(DynamicAllocaCall(&AI));
 603     else
 604       AllocaVec.push_back(&AI);
 605   }
 606
 607   /// \brief Collect lifetime intrinsic calls to check for use-after-scope
 608   /// errors.
 609   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
 610     if (!ClCheckLifetime) return;
 611     Intrinsic::ID ID = II.getIntrinsicID();
 612     if (ID != Intrinsic::lifetime_start &&
 613         ID != Intrinsic::lifetime_end)
 614       return;
 615     // Found lifetime intrinsic, add ASan instrumentation if necessary.
 616     ConstantInt *Size = dyn_cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
 617     // If size argument is undefined, don't do anything.
 618     if (Size->isMinusOne()) return;
 619     // Check that size doesn't saturate uint64_t and can
 620     // be stored in IntptrTy.
 621     const uint64_t SizeValue = Size->getValue().getLimitedValue();
 622     if (SizeValue == ~0ULL ||
 623         !ConstantInt::isValueValidForType(IntptrTy, SizeValue))
 624       return;
 625     // Find alloca instruction that corresponds to llvm.lifetime argument.
 626     AllocaInst *AI = findAllocaForValue(II.getArgOperand(1));
 627     if (!AI) return;
 628     bool DoPoison = (ID == Intrinsic::lifetime_end);
 629     AllocaPoisonCall APC = {&II, AI, SizeValue, DoPoison};
 630     AllocaPoisonCallVec.push_back(APC);
 631   }
 632
 633   void visitCallInst(CallInst &CI) {
 634     HasNonEmptyInlineAsm |=
 635         CI.isInlineAsm() && !CI.isIdenticalTo(EmptyInlineAsm.get());
 636   }
 637
 638   // ---------------------- Helpers.
 639   void initializeCallbacks(Module &M);
 640
 641   bool doesDominateAllExits(const Instruction *I) const {
 642     for (auto Ret : RetVec) {
 643       if (!ASan.getDominatorTree().dominates(I, Ret))
 644         return false;
 645     }
 646     return true;
 647   }
 648
 649   bool isDynamicAlloca(AllocaInst &AI) const {
 650     return AI.isArrayAllocation() || !AI.isStaticAlloca();
 651   }
 652
 653   // Check if we want (and can) handle this alloca.
 654   bool isInterestingAlloca(AllocaInst &AI) const {
 655     return (AI.getAllocatedType()->isSized() &&
 656             // alloca() may be called with 0 size, ignore it.
 657             getAllocaSizeInBytes(&AI) > 0);
 658   }
 659
 660   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) const {
 661     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 662     uint64_t SizeInBytes = ASan.DL->getTypeAllocSize(Ty);
 663     return SizeInBytes;
 664   }
 665   /// Finds alloca where the value comes from.
 666   AllocaInst *findAllocaForValue(Value *V);
 667   void poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes, IRBuilder<> &IRB,
 668                       Value *ShadowBase, bool DoPoison);
 669   void poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size, IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison);
 670
 671   void SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
 672                                           int Size);
 673   Value *createAllocaForLayout(IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L,
 674                                bool Dynamic);
 675   PHINode *createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond, Value *ValueIfTrue,
 676                      Instruction *ThenTerm, Value *ValueIfFalse);
 677 };
 678
 679 }  // namespace
 680
 681 char AddressSanitizer::ID = 0;
 682 INITIALIZE_PASS_BEGIN(AddressSanitizer, "asan",
 683     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.",
 684     false, false)
 685 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 686 INITIALIZE_PASS_END(AddressSanitizer, "asan",
 687     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.",
 688     false, false)
 689 FunctionPass *llvm::createAddressSanitizerFunctionPass() {
 690   return new AddressSanitizer();
 691 }
 692
 693 char AddressSanitizerModule::ID = 0;
 694 INITIALIZE_PASS(AddressSanitizerModule, "asan-module",
 695     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs."
 696     "ModulePass", false, false)
 697 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerModulePass() {
 698   return new AddressSanitizerModule();
 699 }
 700
 701 static size_t TypeSizeToSizeIndex(uint32_t TypeSize) {
 702   size_t Res = countTrailingZeros(TypeSize / 8);
 703   assert(Res < kNumberOfAccessSizes);
 704   return Res;
 705 }
 706
 707 // \brief Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
 708 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(
 709     Module &M, StringRef Str, bool AllowMerging) {
 710   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
 711   // We use private linkage for module-local strings. If they can be merged
 712   // with another one, we set the unnamed_addr attribute.
 713   GlobalVariable *GV =
 714       new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
 715                          GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, kAsanGenPrefix);
 716   if (AllowMerging)
 717     GV->setUnnamedAddr(true);
 718   GV->setAlignment(1);  // Strings may not be merged w/o setting align 1.
 719   return GV;
 720 }
 721
 722 /// \brief Create a global describing a source location.
 723 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForSourceLoc(Module &M,
 724                                                        LocationMetadata MD) {
 725   Constant *LocData[] = {
 726       createPrivateGlobalForString(M, MD.Filename, true),
 727       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.LineNo),
 728       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.ColumnNo),
 729   };
 730   auto LocStruct = ConstantStruct::getAnon(LocData);
 731   auto GV = new GlobalVariable(M, LocStruct->getType(), true,
 732                                GlobalValue::PrivateLinkage, LocStruct,
 733                                kAsanGenPrefix);
 734   GV->setUnnamedAddr(true);
 735   return GV;
 736 }
 737
 738 static bool GlobalWasGeneratedByAsan(GlobalVariable *G) {
 739   return G->getName().find(kAsanGenPrefix) == 0 ||
 740          G->getName().find(kSanCovGenPrefix) == 0;
 741 }
 742
 743 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
 744   // Shadow >> scale
 745   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, Mapping.Scale);
 746   if (Mapping.Offset == 0)
 747     return Shadow;
 748   // (Shadow >> scale) | offset
 749   if (Mapping.OrShadowOffset)
 750     return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 751   else
 752     return IRB.CreateAdd(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 753 }
 754
 755 // Instrument memset/memmove/memcpy
 756 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
 757   IRBuilder<> IRB(MI);
 758   if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 759     IRB.CreateCall3(
 760         isa<MemMoveInst>(MI) ? AsanMemmove : AsanMemcpy,
 761         IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 762         IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt8PtrTy()),
 763         IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false));
 764   } else if (isa<MemSetInst>(MI)) {
 765     IRB.CreateCall3(
 766         AsanMemset,
 767         IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 768         IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt32Ty(), false),
 769         IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false));
 770   }
 771   MI->eraseFromParent();
 772 }
 773
 774 // If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
 775 // and set IsWrite/Alignment. Otherwise return nullptr.
 776 static Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite,
 777                                         unsigned *Alignment) {
 778   // Skip memory accesses inserted by another instrumentation.
 779   if (I->getMetadata("nosanitize"))
 780     return nullptr;
 781   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 782     if (!ClInstrumentReads) return nullptr;
 783     *IsWrite = false;
 784     *Alignment = LI->getAlignment();
 785     return LI->getPointerOperand();
 786   }
 787   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 788     if (!ClInstrumentWrites) return nullptr;
 789     *IsWrite = true;
 790     *Alignment = SI->getAlignment();
 791     return SI->getPointerOperand();
 792   }
 793   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
 794     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 795     *IsWrite = true;
 796     *Alignment = 0;
 797     return RMW->getPointerOperand();
 798   }
 799   if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
 800     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 801     *IsWrite = true;
 802     *Alignment = 0;
 803     return XCHG->getPointerOperand();
 804   }
 805   return nullptr;
 806 }
 807
 808 static bool isPointerOperand(Value *V) {
 809   return V->getType()->isPointerTy() || isa<PtrToIntInst>(V);
 810 }
 811
 812 // This is a rough heuristic; it may cause both false positives and
 813 // false negatives. The proper implementation requires cooperation with
 814 // the frontend.
