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/SetVector.h"
  22 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  23 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  26 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  27 #include "llvm/ADT/Triple.h"
  28 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  31 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  32 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
  33 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  34 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  35 #include "llvm/IR/Function.h"
  36 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  37 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
  38 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  39 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  40 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  41 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  42 #include "llvm/IR/Module.h"
  43 #include "llvm/IR/Type.h"
  44 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  45 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  46 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  47 #include "llvm/Support/Debug.h"
  48 #include "llvm/Support/Endian.h"
  49 #include "llvm/Support/SwapByteOrder.h"
  50 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  51 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  52 #include "llvm/Transforms/Utils/ASanStackFrameLayout.h"
  53 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  54 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  56 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
  57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
  58 #include <algorithm>
  59 #include <string>
  60 #include <system_error>
  61
  62 using namespace llvm;
  63
  64 #define DEBUG_TYPE "asan"
  65
  66 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
  67 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
  68 static const uint64_t kIOSShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  69 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
  70 static const uint64_t kSmallX86_64ShadowOffset = 0x7FFF8000;  // < 2G.
  71 static const uint64_t kLinuxKasan_ShadowOffset64 = 0xdffffc0000000000;
  72 static const uint64_t kPPC64_ShadowOffset64 = 1ULL << 41;
  73 static const uint64_t kMIPS32_ShadowOffset32 = 0x0aaa0000;
  74 static const uint64_t kMIPS64_ShadowOffset64 = 1ULL << 37;
  75 static const uint64_t kAArch64_ShadowOffset64 = 1ULL << 36;
  76 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  77 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset64 = 1ULL << 46;
  78 static const uint64_t kWindowsShadowOffset32 = 3ULL << 28;
  79
  80 static const size_t kMinStackMallocSize = 1 << 6;   // 64B
  81 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
  82 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
  83 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
  84
  85 static const char *const kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
  86 static const char *const kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
  87 static const uint64_t kAsanCtorAndDtorPriority = 1;
  88 static const char *const kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
  89 static const char *const kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
  90 static const char *const kAsanUnregisterGlobalsName =
  91     "__asan_unregister_globals";
  92 static const char *const kAsanPoisonGlobalsName = "__asan_before_dynamic_init";
  93 static const char *const kAsanUnpoisonGlobalsName = "__asan_after_dynamic_init";
  94 static const char *const kAsanInitName = "__asan_init";
  95 static const char *const kAsanVersionCheckName =
  96     "__asan_version_mismatch_check_v6";
  97 static const char *const kAsanPtrCmp = "__sanitizer_ptr_cmp";
  98 static const char *const kAsanPtrSub = "__sanitizer_ptr_sub";
  99 static const char *const kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
 100 static const int kMaxAsanStackMallocSizeClass = 10;
 101 static const char *const kAsanStackMallocNameTemplate = "__asan_stack_malloc_";
 102 static const char *const kAsanStackFreeNameTemplate = "__asan_stack_free_";
 103 static const char *const kAsanGenPrefix = "__asan_gen_";
 104 static const char *const kSanCovGenPrefix = "__sancov_gen_";
 105 static const char *const kAsanPoisonStackMemoryName =
 106     "__asan_poison_stack_memory";
 107 static const char *const kAsanUnpoisonStackMemoryName =
 108     "__asan_unpoison_stack_memory";
 109
 110 static const char *const kAsanOptionDetectUAR =
 111     "__asan_option_detect_stack_use_after_return";
 112
 113 static const char *const kAsanAllocaPoison = "__asan_alloca_poison";
 114 static const char *const kAsanAllocasUnpoison = "__asan_allocas_unpoison";
 115
 116 // Accesses sizes are powers of two: 1, 2, 4, 8, 16.
 117 static const size_t kNumberOfAccessSizes = 5;
 118
 119 static const unsigned kAllocaRzSize = 32;
 120
 121 // Command-line flags.
 122 static cl::opt<bool> ClEnableKasan(
 123     "asan-kernel", cl::desc("Enable KernelAddressSanitizer instrumentation"),
 124     cl::Hidden, cl::init(false));
 125
 126 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
 127 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
 128                                        cl::desc("instrument read instructions"),
 129                                        cl::Hidden, cl::init(true));
 130 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites(
 131     "asan-instrument-writes", cl::desc("instrument write instructions"),
 132     cl::Hidden, cl::init(true));
 133 static cl::opt<bool> ClInstrumentAtomics(
 134     "asan-instrument-atomics",
 135     cl::desc("instrument atomic instructions (rmw, cmpxchg)"), cl::Hidden,
 136     cl::init(true));
 137 static cl::opt<bool> ClAlwaysSlowPath(
 138     "asan-always-slow-path",
 139     cl::desc("use instrumentation with slow path for all accesses"), cl::Hidden,
 140     cl::init(false));
 141 // This flag limits the number of instructions to be instrumented
 142 // in any given BB. Normally, this should be set to unlimited (INT_MAX),
 143 // but due to http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=12652 we temporary
 144 // set it to 10000.
 145 static cl::opt<int> ClMaxInsnsToInstrumentPerBB(
 146     "asan-max-ins-per-bb", cl::init(10000),
 147     cl::desc("maximal number of instructions to instrument in any given BB"),
 148     cl::Hidden);
 149 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
 150 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack", cl::desc("Handle stack memory"),
 151                              cl::Hidden, cl::init(true));
 152 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
 153                                       cl::desc("Check return-after-free"),
 154                                       cl::Hidden, cl::init(true));
 155 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
 156 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
 157                                cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden,
 158                                cl::init(true));
 159 static cl::opt<bool> ClInitializers("asan-initialization-order",
 160                                     cl::desc("Handle C++ initializer order"),
 161                                     cl::Hidden, cl::init(true));
 162 static cl::opt<bool> ClInvalidPointerPairs(
 163     "asan-detect-invalid-pointer-pair",
 164     cl::desc("Instrument <, <=, >, >=, - with pointer operands"), cl::Hidden,
 165     cl::init(false));
 166 static cl::opt<unsigned> ClRealignStack(
 167     "asan-realign-stack",
 168     cl::desc("Realign stack to the value of this flag (power of two)"),
 169     cl::Hidden, cl::init(32));
 170 static cl::opt<int> ClInstrumentationWithCallsThreshold(
 171     "asan-instrumentation-with-call-threshold",
 172     cl::desc(
 173         "If the function being instrumented contains more than "
 174         "this number of memory accesses, use callbacks instead of "
 175         "inline checks (-1 means never use callbacks)."),
 176     cl::Hidden, cl::init(7000));
 177 static cl::opt<std::string> ClMemoryAccessCallbackPrefix(
 178     "asan-memory-access-callback-prefix",
 179     cl::desc("Prefix for memory access callbacks"), cl::Hidden,
 180     cl::init("__asan_"));
 181 static cl::opt<bool> ClInstrumentAllocas("asan-instrument-allocas",
 182                                          cl::desc("instrument dynamic allocas"),
 183                                          cl::Hidden, cl::init(false));
 184 static cl::opt<bool> ClSkipPromotableAllocas(
 185     "asan-skip-promotable-allocas",
 186     cl::desc("Do not instrument promotable allocas"), cl::Hidden,
 187     cl::init(true));
 188
 189 // These flags allow to change the shadow mapping.