 815 static bool isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I) {
 816   if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
 817     if (!Cmp->isRelational())
 818       return false;
 819   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
 820     if (BO->getOpcode() != Instruction::Sub)
 821       return false;
 822   } else {
 823     return false;
 824   }
 825   if (!isPointerOperand(I->getOperand(0)) ||
 826       !isPointerOperand(I->getOperand(1)))
 827       return false;
 828   return true;
 829 }
 830
 831 bool AddressSanitizer::GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G) {
 832   // If a global variable does not have dynamic initialization we don't
 833   // have to instrument it.  However, if a global does not have initializer
 834   // at all, we assume it has dynamic initializer (in other TU).
 835   return G->hasInitializer() && !GlobalsMD.get(G).IsDynInit;
 836 }
 837
 838 void
 839 AddressSanitizer::instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I) {
 840   IRBuilder<> IRB(I);
 841   Function *F = isa<ICmpInst>(I) ? AsanPtrCmpFunction : AsanPtrSubFunction;
 842   Value *Param[2] = {I->getOperand(0), I->getOperand(1)};
 843   for (int i = 0; i < 2; i++) {
 844     if (Param[i]->getType()->isPointerTy())
 845       Param[i] = IRB.CreatePointerCast(Param[i], IntptrTy);
 846   }
 847   IRB.CreateCall2(F, Param[0], Param[1]);
 848 }
 849
 850 void AddressSanitizer::instrumentMop(Instruction *I, bool UseCalls) {
 851   bool IsWrite = false;
 852   unsigned Alignment = 0;
 853   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite, &Alignment);
 854   assert(Addr);
 855   if (ClOpt && ClOptGlobals) {
 856     if (GlobalVariable *G = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
 857       // If initialization order checking is disabled, a simple access to a
 858       // dynamically initialized global is always valid.
 859       if (!ClInitializers || GlobalIsLinkerInitialized(G)) {
 860         NumOptimizedAccessesToGlobalVar++;
 861         return;
 862       }
 863     }
 864     ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Addr);
 865     if (CE && CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing()) {
 866       if (GlobalVariable *G = dyn_cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
 867         if (CE->getOperand(1)->isNullValue() && GlobalIsLinkerInitialized(G)) {
 868           NumOptimizedAccessesToGlobalArray++;
 869           return;
 870         }
 871       }
 872     }
 873   }
 874
 875   Type *OrigPtrTy = Addr->getType();
 876   Type *OrigTy = cast<PointerType>(OrigPtrTy)->getElementType();
 877
 878   assert(OrigTy->isSized());
 879   uint32_t TypeSize = DL->getTypeStoreSizeInBits(OrigTy);
 880
 881   assert((TypeSize % 8) == 0);
 882
 883   if (IsWrite)
 884     NumInstrumentedWrites++;
 885   else
 886     NumInstrumentedReads++;
 887
 888   unsigned Granularity = 1 << Mapping.Scale;
 889   // Instrument a 1-, 2-, 4-, 8-, or 16- byte access with one check
 890   // if the data is properly aligned.
 891   if ((TypeSize == 8 || TypeSize == 16 || TypeSize == 32 || TypeSize == 64 ||
 892        TypeSize == 128) &&
 893       (Alignment >= Granularity || Alignment == 0 || Alignment >= TypeSize / 8))
 894     return instrumentAddress(I, I, Addr, TypeSize, IsWrite, nullptr, UseCalls);
 895   // Instrument unusual size or unusual alignment.
 896   // We can not do it with a single check, so we do 1-byte check for the first
 897   // and the last bytes. We call __asan_report_*_n(addr, real_size) to be able
 898   // to report the actual access size.
 899   IRBuilder<> IRB(I);
 900   Value *Size = ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8);
 901   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
 902   if (UseCalls) {
 903     IRB.CreateCall2(AsanMemoryAccessCallbackSized[IsWrite], AddrLong, Size);
 904   } else {
 905     Value *LastByte = IRB.CreateIntToPtr(
 906         IRB.CreateAdd(AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1)),
 907         OrigPtrTy);
 908     instrumentAddress(I, I, Addr, 8, IsWrite, Size, false);
 909     instrumentAddress(I, I, LastByte, 8, IsWrite, Size, false);
 910   }
 911 }
 912
 913 // Validate the result of Module::getOrInsertFunction called for an interface
 914 // function of AddressSanitizer. If the instrumented module defines a function
 915 // with the same name, their prototypes must match, otherwise
 916 // getOrInsertFunction returns a bitcast.
 917 static Function *checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast) {
 918   if (isa<Function>(FuncOrBitcast)) return cast<Function>(FuncOrBitcast);
 919   FuncOrBitcast->dump();
 920   report_fatal_error("trying to redefine an AddressSanitizer "
 921                      "interface function");
 922 }
 923
 924 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(
 925     Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
 926     bool IsWrite, size_t AccessSizeIndex, Value *SizeArgument) {
 927   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
 928   CallInst *Call = SizeArgument
 929     ? IRB.CreateCall2(AsanErrorCallbackSized[IsWrite], Addr, SizeArgument)
 930     : IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][AccessSizeIndex], Addr);
 931
 932   // We don't do Call->setDoesNotReturn() because the BB already has
 933   // UnreachableInst at the end.
 934   // This EmptyAsm is required to avoid callback merge.
 935   IRB.CreateCall(EmptyAsm);
 936   return Call;
 937 }
 938
 939 Value *AddressSanitizer::createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
 940                                             Value *ShadowValue,
 941                                             uint32_t TypeSize) {
 942   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
 943   // Addr & (Granularity - 1)
 944   Value *LastAccessedByte = IRB.CreateAnd(
 945       AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
 946   // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
 947   if (TypeSize / 8 > 1)
 948     LastAccessedByte = IRB.CreateAdd(
 949         LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
 950   // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
 951   LastAccessedByte = IRB.CreateIntCast(
 952       LastAccessedByte, ShadowValue->getType(), false);
 953   // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
 954   return IRB.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
 955 }
 956
 957 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
 958                                          Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
 959                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 960                                          Value *SizeArgument, bool UseCalls) {
 961   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
 962   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
 963   size_t AccessSizeIndex = TypeSizeToSizeIndex(TypeSize);
 964
 965   if (UseCalls) {
 966     IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallback[IsWrite][AccessSizeIndex],
 967                    AddrLong);
 968     return;
 969   }
 970
 971   Type *ShadowTy  = IntegerType::get(
 972       *C, std::max(8U, TypeSize >> Mapping.Scale));
 973   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
 974   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
 975   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
 976   Value *ShadowValue = IRB.CreateLoad(
 977       IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
 978
 979   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
 980   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
 981   TerminatorInst *CrashTerm = nullptr;
 982
 983   if (ClAlwaysSlowPath || (TypeSize < 8 * Granularity)) {
 984     // We use branch weights for the slow path check, to indicate that the slow
 985     // path is rarely taken. This seems to be the case for SPEC benchmarks.
 986     TerminatorInst *CheckTerm =
 987         SplitBlockAndInsertIfThen(Cmp, InsertBefore, false,
 988             MDBuilder(*C).createBranchWeights(1, 100000));
 989     assert(dyn_cast<BranchInst>(CheckTerm)->isUnconditional());
 990     BasicBlock *NextBB = CheckTerm->getSuccessor(0);
 991     IRB.SetInsertPoint(CheckTerm);
 992     Value *Cmp2 = createSlowPathCmp(IRB, AddrLong, ShadowValue, TypeSize);
 993     BasicBlock *CrashBlock =
 994         BasicBlock::Create(*C, "", NextBB->getParent(), NextBB);
 995     CrashTerm = new UnreachableInst(*C, CrashBlock);
 996     BranchInst *NewTerm = BranchInst::Create(CrashBlock, NextBB, Cmp2);
 997     ReplaceInstWithInst(CheckTerm, NewTerm);
 998   } else {
 999     CrashTerm = SplitBlockAndInsertIfThen(Cmp, InsertBefore, true);
1000   }
1001
1002   Instruction *Crash = generateCrashCode(
1003       CrashTerm, AddrLong, IsWrite, AccessSizeIndex, SizeArgument);
1004   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
1005 }
1006
1007 void AddressSanitizerModule::poisonOneInitializer(Function &GlobalInit,
1008                                                   GlobalValue *ModuleName) {
1009   // Set up the arguments to our poison/unpoison functions.
1010   IRBuilder<> IRB(GlobalInit.begin()->getFirstInsertionPt());
1011
1012   // Add a call to poison all external globals before the given function starts.
1013   Value *ModuleNameAddr = ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy);
1014   IRB.CreateCall(AsanPoisonGlobals, ModuleNameAddr);
1015
1016   // Add calls to unpoison all globals before each return instruction.
1017   for (auto &BB : GlobalInit.getBasicBlockList())
1018     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB.getTerminator()))
1019       CallInst::Create(AsanUnpoisonGlobals, "", RI);
1020 }
1021
1022 void AddressSanitizerModule::createInitializerPoisonCalls(
1023     Module &M, GlobalValue *ModuleName) {
1024   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1025
1026   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1027   for (Use &OP : CA->operands()) {
1028     if (isa<ConstantAggregateZero>(OP))
1029       continue;
1030     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(OP);
1031
1032     // Must have a function or null ptr.
1033     if (Function* F = dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1))) {
1034       if (F->getName() == kAsanModuleCtorName) continue;
1035       ConstantInt *Priority = dyn_cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1036       // Don't instrument CTORs that will run before asan.module_ctor.
1037       if (Priority->getLimitedValue() <= kAsanCtorAndDtorPriority) continue;
1038       poisonOneInitializer(*F, ModuleName);
1039     }
1040   }
1041 }
1042
1043 bool AddressSanitizerModule::ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G) {
1044   Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
1045   DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G << "\n");
1046
1047   if (GlobalsMD.get(G).IsBlacklisted) return false;
1048   if (!Ty->isSized()) return false;
1049   if (!G->hasInitializer()) return false;
1050   if (GlobalWasGeneratedByAsan(G)) return false;  // Our own global.
1051   // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
1052   // Don't handle ODR linkage types and COMDATs since other modules may be built
1053   // without ASan.
1054   if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
1055       G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
1056       G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
1057     return false;
1058   if (G->hasComdat())
1059     return false;
1060   // Two problems with thread-locals:
1061   //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
1062   //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
1063   if (G->isThreadLocal())
1064     return false;
1065   // For now, just ignore this Global if the alignment is large.
1066   if (G->getAlignment() > MinRedzoneSizeForGlobal()) return false;
1067
1068   if (G->hasSection()) {
1069     StringRef Section(G->getSection());
1070
1071     if (TargetTriple.isOSBinFormatMachO()) {
1072       StringRef ParsedSegment, ParsedSection;
1073       unsigned TAA = 0, StubSize = 0;
1074       bool TAAParsed;
1075       std::string ErrorCode =
1076         MCSectionMachO::ParseSectionSpecifier(Section, ParsedSegment,
1077                                               ParsedSection, TAA, TAAParsed,
1078                                               StubSize);
1079       if (!ErrorCode.empty()) {
1080         report_fatal_error("Invalid section specifier '" + ParsedSection +
1081                            "': " + ErrorCode + ".");
1082       }
1083
1084       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
1085       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
1086       // them.
1087       if (ParsedSegment == "__OBJC" ||
1088           (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection.startswith("__objc_"))) {
1089         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G << "\n");
1090         return false;
1091       }
1092       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
1093       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
1094       //  -- the string buffer is emitted into
1095       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
1096       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
1097       //     is placed into __DATA,__cfstring
1098       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
1099       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
1100       if (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection == "__cfstring") {
1101         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G << "\n");
1102         return false;
1103       }
1104       // The linker merges the contents of cstring_literals and removes the
1105       // trailing zeroes.
1106       if (ParsedSegment == "__TEXT" && (TAA & MachO::S_CSTRING_LITERALS)) {
1107         DEBUG(dbgs() << "Ignoring a cstring literal: " << *G << "\n");
1108         return false;
1109       }
1110     }
1111
1112     // Callbacks put into the CRT initializer/terminator sections
1113     // should not be instrumented.
1114     // See https://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=305
1115     // and http://msdn.microsoft.com/en-US/en-en/library/bb918180(v=vs.120).aspx
1116     if (Section.startswith(".CRT")) {
1117       DEBUG(dbgs() << "Ignoring a global initializer callback: " << *G << "\n");
1118       return false;
1119     }
1120
1121     // Globals from llvm.metadata aren't emitted, do not instrument them.
1122     if (Section == "llvm.metadata") return false;
1123   }
1124
1125   return true;
1126 }
1127
1128 void AddressSanitizerModule::initializeCallbacks(Module &M) {
1129   IRBuilder<> IRB(*C);
1130   // Declare our poisoning and unpoisoning functions.
1131   AsanPoisonGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1132       kAsanPoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, nullptr));
1133   AsanPoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1134   AsanUnpoisonGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1135       kAsanUnpoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1136   AsanUnpoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1137   // Declare functions that register/unregister globals.
1138   AsanRegisterGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1139       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(),
1140       IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1141   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1142   AsanUnregisterGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1143       kAsanUnregisterGlobalsName,
1144       IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1145   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1146 }
1147
1148 // This function replaces all global variables with new variables that have
1149 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
1150 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
1151 bool AddressSanitizerModule::InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M) {
1152   GlobalsMD.init(M);
1153
1154   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
1155
1156   for (auto &G : M.globals()) {
1157     if (ShouldInstrumentGlobal(&G))
1158       GlobalsToChange.push_back(&G);
1159   }
1160
1161   size_t n = GlobalsToChange.size();
1162   if (n == 0) return false;
1163
1164   // A global is described by a structure
1165   //   size_t beg;
1166   //   size_t size;
1167   //   size_t size_with_redzone;
1168   //   const char *name;
1169   //   const char *module_name;
1170   //   size_t has_dynamic_init;
1171   //   void *source_location;
1172   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
1173   StructType *GlobalStructTy =
1174       StructType::get(IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy,
1175                       IntptrTy, IntptrTy, nullptr);
1176   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
1177
1178   bool HasDynamicallyInitializedGlobals = false;
1179
1180   // We shouldn't merge same module names, as this string serves as unique
1181   // module ID in runtime.
1182   GlobalVariable *ModuleName = createPrivateGlobalForString(
1183       M, M.getModuleIdentifier(), /*AllowMerging*/false);
1184
1185   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
1186     static const uint64_t kMaxGlobalRedzone = 1 << 18;
1187     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
1188
1189     auto MD = GlobalsMD.get(G);
1190     // Create string holding the global name (use global name from metadata
1191     // if it's available, otherwise just write the name of global variable).