 190 // The shadow mapping looks like
 191 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
 192 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
 193                                    cl::desc("scale of asan shadow mapping"),
 194                                    cl::Hidden, cl::init(0));
 195
 196 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
 197 // and benchmarking the tool.
 198 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt", cl::desc("Optimize instrumentation"),
 199                            cl::Hidden, cl::init(true));
 200 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp(
 201     "asan-opt-same-temp", cl::desc("Instrument the same temp just once"),
 202     cl::Hidden, cl::init(true));
 203 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
 204                                   cl::desc("Don't instrument scalar globals"),
 205                                   cl::Hidden, cl::init(true));
 206 static cl::opt<bool> ClOptStack(
 207     "asan-opt-stack", cl::desc("Don't instrument scalar stack variables"),
 208     cl::Hidden, cl::init(false));
 209
 210 static cl::opt<bool> ClCheckLifetime(
 211     "asan-check-lifetime",
 212     cl::desc("Use llvm.lifetime intrinsics to insert extra checks"), cl::Hidden,
 213     cl::init(false));
 214
 215 static cl::opt<bool> ClDynamicAllocaStack(
 216     "asan-stack-dynamic-alloca",
 217     cl::desc("Use dynamic alloca to represent stack variables"), cl::Hidden,
 218     cl::init(true));
 219
 220 static cl::opt<uint32_t> ClForceExperiment(
 221     "asan-force-experiment",
 222     cl::desc("Force optimization experiment (for testing)"), cl::Hidden,
 223     cl::init(0));
 224
 225 // Debug flags.
 226 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
 227                             cl::init(0));
 228 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
 229                                  cl::Hidden, cl::init(0));
 230 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func", cl::Hidden,
 231                                         cl::desc("Debug func"));
 232 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
 233                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 234 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
 235                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 236
 237 STATISTIC(NumInstrumentedReads, "Number of instrumented reads");
 238 STATISTIC(NumInstrumentedWrites, "Number of instrumented writes");
 239 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToGlobalVar,
 240           "Number of optimized accesses to global vars");
 241 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToStackVar,
 242           "Number of optimized accesses to stack vars");
 243
 244 namespace {
 245 /// Frontend-provided metadata for source location.
 246 struct LocationMetadata {
 247   StringRef Filename;
 248   int LineNo;
 249   int ColumnNo;
 250
 251   LocationMetadata() : Filename(), LineNo(0), ColumnNo(0) {}
 252
 253   bool empty() const { return Filename.empty(); }
 254
 255   void parse(MDNode *MDN) {
 256     assert(MDN->getNumOperands() == 3);
 257     MDString *DIFilename = cast<MDString>(MDN->getOperand(0));
 258     Filename = DIFilename->getString();
 259     LineNo =
 260         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(1))->getLimitedValue();
 261     ColumnNo =
 262         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(2))->getLimitedValue();
 263   }
 264 };
 265
 266 /// Frontend-provided metadata for global variables.
 267 class GlobalsMetadata {
 268  public:
 269   struct Entry {
 270     Entry() : SourceLoc(), Name(), IsDynInit(false), IsBlacklisted(false) {}
 271     LocationMetadata SourceLoc;
 272     StringRef Name;
 273     bool IsDynInit;
 274     bool IsBlacklisted;
 275   };
 276
 277   GlobalsMetadata() : inited_(false) {}
 278
 279   void init(Module &M) {
 280     assert(!inited_);
 281     inited_ = true;
 282     NamedMDNode *Globals = M.getNamedMetadata("llvm.asan.globals");
 283     if (!Globals) return;
 284     for (auto MDN : Globals->operands()) {
 285       // Metadata node contains the global and the fields of "Entry".
 286       assert(MDN->getNumOperands() == 5);
 287       auto *GV = mdconst::extract_or_null<GlobalVariable>(MDN->getOperand(0));
 288       // The optimizer may optimize away a global entirely.
 289       if (!GV) continue;
 290       // We can already have an entry for GV if it was merged with another
 291       // global.
 292       Entry &E = Entries[GV];
 293       if (auto *Loc = cast_or_null<MDNode>(MDN->getOperand(1)))
 294         E.SourceLoc.parse(Loc);
 295       if (auto *Name = cast_or_null<MDString>(MDN->getOperand(2)))
 296         E.Name = Name->getString();
 297       ConstantInt *IsDynInit =
 298           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(3));
 299       E.IsDynInit |= IsDynInit->isOne();
 300       ConstantInt *IsBlacklisted =
 301           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(4));
 302       E.IsBlacklisted |= IsBlacklisted->isOne();
 303     }
 304   }
 305
 306   /// Returns metadata entry for a given global.
 307   Entry get(GlobalVariable *G) const {
 308     auto Pos = Entries.find(G);
 309     return (Pos != Entries.end()) ? Pos->second : Entry();
 310   }
 311
 312  private:
 313   bool inited_;
 314   DenseMap<GlobalVariable *, Entry> Entries;
 315 };
 316
 317 /// This struct defines the shadow mapping using the rule:
 318 ///   shadow = (mem >> Scale) ADD-or-OR Offset.
 319 struct ShadowMapping {
 320   int Scale;
 321   uint64_t Offset;
 322   bool OrShadowOffset;
 323 };
 324
 325 static ShadowMapping getShadowMapping(Triple &TargetTriple, int LongSize,
 326                                       bool IsKasan) {
 327   bool IsAndroid = TargetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::Android;
 328   bool IsIOS = TargetTriple.isiOS();
 329   bool IsFreeBSD = TargetTriple.isOSFreeBSD();
 330   bool IsLinux = TargetTriple.isOSLinux();
 331   bool IsPPC64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64 ||
 332                  TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64le;
 333   bool IsX86_64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::x86_64;
 334   bool IsMIPS32 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips ||
 335                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mipsel;
 336   bool IsMIPS64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64 ||
 337                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64el;
 338   bool IsAArch64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::aarch64;
 339   bool IsWindows = TargetTriple.isOSWindows();
 340
 341   ShadowMapping Mapping;
 342
 343   if (LongSize == 32) {
 344     // Android is always PIE, which means that the beginning of the address
 345     // space is always available.
 346     if (IsAndroid)
 347       Mapping.Offset = 0;
 348     else if (IsMIPS32)
 349       Mapping.Offset = kMIPS32_ShadowOffset32;
 350     else if (IsFreeBSD)
 351       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset32;
 352     else if (IsIOS)
 353       Mapping.Offset = kIOSShadowOffset32;
 354     else if (IsWindows)
 355       Mapping.Offset = kWindowsShadowOffset32;
 356     else
 357       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset32;
 358   } else {  // LongSize == 64
 359     if (IsPPC64)
 360       Mapping.Offset = kPPC64_ShadowOffset64;
 361     else if (IsFreeBSD)
 362       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset64;
 363     else if (IsLinux && IsX86_64) {
 364       if (IsKasan)
 365         Mapping.Offset = kLinuxKasan_ShadowOffset64;
 366       else
 367         Mapping.Offset = kSmallX86_64ShadowOffset;
 368     } else if (IsMIPS64)
 369       Mapping.Offset = kMIPS64_ShadowOffset64;
 370     else if (IsAArch64)
 371       Mapping.Offset = kAArch64_ShadowOffset64;
 372     else
 373       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset64;
 374   }
 375
 376   Mapping.Scale = kDefaultShadowScale;
 377   if (ClMappingScale) {
 378     Mapping.Scale = ClMappingScale;
 379   }
 380
 381   // OR-ing shadow offset if more efficient (at least on x86) if the offset
 382   // is a power of two, but on ppc64 we have to use add since the shadow
 383   // offset is not necessary 1/8-th of the address space.