1192     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(
1193         M, MD.Name.empty() ? G->getName() : MD.Name,
1194         /*AllowMerging*/ true);
1195
1196     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
1197     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1198     uint64_t SizeInBytes = DL->getTypeAllocSize(Ty);
1199     uint64_t MinRZ = MinRedzoneSizeForGlobal();
1200     // MinRZ <= RZ <= kMaxGlobalRedzone
1201     // and trying to make RZ to be ~ 1/4 of SizeInBytes.
1202     uint64_t RZ = std::max(MinRZ,
1203                          std::min(kMaxGlobalRedzone,
1204                                   (SizeInBytes / MinRZ / 4) * MinRZ));
1205     uint64_t RightRedzoneSize = RZ;
1206     // Round up to MinRZ
1207     if (SizeInBytes % MinRZ)
1208       RightRedzoneSize += MinRZ - (SizeInBytes % MinRZ);
1209     assert(((RightRedzoneSize + SizeInBytes) % MinRZ) == 0);
1210     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
1211
1212     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, nullptr);
1213     Constant *NewInitializer = ConstantStruct::get(
1214         NewTy, G->getInitializer(),
1215         Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), nullptr);
1216
1217     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
1218     GlobalValue::LinkageTypes Linkage = G->getLinkage();
1219     if (G->isConstant() && Linkage == GlobalValue::PrivateLinkage)
1220       Linkage = GlobalValue::InternalLinkage;
1221     GlobalVariable *NewGlobal = new GlobalVariable(
1222         M, NewTy, G->isConstant(), Linkage,
1223         NewInitializer, "", G, G->getThreadLocalMode());
1224     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
1225     NewGlobal->setAlignment(MinRZ);
1226
1227     Value *Indices2[2];
1228     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
1229     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
1230
1231     G->replaceAllUsesWith(
1232         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewGlobal, Indices2, true));
1233     NewGlobal->takeName(G);
1234     G->eraseFromParent();
1235
1236     Constant *SourceLoc;
1237     if (!MD.SourceLoc.empty()) {
1238       auto SourceLocGlobal = createPrivateGlobalForSourceLoc(M, MD.SourceLoc);
1239       SourceLoc = ConstantExpr::getPointerCast(SourceLocGlobal, IntptrTy);
1240     } else {
1241       SourceLoc = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1242     }
1243
1244     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
1245         GlobalStructTy, ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
1246         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
1247         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
1248         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
1249         ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy),
1250         ConstantInt::get(IntptrTy, MD.IsDynInit), SourceLoc, nullptr);
1251
1252     if (ClInitializers && MD.IsDynInit)
1253       HasDynamicallyInitializedGlobals = true;
1254
1255     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL: " << *NewGlobal << "\n");
1256   }
1257
1258   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
1259   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
1260       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::InternalLinkage,
1261       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
1262
1263   // Create calls for poisoning before initializers run and unpoisoning after.
1264   if (HasDynamicallyInitializedGlobals)
1265     createInitializerPoisonCalls(M, ModuleName);
1266   IRB.CreateCall2(AsanRegisterGlobals,
1267                   IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1268                   ConstantInt::get(IntptrTy, n));
1269
1270   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
1271   // gets closed.
1272   Function *AsanDtorFunction = Function::Create(
1273       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
1274       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
1275   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
1276   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
1277   IRB_Dtor.CreateCall2(AsanUnregisterGlobals,
1278                        IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1279                        ConstantInt::get(IntptrTy, n));
1280   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1281
1282   DEBUG(dbgs() << M);
1283   return true;
1284 }
1285
1286 bool AddressSanitizerModule::runOnModule(Module &M) {
1287   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1288   if (!DLP)
1289     return false;
1290   DL = &DLP->getDataLayout();
1291   C = &(M.getContext());
1292   int LongSize = DL->getPointerSizeInBits();
1293   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1294   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1295   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize);
1296   initializeCallbacks(M);
1297
1298   bool Changed = false;
1299
1300   Function *CtorFunc = M.getFunction(kAsanModuleCtorName);
1301   assert(CtorFunc);
1302   IRBuilder<> IRB(CtorFunc->getEntryBlock().getTerminator());
1303
1304   if (ClGlobals)
1305     Changed |= InstrumentGlobals(IRB, M);
1306
1307   return Changed;
1308 }
1309
1310 void AddressSanitizer::initializeCallbacks(Module &M) {
1311   IRBuilder<> IRB(*C);
1312   // Create __asan_report* callbacks.
1313   for (size_t AccessIsWrite = 0; AccessIsWrite <= 1; AccessIsWrite++) {
1314     for (size_t AccessSizeIndex = 0; AccessSizeIndex < kNumberOfAccessSizes;
1315          AccessSizeIndex++) {
1316       // IsWrite and TypeSize are encoded in the function name.
1317       std::string Suffix =
1318           (AccessIsWrite ? "store" : "load") + itostr(1 << AccessSizeIndex);
1319       AsanErrorCallback[AccessIsWrite][AccessSizeIndex] =
1320           checkInterfaceFunction(
1321               M.getOrInsertFunction(kAsanReportErrorTemplate + Suffix,
1322                                     IRB.getVoidTy(), IntptrTy, nullptr));
1323       AsanMemoryAccessCallback[AccessIsWrite][AccessSizeIndex] =
1324           checkInterfaceFunction(
1325               M.getOrInsertFunction(ClMemoryAccessCallbackPrefix + Suffix,
1326                                     IRB.getVoidTy(), IntptrTy, nullptr));
1327     }
1328   }
1329   AsanErrorCallbackSized[0] = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1330               kAsanReportLoadN, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1331   AsanErrorCallbackSized[1] = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1332               kAsanReportStoreN, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1333
1334   AsanMemoryAccessCallbackSized[0] = checkInterfaceFunction(
1335       M.getOrInsertFunction(ClMemoryAccessCallbackPrefix + "loadN",
1336                             IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1337   AsanMemoryAccessCallbackSized[1] = checkInterfaceFunction(
1338       M.getOrInsertFunction(ClMemoryAccessCallbackPrefix + "storeN",
1339                             IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1340
1341   AsanMemmove = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1342       ClMemoryAccessCallbackPrefix + "memmove", IRB.getInt8PtrTy(),
1343       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1344   AsanMemcpy = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1345       ClMemoryAccessCallbackPrefix + "memcpy", IRB.getInt8PtrTy(),
1346       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1347   AsanMemset = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1348       ClMemoryAccessCallbackPrefix + "memset", IRB.getInt8PtrTy(),
1349       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt32Ty(), IntptrTy, nullptr));
1350
1351   AsanHandleNoReturnFunc = checkInterfaceFunction(
1352       M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1353
1354   AsanPtrCmpFunction = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1355       kAsanPtrCmp, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1356   AsanPtrSubFunction = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1357       kAsanPtrSub, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1358   // We insert an empty inline asm after __asan_report* to avoid callback merge.
1359   EmptyAsm = InlineAsm::get(FunctionType::get(IRB.getVoidTy(), false),
1360                             StringRef(""), StringRef(""),
1361                             /*hasSideEffects=*/true);
1362 }
1363
1364 // virtual
1365 bool AddressSanitizer::doInitialization(Module &M) {
1366   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
1367   DataLayoutPass *DLP = getAnalysisIfAvailable<DataLayoutPass>();
1368   if (!DLP)
1369     report_fatal_error("data layout missing");
1370   DL = &DLP->getDataLayout();
1371
1372   GlobalsMD.init(M);
1373
1374   C = &(M.getContext());
1375   LongSize = DL->getPointerSizeInBits();
1376   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1377   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1378
1379   AsanCtorFunction = Function::Create(
1380       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
1381       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleCtorName, &M);
1382   BasicBlock *AsanCtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanCtorFunction);
1383   // call __asan_init in the module ctor.