 384   Mapping.OrShadowOffset = !IsPPC64 && !(Mapping.Offset & (Mapping.Offset - 1));
 385
 386   return Mapping;
 387 }
 388
 389 static size_t RedzoneSizeForScale(int MappingScale) {
 390   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
 391   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
 392   return std::max(32U, 1U << MappingScale);
 393 }
 394
 395 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
 396 struct AddressSanitizer : public FunctionPass {
 397   explicit AddressSanitizer(bool CompileKernel = false)
 398       : FunctionPass(ID), CompileKernel(CompileKernel || ClEnableKasan) {
 399     initializeAddressSanitizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 400   }
 401   const char *getPassName() const override {
 402     return "AddressSanitizerFunctionPass";
 403   }
 404   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 405     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 406     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
 407   }
 408   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) const {
 409     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 410     uint64_t SizeInBytes =
 411         AI->getModule()->getDataLayout().getTypeAllocSize(Ty);
 412     return SizeInBytes;
 413   }
 414   /// Check if we want (and can) handle this alloca.
 415   bool isInterestingAlloca(AllocaInst &AI);
 416
 417   // Check if we have dynamic alloca.
 418   bool isDynamicAlloca(AllocaInst &AI) const {
 419     return AI.isArrayAllocation() || !AI.isStaticAlloca();
 420   }
 421
 422   /// If it is an interesting memory access, return the PointerOperand
 423   /// and set IsWrite/Alignment. Otherwise return nullptr.
 424   Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite,
 425                                    uint64_t *TypeSize, unsigned *Alignment);
 426   void instrumentMop(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis, Instruction *I,
 427                      bool UseCalls, const DataLayout &DL);
 428   void instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I);
 429   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, Instruction *InsertBefore,
 430                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 431                          Value *SizeArgument, bool UseCalls, uint32_t Exp);
 432   void instrumentUnusualSizeOrAlignment(Instruction *I, Value *Addr,
 433                                         uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 434                                         Value *SizeArgument, bool UseCalls,
 435                                         uint32_t Exp);
 436   Value *createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
 437                            Value *ShadowValue, uint32_t TypeSize);
 438   Instruction *generateCrashCode(Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
 439                                  bool IsWrite, size_t AccessSizeIndex,
 440                                  Value *SizeArgument, uint32_t Exp);
 441   void instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
 442   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
 443   bool runOnFunction(Function &F) override;
 444   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
 445   void markEscapedLocalAllocas(Function &F);
 446   bool doInitialization(Module &M) override;
 447   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 448
 449   DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
 450
 451  private:
 452   void initializeCallbacks(Module &M);
 453
 454   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
 455   bool GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G);
 456   bool isSafeAccess(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis, Value *Addr,
 457                     uint64_t TypeSize) const;
 458
 459   /// Helper to cleanup per-function state.
 460   struct FunctionStateRAII {
 461     AddressSanitizer *Pass;
 462     FunctionStateRAII(AddressSanitizer *Pass) : Pass(Pass) {
 463       assert(Pass->ProcessedAllocas.empty() &&
 464              "last pass forgot to clear cache");
 465     }
 466     ~FunctionStateRAII() { Pass->ProcessedAllocas.clear(); }
 467   };
 468
 469   LLVMContext *C;
 470   Triple TargetTriple;
 471   int LongSize;
 472   bool CompileKernel;
 473   Type *IntptrTy;
 474   ShadowMapping Mapping;
 475   DominatorTree *DT;
 476   Function *AsanCtorFunction = nullptr;
 477   Function *AsanInitFunction = nullptr;
 478   Function *AsanHandleNoReturnFunc;
 479   Function *AsanPtrCmpFunction, *AsanPtrSubFunction;
 480   // This array is indexed by AccessIsWrite, Experiment and log2(AccessSize).
 481   Function *AsanErrorCallback[2][2][kNumberOfAccessSizes];
 482   Function *AsanMemoryAccessCallback[2][2][kNumberOfAccessSizes];
 483   // This array is indexed by AccessIsWrite and Experiment.
 484   Function *AsanErrorCallbackSized[2][2];
 485   Function *AsanMemoryAccessCallbackSized[2][2];
 486   Function *AsanMemmove, *AsanMemcpy, *AsanMemset;
 487   InlineAsm *EmptyAsm;
 488   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 489   DenseMap<AllocaInst *, bool> ProcessedAllocas;
 490
 491   friend struct FunctionStackPoisoner;
 492 };
 493
 494 class AddressSanitizerModule : public ModulePass {
 495  public:
 496   explicit AddressSanitizerModule(bool CompileKernel = false)
 497       : ModulePass(ID), CompileKernel(CompileKernel || ClEnableKasan) {}
 498   bool runOnModule(Module &M) override;
 499   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 500   const char *getPassName() const override { return "AddressSanitizerModule"; }
 501
 502  private:
 503   void initializeCallbacks(Module &M);
 504
 505   bool InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M);
 506   bool ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G);
 507   void poisonOneInitializer(Function &GlobalInit, GlobalValue *ModuleName);
 508   void createInitializerPoisonCalls(Module &M, GlobalValue *ModuleName);
 509   size_t MinRedzoneSizeForGlobal() const {
 510     return RedzoneSizeForScale(Mapping.Scale);
 511   }
 512
 513   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 514   bool CompileKernel;
 515   Type *IntptrTy;
 516   LLVMContext *C;
 517   Triple TargetTriple;
 518   ShadowMapping Mapping;
 519   Function *AsanPoisonGlobals;
 520   Function *AsanUnpoisonGlobals;
 521   Function *AsanRegisterGlobals;
 522   Function *AsanUnregisterGlobals;
 523 };
 524
 525 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
 526 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
 527 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
 528 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
 529 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
 530 // actual function which catches the exception. Most likely because the
 531 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
 532 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
 533 // It sounds like an LLVM bug.
 534 struct FunctionStackPoisoner : public InstVisitor<FunctionStackPoisoner> {
 535   Function &F;
 536   AddressSanitizer &ASan;
 537   DIBuilder DIB;
 538   LLVMContext *C;
 539   Type *IntptrTy;
 540   Type *IntptrPtrTy;
 541   ShadowMapping Mapping;
 542
 543   SmallVector<AllocaInst *, 16> AllocaVec;
 544   SmallSetVector<AllocaInst *, 16> NonInstrumentedStaticAllocaVec;
 545   SmallVector<Instruction *, 8> RetVec;
 546   unsigned StackAlignment;
 547
 548   Function *AsanStackMallocFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1],
 549       *AsanStackFreeFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1];
 550   Function *AsanPoisonStackMemoryFunc, *AsanUnpoisonStackMemoryFunc;
 551   Function *AsanAllocaPoisonFunc, *AsanAllocasUnpoisonFunc;
 552
 553   // Stores a place and arguments of poisoning/unpoisoning call for alloca.
 554   struct AllocaPoisonCall {
 555     IntrinsicInst *InsBefore;
 556     AllocaInst *AI;
 557     uint64_t Size;
 558     bool DoPoison;
 559   };
 560   SmallVector<AllocaPoisonCall, 8> AllocaPoisonCallVec;
 561
 562   SmallVector<AllocaInst *, 1> DynamicAllocaVec;
 563   SmallVector<IntrinsicInst *, 1> StackRestoreVec;
 564   AllocaInst *DynamicAllocaLayout = nullptr;
 565   IntrinsicInst *LocalEscapeCall = nullptr;
 566
 567   // Maps Value to an AllocaInst from which the Value is originated.
 568   typedef DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaForValueMapTy;
 569   AllocaForValueMapTy AllocaForValue;
 570
 571   bool HasNonEmptyInlineAsm = false;
 572   bool HasReturnsTwiceCall = false;
 573   std::unique_ptr<CallInst> EmptyInlineAsm;
 574
 575   FunctionStackPoisoner(Function &F, AddressSanitizer &ASan)
 576       : F(F),
 577         ASan(ASan),
 578         DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false),
 579         C(ASan.C),
 580         IntptrTy(ASan.IntptrTy),
 581         IntptrPtrTy(PointerType::get(IntptrTy, 0)),
 582         Mapping(ASan.Mapping),
 583         StackAlignment(1 << Mapping.Scale),
 584         EmptyInlineAsm(CallInst::Create(ASan.EmptyAsm)) {}
 585
 586   bool runOnFunction() {
 587     if (!ClStack) return false;
 588     // Collect alloca, ret, lifetime instructions etc.
 589     for (BasicBlock *BB : depth_first(&F.getEntryBlock())) visit(*BB);
 590
 591     if (AllocaVec.empty() && DynamicAllocaVec.empty()) return false;
 592
 593     initializeCallbacks(*F.getParent());
 594
 595     poisonStack();
 596
 597     if (ClDebugStack) {
 598       DEBUG(dbgs() << F);
 599     }
 600     return true;
 601   }
 602
 603   // Finds all Alloca instructions and puts
 604   // poisoned red zones around all of them.
 605   // Then unpoison everything back before the function returns.
 606   void poisonStack();
 607
 608   void createDynamicAllocasInitStorage();
 609
 610   // ----------------------- Visitors.
 611   /// \brief Collect all Ret instructions.
 612   void visitReturnInst(ReturnInst &RI) { RetVec.push_back(&RI); }
 613
 614   void unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(Instruction *InstBefore,
 615                                         Value *SavedStack) {
 616     IRBuilder<> IRB(InstBefore);
 617     IRB.CreateCall(AsanAllocasUnpoisonFunc,
 618                    {IRB.CreateLoad(DynamicAllocaLayout),
 619                     IRB.CreatePtrToInt(SavedStack, IntptrTy)});
 620   }
 621
 622   // Unpoison dynamic allocas redzones.
 623   void unpoisonDynamicAllocas() {
 624     for (auto &Ret : RetVec)
 625       unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(Ret, DynamicAllocaLayout);
 626
 627     for (auto &StackRestoreInst : StackRestoreVec)
 628       unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(StackRestoreInst,
 629                                        StackRestoreInst->getOperand(0));
 630   }
 631
 632   // Deploy and poison redzones around dynamic alloca call. To do this, we
 633   // should replace this call with another one with changed parameters and
 634   // replace all its uses with new address, so
 635   //   addr = alloca type, old_size, align
 636   // is replaced by
 637   //   new_size = (old_size + additional_size) * sizeof(type)
 638   //   tmp = alloca i8, new_size, max(align, 32)
 639   //   addr = tmp + 32 (first 32 bytes are for the left redzone).
 640   // Additional_size is added to make new memory allocation contain not only
 641   // requested memory, but also left, partial and right redzones.
 642   void handleDynamicAllocaCall(AllocaInst *AI);
 643
 644   /// \brief Collect Alloca instructions we want (and can) handle.
 645   void visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
 646     if (!ASan.isInterestingAlloca(AI)) {
 647       if (AI.isStaticAlloca()) NonInstrumentedStaticAllocaVec.insert(&AI);
 648       return;
 649     }
 650
 651     StackAlignment = std::max(StackAlignment, AI.getAlignment());
 652     if (ASan.isDynamicAlloca(AI))
 653       DynamicAllocaVec.push_back(&AI);
 654     else
 655       AllocaVec.push_back(&AI);
 656   }
 657
 658   /// \brief Collect lifetime intrinsic calls to check for use-after-scope
 659   /// errors.
 660   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
 661     Intrinsic::ID ID = II.getIntrinsicID();
 662     if (ID == Intrinsic::stackrestore) StackRestoreVec.push_back(&II);
 663     if (ID == Intrinsic::localescape) LocalEscapeCall = &II;
 664     if (!ClCheckLifetime) return;
 665     if (ID != Intrinsic::lifetime_start && ID != Intrinsic::lifetime_end)
 666       return;
 667     // Found lifetime intrinsic, add ASan instrumentation if necessary.
 668     ConstantInt *Size = dyn_cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
 669     // If size argument is undefined, don't do anything.
 670     if (Size->isMinusOne()) return;
 671     // Check that size doesn't saturate uint64_t and can
 672     // be stored in IntptrTy.
 673     const uint64_t SizeValue = Size->getValue().getLimitedValue();
 674     if (SizeValue == ~0ULL ||
 675         !ConstantInt::isValueValidForType(IntptrTy, SizeValue))
 676       return;
 677     // Find alloca instruction that corresponds to llvm.lifetime argument.
 678     AllocaInst *AI = findAllocaForValue(II.getArgOperand(1));
 679     if (!AI) return;
 680     bool DoPoison = (ID == Intrinsic::lifetime_end);
 681     AllocaPoisonCall APC = {&II, AI, SizeValue, DoPoison};
 682     AllocaPoisonCallVec.push_back(APC);
 683   }
 684
 685   void visitCallSite(CallSite CS) {
 686     Instruction *I = CS.getInstruction();
 687     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
 688       HasNonEmptyInlineAsm |=
 689           CI->isInlineAsm() && !CI->isIdenticalTo(EmptyInlineAsm.get());
 690       HasReturnsTwiceCall |= CI->canReturnTwice();
 691     }
 692   }
 693
 694   // ---------------------- Helpers.
 695   void initializeCallbacks(Module &M);
 696
 697   bool doesDominateAllExits(const Instruction *I) const {
 698     for (auto Ret : RetVec) {
 699       if (!ASan.getDominatorTree().dominates(I, Ret)) return false;
 700     }
 701     return true;
 702   }
 703
 704   /// Finds alloca where the value comes from.