1384   IRBuilder<> IRB(ReturnInst::Create(*C, AsanCtorBB));
1385   AsanInitFunction = checkInterfaceFunction(
1386       M.getOrInsertFunction(kAsanInitName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1387   AsanInitFunction->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1388   IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
1389
1390   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize);
1391
1392   appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1393   return true;
1394 }
1395
1396 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
1397   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
1398   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
1399   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
1400   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
1401   // the shadow memory.
1402   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
1403   // instrumented functions.
1404   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
1405     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
1406     IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
1407     return true;
1408   }
1409   return false;
1410 }
1411
1412 bool AddressSanitizer::runOnFunction(Function &F) {
1413   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
1414   if (F.getLinkage() == GlobalValue::AvailableExternallyLinkage) return false;
1415   DEBUG(dbgs() << "ASAN instrumenting:\n" << F << "\n");
1416   initializeCallbacks(*F.getParent());
1417
1418   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1419
1420   // If needed, insert __asan_init before checking for SanitizeAddress attr.
1421   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
1422
1423   if (!F.hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress))
1424     return false;
1425
1426   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName())
1427     return false;
1428
1429   // We want to instrument every address only once per basic block (unless there
1430   // are calls between uses).
1431   SmallSet<Value*, 16> TempsToInstrument;
1432   SmallVector<Instruction*, 16> ToInstrument;
1433   SmallVector<Instruction*, 8> NoReturnCalls;
1434   SmallVector<BasicBlock*, 16> AllBlocks;
1435   SmallVector<Instruction*, 16> PointerComparisonsOrSubtracts;
1436   int NumAllocas = 0;
1437   bool IsWrite;
1438   unsigned Alignment;
1439
1440   // Fill the set of memory operations to instrument.
1441   for (auto &BB : F) {
1442     AllBlocks.push_back(&BB);
1443     TempsToInstrument.clear();
1444     int NumInsnsPerBB = 0;
1445     for (auto &Inst : BB) {
1446       if (LooksLikeCodeInBug11395(&Inst)) return false;
1447       if (Value *Addr =
1448               isInterestingMemoryAccess(&Inst, &IsWrite, &Alignment)) {
1449         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
1450           if (!TempsToInstrument.insert(Addr).second)
1451             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
1452         }
1453       } else if (ClInvalidPointerPairs &&
1454                  isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(&Inst)) {
1455         PointerComparisonsOrSubtracts.push_back(&Inst);
1456         continue;
1457       } else if (isa<MemIntrinsic>(Inst)) {
1458         // ok, take it.
1459       } else {
1460         if (isa<AllocaInst>(Inst))
1461           NumAllocas++;
1462         CallSite CS(&Inst);
1463         if (CS) {
1464           // A call inside BB.
1465           TempsToInstrument.clear();
1466           if (CS.doesNotReturn())
1467             NoReturnCalls.push_back(CS.getInstruction());
1468         }
1469         continue;
1470       }
1471       ToInstrument.push_back(&Inst);
1472       NumInsnsPerBB++;
1473       if (NumInsnsPerBB >= ClMaxInsnsToInstrumentPerBB)
1474         break;
1475     }
1476   }
1477
1478   bool UseCalls = false;
1479   if (ClInstrumentationWithCallsThreshold >= 0 &&
1480       ToInstrument.size() > (unsigned)ClInstrumentationWithCallsThreshold)
1481     UseCalls = true;
1482
1483   // Instrument.
1484   int NumInstrumented = 0;
1485   for (auto Inst : ToInstrument) {
1486     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
1487         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
1488       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite, &Alignment))
1489         instrumentMop(Inst, UseCalls);
1490       else
1491         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
1492     }
1493     NumInstrumented++;
1494   }
1495
1496   FunctionStackPoisoner FSP(F, *this);
1497   bool ChangedStack = FSP.runOnFunction();
1498
1499   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
1500   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
1501   for (auto CI : NoReturnCalls) {
1502     IRBuilder<> IRB(CI);
1503     IRB.CreateCall(AsanHandleNoReturnFunc);
1504   }
1505
1506   for (auto Inst : PointerComparisonsOrSubtracts) {
1507     instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Inst);
1508     NumInstrumented++;
1509   }
1510
1511   bool res = NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
1512
1513   DEBUG(dbgs() << "ASAN done instrumenting: " << res << " " << F << "\n");
1514
1515   return res;
1516 }
1517
1518 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
1519 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
1520 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
1521 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
1522   if (LongSize != 32) return false;
1523   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1524   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
1525   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
1526   // We have inline assembly with quite a few arguments.
1527   return true;
1528 }
1529
1530 void FunctionStackPoisoner::initializeCallbacks(Module &M) {
1531   IRBuilder<> IRB(*C);
1532   for (int i = 0; i <= kMaxAsanStackMallocSizeClass; i++) {
1533     std::string Suffix = itostr(i);
1534     AsanStackMallocFunc[i] = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1535         kAsanStackMallocNameTemplate + Suffix, IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1536     AsanStackFreeFunc[i] = checkInterfaceFunction(
1537         M.getOrInsertFunction(kAsanStackFreeNameTemplate + Suffix,
1538                               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1539   }
1540   AsanPoisonStackMemoryFunc = checkInterfaceFunction(
1541       M.getOrInsertFunction(kAsanPoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1542                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1543   AsanUnpoisonStackMemoryFunc = checkInterfaceFunction(
1544       M.getOrInsertFunction(kAsanUnpoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1545                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1546 }
1547
1548 void
1549 FunctionStackPoisoner::poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes,
1550                                       IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
1551                                       bool DoPoison) {
1552   size_t n = ShadowBytes.size();
1553   size_t i = 0;
1554   // We need to (un)poison n bytes of stack shadow. Poison as many as we can
1555   // using 64-bit stores (if we are on 64-bit arch), then poison the rest
1556   // with 32-bit stores, then with 16-byte stores, then with 8-byte stores.
1557   for (size_t LargeStoreSizeInBytes = ASan.LongSize / 8;
1558        LargeStoreSizeInBytes != 0; LargeStoreSizeInBytes /= 2) {
1559     for (; i + LargeStoreSizeInBytes - 1 < n; i += LargeStoreSizeInBytes) {
1560       uint64_t Val = 0;
1561       for (size_t j = 0; j < LargeStoreSizeInBytes; j++) {
1562         if (ASan.DL->isLittleEndian())
1563           Val |= (uint64_t)ShadowBytes[i + j] << (8 * j);
1564         else
1565           Val = (Val << 8) | ShadowBytes[i + j];
1566       }
1567       if (!Val) continue;
1568       Value *Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1569       Type *StoreTy = Type::getIntNTy(*C, LargeStoreSizeInBytes * 8);
1570       Value *Poison = ConstantInt::get(StoreTy, DoPoison ? Val : 0);
1571       IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, StoreTy->getPointerTo()));
1572     }
1573   }
1574 }
1575
1576 // Fake stack allocator (asan_fake_stack.h) has 11 size classes
1577 // for every power of 2 from kMinStackMallocSize to kMaxAsanStackMallocSizeClass
1578 static int StackMallocSizeClass(uint64_t LocalStackSize) {
1579   assert(LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize);
1580   uint64_t MaxSize = kMinStackMallocSize;
1581   for (int i = 0; ; i++, MaxSize *= 2)
1582     if (LocalStackSize <= MaxSize)
1583       return i;
1584   llvm_unreachable("impossible LocalStackSize");
1585 }
1586
1587 // Set Size bytes starting from ShadowBase to kAsanStackAfterReturnMagic.