 705   AllocaInst *findAllocaForValue(Value *V);
 706   void poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes, IRBuilder<> &IRB,
 707                       Value *ShadowBase, bool DoPoison);
 708   void poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size, IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison);
 709
 710   void SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
 711                                           int Size);
 712   Value *createAllocaForLayout(IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L,
 713                                bool Dynamic);
 714   PHINode *createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond, Value *ValueIfTrue,
 715                      Instruction *ThenTerm, Value *ValueIfFalse);
 716 };
 717
 718 }  // namespace
 719
 720 char AddressSanitizer::ID = 0;
 721 INITIALIZE_PASS_BEGIN(
 722     AddressSanitizer, "asan",
 723     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.", false,
 724     false)
 725 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 726 INITIALIZE_PASS_END(
 727     AddressSanitizer, "asan",
 728     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.", false,
 729     false)
 730 FunctionPass *llvm::createAddressSanitizerFunctionPass(bool CompileKernel) {
 731   return new AddressSanitizer(CompileKernel);
 732 }
 733
 734 char AddressSanitizerModule::ID = 0;
 735 INITIALIZE_PASS(
 736     AddressSanitizerModule, "asan-module",
 737     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs."
 738     "ModulePass",
 739     false, false)
 740 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerModulePass(bool CompileKernel) {
 741   return new AddressSanitizerModule(CompileKernel);
 742 }
 743
 744 static size_t TypeSizeToSizeIndex(uint32_t TypeSize) {
 745   size_t Res = countTrailingZeros(TypeSize / 8);
 746   assert(Res < kNumberOfAccessSizes);
 747   return Res;
 748 }
 749
 750 // \brief Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
 751 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(Module &M, StringRef Str,
 752                                                     bool AllowMerging) {
 753   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
 754   // We use private linkage for module-local strings. If they can be merged
 755   // with another one, we set the unnamed_addr attribute.
 756   GlobalVariable *GV =
 757       new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
 758                          GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, kAsanGenPrefix);
 759   if (AllowMerging) GV->setUnnamedAddr(true);
 760   GV->setAlignment(1);  // Strings may not be merged w/o setting align 1.
 761   return GV;
 762 }
 763
 764 /// \brief Create a global describing a source location.
 765 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForSourceLoc(Module &M,
 766                                                        LocationMetadata MD) {
 767   Constant *LocData[] = {
 768       createPrivateGlobalForString(M, MD.Filename, true),
 769       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.LineNo),
 770       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.ColumnNo),
 771   };
 772   auto LocStruct = ConstantStruct::getAnon(LocData);
 773   auto GV = new GlobalVariable(M, LocStruct->getType(), true,
 774                                GlobalValue::PrivateLinkage, LocStruct,
 775                                kAsanGenPrefix);
 776   GV->setUnnamedAddr(true);
 777   return GV;
 778 }
 779
 780 static bool GlobalWasGeneratedByAsan(GlobalVariable *G) {
 781   return G->getName().find(kAsanGenPrefix) == 0 ||
 782          G->getName().find(kSanCovGenPrefix) == 0;
 783 }
 784
 785 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
 786   // Shadow >> scale
 787   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, Mapping.Scale);
 788   if (Mapping.Offset == 0) return Shadow;
 789   // (Shadow >> scale) | offset
 790   if (Mapping.OrShadowOffset)
 791     return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 792   else
 793     return IRB.CreateAdd(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 794 }
 795
 796 // Instrument memset/memmove/memcpy
 797 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
 798   IRBuilder<> IRB(MI);
 799   if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 800     IRB.CreateCall(
 801         isa<MemMoveInst>(MI) ? AsanMemmove : AsanMemcpy,
 802         {IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 803          IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt8PtrTy()),
 804          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false)});
 805   } else if (isa<MemSetInst>(MI)) {
 806     IRB.CreateCall(
 807         AsanMemset,
 808         {IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 809          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt32Ty(), false),
 810          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false)});
 811   }
 812   MI->eraseFromParent();
 813 }
 814
 815 /// Check if we want (and can) handle this alloca.
 816 bool AddressSanitizer::isInterestingAlloca(AllocaInst &AI) {
 817   auto PreviouslySeenAllocaInfo = ProcessedAllocas.find(&AI);
 818
 819   if (PreviouslySeenAllocaInfo != ProcessedAllocas.end())
 820     return PreviouslySeenAllocaInfo->getSecond();
 821
 822   bool IsInteresting =
 823       (AI.getAllocatedType()->isSized() &&
 824        // alloca() may be called with 0 size, ignore it.
 825        getAllocaSizeInBytes(&AI) > 0 &&
 826        // We are only interested in allocas not promotable to registers.
 827        // Promotable allocas are common under -O0.
 828        (!ClSkipPromotableAllocas || !isAllocaPromotable(&AI) ||
 829         isDynamicAlloca(AI)));
 830
 831   ProcessedAllocas[&AI] = IsInteresting;
 832   return IsInteresting;
 833 }
 834
 835 /// If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
 836 /// and set IsWrite/Alignment. Otherwise return nullptr.
 837 Value *AddressSanitizer::isInterestingMemoryAccess(Instruction *I,
 838                                                    bool *IsWrite,
 839                                                    uint64_t *TypeSize,
 840                                                    unsigned *Alignment) {
 841   // Skip memory accesses inserted by another instrumentation.
 842   if (I->getMetadata("nosanitize")) return nullptr;
 843
 844   Value *PtrOperand = nullptr;
 845   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
 846   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 847     if (!ClInstrumentReads) return nullptr;
 848     *IsWrite = false;
 849     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(LI->getType());
 850     *Alignment = LI->getAlignment();
 851     PtrOperand = LI->getPointerOperand();
 852   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 853     if (!ClInstrumentWrites) return nullptr;
 854     *IsWrite = true;
 855     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(SI->getValueOperand()->getType());
 856     *Alignment = SI->getAlignment();
 857     PtrOperand = SI->getPointerOperand();
 858   } else if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
 859     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 860     *IsWrite = true;
 861     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(RMW->getValOperand()->getType());
 862     *Alignment = 0;
 863     PtrOperand = RMW->getPointerOperand();
 864   } else if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
 865     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 866     *IsWrite = true;
 867     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(XCHG->getCompareOperand()->getType());
 868     *Alignment = 0;
 869     PtrOperand = XCHG->getPointerOperand();
 870   }
 871
 872   // Treat memory accesses to promotable allocas as non-interesting since they
 873   // will not cause memory violations. This greatly speeds up the instrumented
 874   // executable at -O0.
 875   if (ClSkipPromotableAllocas)
 876     if (auto AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(PtrOperand))
 877       return isInterestingAlloca(*AI) ? AI : nullptr;
 878
 879   return PtrOperand;
 880 }
 881
 882 static bool isPointerOperand(Value *V) {
 883   return V->getType()->isPointerTy() || isa<PtrToIntInst>(V);
 884 }
 885
 886 // This is a rough heuristic; it may cause both false positives and
 887 // false negatives. The proper implementation requires cooperation with
 888 // the frontend.
 889 static bool isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I) {
 890   if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
 891     if (!Cmp->isRelational()) return false;
 892   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
 893     if (BO->getOpcode() != Instruction::Sub) return false;
 894   } else {
 895     return false;
 896   }
 897   if (!isPointerOperand(I->getOperand(0)) ||
 898       !isPointerOperand(I->getOperand(1)))
 899     return false;
 900   return true;
 901 }
 902
 903 bool AddressSanitizer::GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G) {
 904   // If a global variable does not have dynamic initialization we don't
 905   // have to instrument it.  However, if a global does not have initializer
 906   // at all, we assume it has dynamic initializer (in other TU).