1588 // We can not use MemSet intrinsic because it may end up calling the actual
1589 // memset. Size is a multiple of 8.
1590 // Currently this generates 8-byte stores on x86_64; it may be better to
1591 // generate wider stores.
1592 void FunctionStackPoisoner::SetShadowToStackAfterReturnInlined(
1593     IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase, int Size) {
1594   assert(!(Size % 8));
1595   assert(kAsanStackAfterReturnMagic == 0xf5);
1596   for (int i = 0; i < Size; i += 8) {
1597     Value *p = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1598     IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), 0xf5f5f5f5f5f5f5f5ULL),
1599                     IRB.CreateIntToPtr(p, IRB.getInt64Ty()->getPointerTo()));
1600   }
1601 }
1602
1603 static DebugLoc getFunctionEntryDebugLocation(Function &F) {
1604   for (const auto &Inst : F.getEntryBlock())
1605     if (!isa<AllocaInst>(Inst))
1606       return Inst.getDebugLoc();
1607   return DebugLoc();
1608 }
1609
1610 PHINode *FunctionStackPoisoner::createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond,
1611                                           Value *ValueIfTrue,
1612                                           Instruction *ThenTerm,
1613                                           Value *ValueIfFalse) {
1614   PHINode *PHI = IRB.CreatePHI(IntptrTy, 2);
1615   BasicBlock *CondBlock = cast<Instruction>(Cond)->getParent();
1616   PHI->addIncoming(ValueIfFalse, CondBlock);
1617   BasicBlock *ThenBlock = ThenTerm->getParent();
1618   PHI->addIncoming(ValueIfTrue, ThenBlock);
1619   return PHI;
1620 }
1621
1622 Value *FunctionStackPoisoner::createAllocaForLayout(
1623     IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L, bool Dynamic) {
1624   AllocaInst *Alloca;
1625   if (Dynamic) {
1626     Alloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(),
1627                               ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), L.FrameSize),
1628                               "MyAlloca");
1629   } else {
1630     Alloca = IRB.CreateAlloca(ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), L.FrameSize),
1631                               nullptr, "MyAlloca");
1632     assert(Alloca->isStaticAlloca());
1633   }
1634   assert((ClRealignStack & (ClRealignStack - 1)) == 0);
1635   size_t FrameAlignment = std::max(L.FrameAlignment, (size_t)ClRealignStack);
1636   Alloca->setAlignment(FrameAlignment);
1637   return IRB.CreatePointerCast(Alloca, IntptrTy);
1638 }
1639
1640 void FunctionStackPoisoner::poisonStack() {
1641   assert(AllocaVec.size() > 0 || DynamicAllocaVec.size() > 0);
1642
1643   if (ClInstrumentAllocas)
1644     // Handle dynamic allocas.
1645     for (auto &AllocaCall : DynamicAllocaVec)
1646       handleDynamicAllocaCall(AllocaCall);
1647
1648   if (AllocaVec.size() == 0) return;
1649
1650   int StackMallocIdx = -1;
1651   DebugLoc EntryDebugLocation = getFunctionEntryDebugLocation(F);
1652
1653   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
1654   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
1655   IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1656
1657   SmallVector<ASanStackVariableDescription, 16> SVD;
1658   SVD.reserve(AllocaVec.size());
1659   for (AllocaInst *AI : AllocaVec) {
1660     ASanStackVariableDescription D = { AI->getName().data(),
1661                                    getAllocaSizeInBytes(AI),
1662                                    AI->getAlignment(), AI, 0};
1663     SVD.push_back(D);
1664   }
1665   // Minimal header size (left redzone) is 4 pointers,
1666   // i.e. 32 bytes on 64-bit platforms and 16 bytes in 32-bit platforms.
1667   size_t MinHeaderSize = ASan.LongSize / 2;
1668   ASanStackFrameLayout L;
1669   ComputeASanStackFrameLayout(SVD, 1UL << Mapping.Scale, MinHeaderSize, &L);
1670   DEBUG(dbgs() << L.DescriptionString << " --- " << L.FrameSize << "\n");
1671   uint64_t LocalStackSize = L.FrameSize;
1672   bool DoStackMalloc =
1673       ClUseAfterReturn && LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
1674   // Don't do dynamic alloca in presence of inline asm: too often it
1675   // makes assumptions on which registers are available.
1676   bool DoDynamicAlloca = ClDynamicAllocaStack && !HasNonEmptyInlineAsm;
1677
1678   Value *StaticAlloca =
1679       DoDynamicAlloca ? nullptr : createAllocaForLayout(IRB, L, false);
1680
1681   Value *FakeStack;
1682   Value *LocalStackBase;
1683
1684   if (DoStackMalloc) {
1685     // void *FakeStack = __asan_option_detect_stack_use_after_return
1686     //     ? __asan_stack_malloc_N(LocalStackSize)
1687     //     : nullptr;
1688     // void *LocalStackBase = (FakeStack) ? FakeStack : alloca(LocalStackSize);
1689     Constant *OptionDetectUAR = F.getParent()->getOrInsertGlobal(
1690         kAsanOptionDetectUAR, IRB.getInt32Ty());
1691     Value *UARIsEnabled =
1692         IRB.CreateICmpNE(IRB.CreateLoad(OptionDetectUAR),
1693                          Constant::getNullValue(IRB.getInt32Ty()));
1694     Instruction *Term =
1695         SplitBlockAndInsertIfThen(UARIsEnabled, InsBefore, false);
1696     IRBuilder<> IRBIf(Term);
1697     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1698     StackMallocIdx = StackMallocSizeClass(LocalStackSize);
1699     assert(StackMallocIdx <= kMaxAsanStackMallocSizeClass);
1700     Value *FakeStackValue =
1701         IRBIf.CreateCall(AsanStackMallocFunc[StackMallocIdx],
1702                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize));
1703     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1704     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1705     FakeStack = createPHI(IRB, UARIsEnabled, FakeStackValue, Term,
1706                           ConstantInt::get(IntptrTy, 0));
1707
1708     Value *NoFakeStack =
1709         IRB.CreateICmpEQ(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1710     Term = SplitBlockAndInsertIfThen(NoFakeStack, InsBefore, false);
1711     IRBIf.SetInsertPoint(Term);
1712     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1713     Value *AllocaValue =
1714         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRBIf, L, true) : StaticAlloca;
1715     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1716     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1717     LocalStackBase = createPHI(IRB, NoFakeStack, AllocaValue, Term, FakeStack);
1718   } else {
1719     // void *FakeStack = nullptr;
1720     // void *LocalStackBase = alloca(LocalStackSize);
1721     FakeStack = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1722     LocalStackBase =
1723         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRB, L, true) : StaticAlloca;
1724   }
1725
1726   // Insert poison calls for lifetime intrinsics for alloca.
1727   bool HavePoisonedAllocas = false;
1728   for (const auto &APC : AllocaPoisonCallVec) {
1729     assert(APC.InsBefore);
1730     assert(APC.AI);
1731     IRBuilder<> IRB(APC.InsBefore);
1732     poisonAlloca(APC.AI, APC.Size, IRB, APC.DoPoison);
1733     HavePoisonedAllocas |= APC.DoPoison;
1734   }
1735
1736   // Replace Alloca instructions with base+offset.