 907   return G->hasInitializer() && !GlobalsMD.get(G).IsDynInit;
 908 }
 909
 910 void AddressSanitizer::instrumentPointerComparisonOrSubtraction(
 911     Instruction *I) {
 912   IRBuilder<> IRB(I);
 913   Function *F = isa<ICmpInst>(I) ? AsanPtrCmpFunction : AsanPtrSubFunction;
 914   Value *Param[2] = {I->getOperand(0), I->getOperand(1)};
 915   for (int i = 0; i < 2; i++) {
 916     if (Param[i]->getType()->isPointerTy())
 917       Param[i] = IRB.CreatePointerCast(Param[i], IntptrTy);
 918   }
 919   IRB.CreateCall(F, Param);
 920 }
 921
 922 void AddressSanitizer::instrumentMop(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis,
 923                                      Instruction *I, bool UseCalls,
 924                                      const DataLayout &DL) {
 925   bool IsWrite = false;
 926   unsigned Alignment = 0;
 927   uint64_t TypeSize = 0;
 928   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite, &TypeSize, &Alignment);
 929   assert(Addr);
 930
 931   // Optimization experiments.
 932   // The experiments can be used to evaluate potential optimizations that remove
 933   // instrumentation (assess false negatives). Instead of completely removing
 934   // some instrumentation, you set Exp to a non-zero value (mask of optimization
 935   // experiments that want to remove instrumentation of this instruction).
 936   // If Exp is non-zero, this pass will emit special calls into runtime
 937   // (e.g. __asan_report_exp_load1 instead of __asan_report_load1). These calls
 938   // make runtime terminate the program in a special way (with a different
 939   // exit status). Then you run the new compiler on a buggy corpus, collect
 940   // the special terminations (ideally, you don't see them at all -- no false
 941   // negatives) and make the decision on the optimization.
 942   uint32_t Exp = ClForceExperiment;
 943
 944   if (ClOpt && ClOptGlobals) {
 945     // If initialization order checking is disabled, a simple access to a
 946     // dynamically initialized global is always valid.
 947     GlobalVariable *G = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Addr, DL));
 948     if (G != NULL && (!ClInitializers || GlobalIsLinkerInitialized(G)) &&
 949         isSafeAccess(ObjSizeVis, Addr, TypeSize)) {
 950       NumOptimizedAccessesToGlobalVar++;
 951       return;
 952     }
 953   }
 954
 955   if (ClOpt && ClOptStack) {
 956     // A direct inbounds access to a stack variable is always valid.
 957     if (isa<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Addr, DL)) &&
 958         isSafeAccess(ObjSizeVis, Addr, TypeSize)) {
 959       NumOptimizedAccessesToStackVar++;
 960       return;
 961     }
 962   }
 963
 964   if (IsWrite)
 965     NumInstrumentedWrites++;
 966   else
 967     NumInstrumentedReads++;
 968
 969   unsigned Granularity = 1 << Mapping.Scale;
 970   // Instrument a 1-, 2-, 4-, 8-, or 16- byte access with one check
 971   // if the data is properly aligned.
 972   if ((TypeSize == 8 || TypeSize == 16 || TypeSize == 32 || TypeSize == 64 ||
 973        TypeSize == 128) &&
 974       (Alignment >= Granularity || Alignment == 0 || Alignment >= TypeSize / 8))
 975     return instrumentAddress(I, I, Addr, TypeSize, IsWrite, nullptr, UseCalls,
 976                              Exp);
 977   instrumentUnusualSizeOrAlignment(I, Addr, TypeSize, IsWrite, nullptr,
 978                                    UseCalls, Exp);
 979 }
 980
 981 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(Instruction *InsertBefore,
 982                                                  Value *Addr, bool IsWrite,
 983                                                  size_t AccessSizeIndex,
 984                                                  Value *SizeArgument,
 985                                                  uint32_t Exp) {
 986   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
 987   Value *ExpVal = Exp == 0 ? nullptr : ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp);
 988   CallInst *Call = nullptr;
 989   if (SizeArgument) {
 990     if (Exp == 0)
 991       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallbackSized[IsWrite][0],
 992                             {Addr, SizeArgument});
 993     else
 994       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallbackSized[IsWrite][1],
 995                             {Addr, SizeArgument, ExpVal});
 996   } else {
 997     if (Exp == 0)
 998       Call =
 999           IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][0][AccessSizeIndex], Addr);
1000     else
1001       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][1][AccessSizeIndex],
1002                             {Addr, ExpVal});
1003   }
1004
1005   // We don't do Call->setDoesNotReturn() because the BB already has
1006   // UnreachableInst at the end.
1007   // This EmptyAsm is required to avoid callback merge.
1008   IRB.CreateCall(EmptyAsm, {});
1009   return Call;
1010 }
1011
1012 Value *AddressSanitizer::createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
1013                                            Value *ShadowValue,
1014                                            uint32_t TypeSize) {
1015   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
1016   // Addr & (Granularity - 1)
1017   Value *LastAccessedByte =
1018       IRB.CreateAnd(AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
1019   // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
1020   if (TypeSize / 8 > 1)
1021     LastAccessedByte = IRB.CreateAdd(
1022         LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
1023   // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
1024   LastAccessedByte =
1025       IRB.CreateIntCast(LastAccessedByte, ShadowValue->getType(), false);
1026   // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
1027   return IRB.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
1028 }
1029
1030 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
1031                                          Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
1032                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
1033                                          Value *SizeArgument, bool UseCalls,
1034                                          uint32_t Exp) {
1035   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
1036   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
1037   size_t AccessSizeIndex = TypeSizeToSizeIndex(TypeSize);
1038
1039   if (UseCalls) {
1040     if (Exp == 0)
1041       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallback[IsWrite][0][AccessSizeIndex],
1042                      AddrLong);
1043     else
1044       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallback[IsWrite][1][AccessSizeIndex],
1045                      {AddrLong, ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp)});
1046     return;
1047   }
1048
1049   Type *ShadowTy =
1050       IntegerType::get(*C, std::max(8U, TypeSize >> Mapping.Scale));
1051   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
1052   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
1053   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
1054   Value *ShadowValue =
1055       IRB.CreateLoad(IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
1056
1057   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
1058   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
1059   TerminatorInst *CrashTerm = nullptr;
1060
1061   if (ClAlwaysSlowPath || (TypeSize < 8 * Granularity)) {
1062     // We use branch weights for the slow path check, to indicate that the slow
1063     // path is rarely taken. This seems to be the case for SPEC benchmarks.
1064     TerminatorInst *CheckTerm = SplitBlockAndInsertIfThen(
1065         Cmp, InsertBefore, false, MDBuilder(*C).createBranchWeights(1, 100000));
1066     assert(cast<BranchInst>(CheckTerm)->isUnconditional());
1067     BasicBlock *NextBB = CheckTerm->getSuccessor(0);
1068     IRB.SetInsertPoint(CheckTerm);
1069     Value *Cmp2 = createSlowPathCmp(IRB, AddrLong, ShadowValue, TypeSize);
1070     BasicBlock *CrashBlock =
1071         BasicBlock::Create(*C, "", NextBB->getParent(), NextBB);
1072     CrashTerm = new UnreachableInst(*C, CrashBlock);
1073     BranchInst *NewTerm = BranchInst::Create(CrashBlock, NextBB, Cmp2);
1074     ReplaceInstWithInst(CheckTerm, NewTerm);
1075   } else {
1076     CrashTerm = SplitBlockAndInsertIfThen(Cmp, InsertBefore, true);
1077   }
1078
1079   Instruction *Crash = generateCrashCode(CrashTerm, AddrLong, IsWrite,
1080                                          AccessSizeIndex, SizeArgument, Exp);
1081   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
1082 }
1083
1084 // Instrument unusual size or unusual alignment.