1737   for (const auto &Desc : SVD) {
1738     AllocaInst *AI = Desc.AI;
1739     Value *NewAllocaPtr = IRB.CreateIntToPtr(
1740         IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Desc.Offset)),
1741         AI->getType());
1742     replaceDbgDeclareForAlloca(AI, NewAllocaPtr, DIB);
1743     AI->replaceAllUsesWith(NewAllocaPtr);
1744   }
1745
1746   // The left-most redzone has enough space for at least 4 pointers.
1747   // Write the Magic value to redzone[0].
1748   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
1749   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
1750                   BasePlus0);
1751   // Write the frame description constant to redzone[1].
1752   Value *BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(
1753     IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, ASan.LongSize/8)),
1754     IntptrPtrTy);
1755   GlobalVariable *StackDescriptionGlobal =
1756       createPrivateGlobalForString(*F.getParent(), L.DescriptionString,
1757                                    /*AllowMerging*/true);
1758   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(StackDescriptionGlobal,
1759                                              IntptrTy);
1760   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
1761   // Write the PC to redzone[2].
1762   Value *BasePlus2 = IRB.CreateIntToPtr(
1763     IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy,
1764                                                    2 * ASan.LongSize/8)),
1765     IntptrPtrTy);
1766   IRB.CreateStore(IRB.CreatePointerCast(&F, IntptrTy), BasePlus2);
1767
1768   // Poison the stack redzones at the entry.
1769   Value *ShadowBase = ASan.memToShadow(LocalStackBase, IRB);
1770   poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRB, ShadowBase, true);
1771
1772   // (Un)poison the stack before all ret instructions.
1773   for (auto Ret : RetVec) {
1774     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
1775     // Mark the current frame as retired.
1776     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
1777                        BasePlus0);
1778     if (DoStackMalloc) {
1779       assert(StackMallocIdx >= 0);
1780       // if FakeStack != 0  // LocalStackBase == FakeStack
1781       //     // In use-after-return mode, poison the whole stack frame.
1782       //     if StackMallocIdx <= 4
1783       //         // For small sizes inline the whole thing:
1784       //         memset(ShadowBase, kAsanStackAfterReturnMagic, ShadowSize);
1785       //         **SavedFlagPtr(FakeStack) = 0
1786       //     else
1787       //         __asan_stack_free_N(FakeStack, LocalStackSize)
1788       // else
1789       //     <This is not a fake stack; unpoison the redzones>
1790       Value *Cmp =
1791           IRBRet.CreateICmpNE(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1792       TerminatorInst *ThenTerm, *ElseTerm;
1793       SplitBlockAndInsertIfThenElse(Cmp, Ret, &ThenTerm, &ElseTerm);
1794
1795       IRBuilder<> IRBPoison(ThenTerm);
1796       if (StackMallocIdx <= 4) {
1797         int ClassSize = kMinStackMallocSize << StackMallocIdx;
1798         SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBPoison, ShadowBase,
1799                                            ClassSize >> Mapping.Scale);
1800         Value *SavedFlagPtrPtr = IRBPoison.CreateAdd(
1801             FakeStack,
1802             ConstantInt::get(IntptrTy, ClassSize - ASan.LongSize / 8));
1803         Value *SavedFlagPtr = IRBPoison.CreateLoad(
1804             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtrPtr, IntptrPtrTy));
1805         IRBPoison.CreateStore(
1806             Constant::getNullValue(IRBPoison.getInt8Ty()),
1807             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtr, IRBPoison.getInt8PtrTy()));
1808       } else {
1809         // For larger frames call __asan_stack_free_*.
1810         IRBPoison.CreateCall2(AsanStackFreeFunc[StackMallocIdx], FakeStack,
1811                               ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize));
1812       }
1813
1814       IRBuilder<> IRBElse(ElseTerm);
1815       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBElse, ShadowBase, false);
1816     } else if (HavePoisonedAllocas) {
1817       // If we poisoned some allocas in llvm.lifetime analysis,
1818       // unpoison whole stack frame now.
1819       poisonAlloca(LocalStackBase, LocalStackSize, IRBRet, false);
1820     } else {
1821       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBRet, ShadowBase, false);
1822     }
1823   }
1824
1825   if (ClInstrumentAllocas)
1826     // Unpoison dynamic allocas.
1827     for (auto &AllocaCall : DynamicAllocaVec)
1828       unpoisonDynamicAlloca(AllocaCall);
1829
1830   // We are done. Remove the old unused alloca instructions.
1831   for (auto AI : AllocaVec)
1832     AI->eraseFromParent();
1833 }
1834
1835 void FunctionStackPoisoner::poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size,
1836                                          IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison) {
1837   // For now just insert the call to ASan runtime.
1838   Value *AddrArg = IRB.CreatePointerCast(V, IntptrTy);
1839   Value *SizeArg = ConstantInt::get(IntptrTy, Size);
1840   IRB.CreateCall2(DoPoison ? AsanPoisonStackMemoryFunc
1841                            : AsanUnpoisonStackMemoryFunc,
1842                   AddrArg, SizeArg);
1843 }
1844
1845 // Handling llvm.lifetime intrinsics for a given %alloca:
1846 // (1) collect all llvm.lifetime.xxx(%size, %value) describing the alloca.
1847 // (2) if %size is constant, poison memory for llvm.lifetime.end (to detect
1848 //     invalid accesses) and unpoison it for llvm.lifetime.start (the memory
1849 //     could be poisoned by previous llvm.lifetime.end instruction, as the
1850 //     variable may go in and out of scope several times, e.g. in loops).
1851 // (3) if we poisoned at least one %alloca in a function,
1852 //     unpoison the whole stack frame at function exit.
1853
1854 AllocaInst *FunctionStackPoisoner::findAllocaForValue(Value *V) {
1855   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
1856     // We're intested only in allocas we can handle.
1857     return isInterestingAlloca(*AI) ? AI : nullptr;
1858   // See if we've already calculated (or started to calculate) alloca for a
1859   // given value.
1860   AllocaForValueMapTy::iterator I = AllocaForValue.find(V);
1861   if (I != AllocaForValue.end())
1862     return I->second;
1863   // Store 0 while we're calculating alloca for value V to avoid
1864   // infinite recursion if the value references itself.
1865   AllocaForValue[V] = nullptr;
1866   AllocaInst *Res = nullptr;
1867   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
1868     Res = findAllocaForValue(CI->getOperand(0));
1869   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
1870     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1871       Value *IncValue = PN->getIncomingValue(i);
1872       // Allow self-referencing phi-nodes.
1873       if (IncValue == PN) continue;
1874       AllocaInst *IncValueAI = findAllocaForValue(IncValue);
1875       // AI for incoming values should exist and should all be equal.
1876       if (IncValueAI == nullptr || (Res != nullptr && IncValueAI != Res))
1877         return nullptr;
1878       Res = IncValueAI;
1879     }
1880   }
1881   if (Res)
1882     AllocaForValue[V] = Res;
1883   return Res;
1884 }
1885
1886 // Compute PartialRzMagic for dynamic alloca call. PartialRzMagic is
1887 // constructed from two separate 32-bit numbers: PartialRzMagic = Val1 | Val2.
1888 // (1) Val1 is resposible for forming base value for PartialRzMagic, containing
1889 //     only 00 for fully addressable and 0xcb for fully poisoned bytes for each
1890 //     8-byte chunk of user memory respectively.
1891 // (2) Val2 forms the value for marking first poisoned byte in shadow memory
1892 //     with appropriate value (0x01 - 0x07 or 0xcb if Padding % 8 == 0).
1893
1894 // Shift = Padding & ~7; // the number of bits we need to shift to access first
1895 //                          chunk in shadow memory, containing nonzero bytes.