1085 // We can not do it with a single check, so we do 1-byte check for the first
1086 // and the last bytes. We call __asan_report_*_n(addr, real_size) to be able
1087 // to report the actual access size.
1088 void AddressSanitizer::instrumentUnusualSizeOrAlignment(
1089     Instruction *I, Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
1090     Value *SizeArgument, bool UseCalls, uint32_t Exp) {
1091   IRBuilder<> IRB(I);
1092   Value *Size = ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8);
1093   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
1094   if (UseCalls) {
1095     if (Exp == 0)
1096       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallbackSized[IsWrite][0],
1097                      {AddrLong, Size});
1098     else
1099       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallbackSized[IsWrite][1],
1100                      {AddrLong, Size, ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp)});
1101   } else {
1102     Value *LastByte = IRB.CreateIntToPtr(
1103         IRB.CreateAdd(AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1)),
1104         Addr->getType());
1105     instrumentAddress(I, I, Addr, 8, IsWrite, Size, false, Exp);
1106     instrumentAddress(I, I, LastByte, 8, IsWrite, Size, false, Exp);
1107   }
1108 }
1109
1110 void AddressSanitizerModule::poisonOneInitializer(Function &GlobalInit,
1111                                                   GlobalValue *ModuleName) {
1112   // Set up the arguments to our poison/unpoison functions.
1113   IRBuilder<> IRB(GlobalInit.begin()->getFirstInsertionPt());
1114
1115   // Add a call to poison all external globals before the given function starts.
1116   Value *ModuleNameAddr = ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy);
1117   IRB.CreateCall(AsanPoisonGlobals, ModuleNameAddr);
1118
1119   // Add calls to unpoison all globals before each return instruction.
1120   for (auto &BB : GlobalInit.getBasicBlockList())
1121     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB.getTerminator()))
1122       CallInst::Create(AsanUnpoisonGlobals, "", RI);
1123 }
1124
1125 void AddressSanitizerModule::createInitializerPoisonCalls(
1126     Module &M, GlobalValue *ModuleName) {
1127   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1128
1129   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1130   for (Use &OP : CA->operands()) {
1131     if (isa<ConstantAggregateZero>(OP)) continue;
1132     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(OP);
1133
1134     // Must have a function or null ptr.
1135     if (Function *F = dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1))) {
1136       if (F->getName() == kAsanModuleCtorName) continue;
1137       ConstantInt *Priority = dyn_cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1138       // Don't instrument CTORs that will run before asan.module_ctor.
1139       if (Priority->getLimitedValue() <= kAsanCtorAndDtorPriority) continue;
1140       poisonOneInitializer(*F, ModuleName);
1141     }
1142   }
1143 }
1144
1145 bool AddressSanitizerModule::ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G) {
1146   Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
1147   DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G << "\n");
1148
1149   if (GlobalsMD.get(G).IsBlacklisted) return false;
1150   if (!Ty->isSized()) return false;
1151   if (!G->hasInitializer()) return false;
1152   if (GlobalWasGeneratedByAsan(G)) return false;  // Our own global.
1153   // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
1154   // Don't handle ODR linkage types and COMDATs since other modules may be built
1155   // without ASan.
1156   if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
1157       G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
1158       G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
1159     return false;
1160   if (G->hasComdat()) return false;
1161   // Two problems with thread-locals:
1162   //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
1163   //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
1164   if (G->isThreadLocal()) return false;
1165   // For now, just ignore this Global if the alignment is large.
1166   if (G->getAlignment() > MinRedzoneSizeForGlobal()) return false;
1167
1168   if (G->hasSection()) {
1169     StringRef Section(G->getSection());
1170
1171     // Globals from llvm.metadata aren't emitted, do not instrument them.
1172     if (Section == "llvm.metadata") return false;
1173     // Do not instrument globals from special LLVM sections.
1174     if (Section.find("__llvm") != StringRef::npos) return false;
1175
1176     // Callbacks put into the CRT initializer/terminator sections
1177     // should not be instrumented.
1178     // See https://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=305
1179     // and http://msdn.microsoft.com/en-US/en-en/library/bb918180(v=vs.120).aspx
1180     if (Section.startswith(".CRT")) {
1181       DEBUG(dbgs() << "Ignoring a global initializer callback: " << *G << "\n");
1182       return false;
1183     }
1184
1185     if (TargetTriple.isOSBinFormatMachO()) {
1186       StringRef ParsedSegment, ParsedSection;
1187       unsigned TAA = 0, StubSize = 0;
1188       bool TAAParsed;
1189       std::string ErrorCode = MCSectionMachO::ParseSectionSpecifier(
1190           Section, ParsedSegment, ParsedSection, TAA, TAAParsed, StubSize);
1191       if (!ErrorCode.empty()) {
1192         assert(false && "Invalid section specifier.");
1193         return false;
1194       }
1195
1196       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
1197       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
1198       // them.
1199       if (ParsedSegment == "__OBJC" ||
1200           (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection.startswith("__objc_"))) {
1201         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G << "\n");
1202         return false;
1203       }
1204       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
1205       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
1206       //  -- the string buffer is emitted into
1207       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
1208       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
1209       //     is placed into __DATA,__cfstring
1210       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
1211       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
1212       if (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection == "__cfstring") {
1213         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G << "\n");
1214         return false;
1215       }
1216       // The linker merges the contents of cstring_literals and removes the
1217       // trailing zeroes.
1218       if (ParsedSegment == "__TEXT" && (TAA & MachO::S_CSTRING_LITERALS)) {
1219         DEBUG(dbgs() << "Ignoring a cstring literal: " << *G << "\n");
1220         return false;
1221       }
1222     }
1223   }
1224
1225   return true;
1226 }
1227
1228 void AddressSanitizerModule::initializeCallbacks(Module &M) {
1229   IRBuilder<> IRB(*C);
1230   // Declare our poisoning and unpoisoning functions.
1231   AsanPoisonGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1232       kAsanPoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, nullptr));
1233   AsanPoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1234   AsanUnpoisonGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1235       kAsanUnpoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1236   AsanUnpoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1237   // Declare functions that register/unregister globals.