1896 // Example:
1897 // Padding = 21                       Padding = 16
1898 // Shadow:  |00|00|05|cb|          Shadow:  |00|00|cb|cb|
1899 //                ^                               ^
1900 //                |                               |
1901 // Shift = 21 & ~7 = 16            Shift = 16 & ~7 = 16
1902 //
1903 // Val1 = 0xcbcbcbcb << Shift;
1904 // PartialBits = Padding ? Padding & 7 : 0xcb;
1905 // Val2 = PartialBits << Shift;
1906 // Result = Val1 | Val2;
1907 Value *FunctionStackPoisoner::computePartialRzMagic(Value *PartialSize,
1908                                                     IRBuilder<> &IRB) {
1909   PartialSize = IRB.CreateIntCast(PartialSize, IRB.getInt32Ty(), false);
1910   Value *Shift = IRB.CreateAnd(PartialSize, IRB.getInt32(~7));
1911   unsigned Val1Int = kAsanAllocaPartialVal1;
1912   unsigned Val2Int = kAsanAllocaPartialVal2;
1913   if (!ASan.DL->isLittleEndian()) {
1914     Val1Int = sys::getSwappedBytes(Val1Int);
1915     Val2Int = sys::getSwappedBytes(Val2Int);
1916   }
1917   Value *Val1 = shiftAllocaMagic(IRB.getInt32(Val1Int), IRB, Shift);
1918   Value *PartialBits = IRB.CreateAnd(PartialSize, IRB.getInt32(7));
1919   // For BigEndian get 0x000000YZ -> 0xYZ000000.
1920   if (ASan.DL->isBigEndian())
1921     PartialBits = IRB.CreateShl(PartialBits, IRB.getInt32(24));
1922   Value *Val2 = IRB.getInt32(Val2Int);
1923   Value *Cond =
1924       IRB.CreateICmpNE(PartialBits, Constant::getNullValue(IRB.getInt32Ty()));
1925   Val2 = IRB.CreateSelect(Cond, shiftAllocaMagic(PartialBits, IRB, Shift),
1926                           shiftAllocaMagic(Val2, IRB, Shift));
1927   return IRB.CreateOr(Val1, Val2);
1928 }
1929
1930 void FunctionStackPoisoner::handleDynamicAllocaCall(
1931     DynamicAllocaCall &AllocaCall) {
1932   AllocaInst *AI = AllocaCall.AI;
1933   if (!doesDominateAllExits(AI)) {
1934     // We do not yet handle complex allocas
1935     AllocaCall.Poison = false;
1936     return;
1937   }
1938
1939   IRBuilder<> IRB(AI);
1940
1941   PointerType *Int32PtrTy = PointerType::getUnqual(IRB.getInt32Ty());
1942   const unsigned Align = std::max(kAllocaRzSize, AI->getAlignment());
1943   const uint64_t AllocaRedzoneMask = kAllocaRzSize - 1;
1944
1945   Value *Zero = Constant::getNullValue(IntptrTy);
1946   Value *AllocaRzSize = ConstantInt::get(IntptrTy, kAllocaRzSize);
1947   Value *AllocaRzMask = ConstantInt::get(IntptrTy, AllocaRedzoneMask);
1948   Value *NotAllocaRzMask = ConstantInt::get(IntptrTy, ~AllocaRedzoneMask);
1949
1950   // Since we need to extend alloca with additional memory to locate
1951   // redzones, and OldSize is number of allocated blocks with
1952   // ElementSize size, get allocated memory size in bytes by
1953   // OldSize * ElementSize.
1954   unsigned ElementSize = ASan.DL->getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
1955   Value *OldSize = IRB.CreateMul(AI->getArraySize(),
1956                                  ConstantInt::get(IntptrTy, ElementSize));
1957
1958   // PartialSize = OldSize % 32
1959   Value *PartialSize = IRB.CreateAnd(OldSize, AllocaRzMask);
1960
1961   // Misalign = kAllocaRzSize - PartialSize;
1962   Value *Misalign = IRB.CreateSub(AllocaRzSize, PartialSize);
1963
1964   // PartialPadding = Misalign != kAllocaRzSize ? Misalign : 0;
1965   Value *Cond = IRB.CreateICmpNE(Misalign, AllocaRzSize);
1966   Value *PartialPadding = IRB.CreateSelect(Cond, Misalign, Zero);
1967
1968   // AdditionalChunkSize = Align + PartialPadding + kAllocaRzSize
1969   // Align is added to locate left redzone, PartialPadding for possible
1970   // partial redzone and kAllocaRzSize for right redzone respectively.
1971   Value *AdditionalChunkSize = IRB.CreateAdd(
1972       ConstantInt::get(IntptrTy, Align + kAllocaRzSize), PartialPadding);
1973
1974   Value *NewSize = IRB.CreateAdd(OldSize, AdditionalChunkSize);
1975
1976   // Insert new alloca with new NewSize and Align params.
1977   AllocaInst *NewAlloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(), NewSize);
1978   NewAlloca->setAlignment(Align);
1979
1980   // NewAddress = Address + Align
1981   Value *NewAddress = IRB.CreateAdd(IRB.CreatePtrToInt(NewAlloca, IntptrTy),
1982                                     ConstantInt::get(IntptrTy, Align));
1983
1984   Value *NewAddressPtr = IRB.CreateIntToPtr(NewAddress, AI->getType());
1985
1986   // LeftRzAddress = NewAddress - kAllocaRzSize
1987   Value *LeftRzAddress = IRB.CreateSub(NewAddress, AllocaRzSize);
1988
1989   // Poisoning left redzone.
1990   AllocaCall.LeftRzAddr = ASan.memToShadow(LeftRzAddress, IRB);
1991   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), kAsanAllocaLeftMagic),
1992                   IRB.CreateIntToPtr(AllocaCall.LeftRzAddr, Int32PtrTy));
1993
1994   // PartialRzAligned = PartialRzAddr & ~AllocaRzMask
1995   Value *PartialRzAddr = IRB.CreateAdd(NewAddress, OldSize);
1996   Value *PartialRzAligned = IRB.CreateAnd(PartialRzAddr, NotAllocaRzMask);
1997
1998   // Poisoning partial redzone.
1999   Value *PartialRzMagic = computePartialRzMagic(PartialSize, IRB);
2000   Value *PartialRzShadowAddr = ASan.memToShadow(PartialRzAligned, IRB);
2001   IRB.CreateStore(PartialRzMagic,
2002                   IRB.CreateIntToPtr(PartialRzShadowAddr, Int32PtrTy));
2003
2004   // RightRzAddress
2005   //   =  (PartialRzAddr + AllocaRzMask) & ~AllocaRzMask
2006   Value *RightRzAddress = IRB.CreateAnd(
2007       IRB.CreateAdd(PartialRzAddr, AllocaRzMask), NotAllocaRzMask);
2008
2009   // Poisoning right redzone.
2010   AllocaCall.RightRzAddr = ASan.memToShadow(RightRzAddress, IRB);
2011   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), kAsanAllocaRightMagic),
2012                   IRB.CreateIntToPtr(AllocaCall.RightRzAddr, Int32PtrTy));
2013
2014   // Replace all uses of AddessReturnedByAlloca with NewAddress.
2015   AI->replaceAllUsesWith(NewAddressPtr);
2016
2017   // We are done. Erase old alloca and store left, partial and right redzones
2018   // shadow addresses for future unpoisoning.
2019   AI->eraseFromParent();
2020   NumInstrumentedDynamicAllocas++;
2021 }