1238   AsanRegisterGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1239       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1240   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1241   AsanUnregisterGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(
1242       M.getOrInsertFunction(kAsanUnregisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(),
1243                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1244   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1245 }
1246
1247 // This function replaces all global variables with new variables that have
1248 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
1249 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
1250 bool AddressSanitizerModule::InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M) {
1251   GlobalsMD.init(M);
1252
1253   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
1254
1255   for (auto &G : M.globals()) {
1256     if (ShouldInstrumentGlobal(&G)) GlobalsToChange.push_back(&G);
1257   }
1258
1259   size_t n = GlobalsToChange.size();
1260   if (n == 0) return false;
1261
1262   // A global is described by a structure
1263   //   size_t beg;
1264   //   size_t size;
1265   //   size_t size_with_redzone;
1266   //   const char *name;
1267   //   const char *module_name;
1268   //   size_t has_dynamic_init;
1269   //   void *source_location;
1270   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
1271   StructType *GlobalStructTy =
1272       StructType::get(IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy,
1273                       IntptrTy, IntptrTy, nullptr);
1274   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
1275
1276   bool HasDynamicallyInitializedGlobals = false;
1277
1278   // We shouldn't merge same module names, as this string serves as unique
1279   // module ID in runtime.
1280   GlobalVariable *ModuleName = createPrivateGlobalForString(
1281       M, M.getModuleIdentifier(), /*AllowMerging*/ false);
1282
1283   auto &DL = M.getDataLayout();
1284   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
1285     static const uint64_t kMaxGlobalRedzone = 1 << 18;
1286     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
1287
1288     auto MD = GlobalsMD.get(G);
1289     // Create string holding the global name (use global name from metadata
1290     // if it's available, otherwise just write the name of global variable).
1291     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(
1292         M, MD.Name.empty() ? G->getName() : MD.Name,
1293         /*AllowMerging*/ true);
1294
1295     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
1296     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1297     uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1298     uint64_t MinRZ = MinRedzoneSizeForGlobal();
1299     // MinRZ <= RZ <= kMaxGlobalRedzone
1300     // and trying to make RZ to be ~ 1/4 of SizeInBytes.
1301     uint64_t RZ = std::max(
1302         MinRZ, std::min(kMaxGlobalRedzone, (SizeInBytes / MinRZ / 4) * MinRZ));
1303     uint64_t RightRedzoneSize = RZ;
1304     // Round up to MinRZ
1305     if (SizeInBytes % MinRZ) RightRedzoneSize += MinRZ - (SizeInBytes % MinRZ);
1306     assert(((RightRedzoneSize + SizeInBytes) % MinRZ) == 0);
1307     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
1308
1309     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, nullptr);
1310     Constant *NewInitializer =
1311         ConstantStruct::get(NewTy, G->getInitializer(),
1312                             Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), nullptr);
1313
1314     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
1315     GlobalValue::LinkageTypes Linkage = G->getLinkage();
1316     if (G->isConstant() && Linkage == GlobalValue::PrivateLinkage)
1317       Linkage = GlobalValue::InternalLinkage;
1318     GlobalVariable *NewGlobal =
1319         new GlobalVariable(M, NewTy, G->isConstant(), Linkage, NewInitializer,
1320                            "", G, G->getThreadLocalMode());
1321     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
1322     NewGlobal->setAlignment(MinRZ);
1323
1324     Value *Indices2[2];
1325     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
1326     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
1327
1328     G->replaceAllUsesWith(
1329         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewTy, NewGlobal, Indices2, true));
1330     NewGlobal->takeName(G);
1331     G->eraseFromParent();
1332
1333     Constant *SourceLoc;
1334     if (!MD.SourceLoc.empty()) {
1335       auto SourceLocGlobal = createPrivateGlobalForSourceLoc(M, MD.SourceLoc);
1336       SourceLoc = ConstantExpr::getPointerCast(SourceLocGlobal, IntptrTy);
1337     } else {
1338       SourceLoc = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1339     }
1340
1341     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
1342         GlobalStructTy, ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
1343         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
1344         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
1345         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
1346         ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy),
1347         ConstantInt::get(IntptrTy, MD.IsDynInit), SourceLoc, nullptr);
1348
1349     if (ClInitializers && MD.IsDynInit) HasDynamicallyInitializedGlobals = true;
1350
1351     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL: " << *NewGlobal << "\n");
1352   }
1353
1354   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
1355   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
1356       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::InternalLinkage,
1357       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
1358
1359   // Create calls for poisoning before initializers run and unpoisoning after.
1360   if (HasDynamicallyInitializedGlobals)
1361     createInitializerPoisonCalls(M, ModuleName);
1362   IRB.CreateCall(AsanRegisterGlobals,
1363                  {IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1364                   ConstantInt::get(IntptrTy, n)});
1365
1366   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
1367   // gets closed.
1368   Function *AsanDtorFunction =
1369       Function::Create(FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
1370                        GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
1371   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
1372   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
1373   IRB_Dtor.CreateCall(AsanUnregisterGlobals,
1374                       {IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1375                        ConstantInt::get(IntptrTy, n)});
1376   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1377
1378   DEBUG(dbgs() << M);
1379   return true;
1380 }
1381
1382 bool AddressSanitizerModule::runOnModule(Module &M) {
1383   C = &(M.getContext());
1384   int LongSize = M.getDataLayout().getPointerSizeInBits();
1385   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1386   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1387   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize, CompileKernel);
1388   initializeCallbacks(M);
1389
1390   bool Changed = false;
1391
1392   // TODO(glider): temporarily disabled globals instrumentation for KASan.
1393   if (ClGlobals && !CompileKernel) {
1394     Function *CtorFunc = M.getFunction(kAsanModuleCtorName);
1395     assert(CtorFunc);
1396     IRBuilder<> IRB(CtorFunc->getEntryBlock().getTerminator());
1397     Changed |= InstrumentGlobals(IRB, M);
1398   }
1399
1400   return Changed;
1401 }
1402
1403 void AddressSanitizer::initializeCallbacks(Module &M) {
1404   IRBuilder<> IRB(*C);
1405   // Create __asan_report* callbacks.
1406   // IsWrite, TypeSize and Exp are encoded in the function name.
1407   for (int Exp = 0; Exp < 2; Exp++) {
1408     for (size_t AccessIsWrite = 0; AccessIsWrite <= 1; AccessIsWrite++) {
1409       const std::string TypeStr = AccessIsWrite ? "store" : "load";
1410       const std::string ExpStr = Exp ? "exp_" : "";
1411       const std::string SuffixStr = CompileKernel ? "N" : "_n";
1412       const std::string EndingStr = CompileKernel ? "_noabort" : "";
1413       Type *ExpType = Exp ? Type::getInt32Ty(*C) : nullptr;
1414       // TODO(glider): for KASan builds add _noabort to error reporting
1415       // functions and make them actually noabort (remove the UnreachableInst).
1416       AsanErrorCallbackSized[AccessIsWrite][Exp] =
1417           checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1418               kAsanReportErrorTemplate + ExpStr + TypeStr + SuffixStr,
1419               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, ExpType, nullptr));
1420       AsanMemoryAccessCallbackSized[AccessIsWrite][Exp] =
1421           checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1422               ClMemoryAccessCallbackPrefix + ExpStr + TypeStr + "N" + EndingStr,
1423               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, ExpType, nullptr));
1424       for (size_t AccessSizeIndex = 0; AccessSizeIndex < kNumberOfAccessSizes;
1425            AccessSizeIndex++) {
1426         const std::string Suffix = TypeStr + itostr(1 << AccessSizeIndex);
1427         AsanErrorCallback[AccessIsWrite][Exp][AccessSizeIndex] =
1428             checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1429                 kAsanReportErrorTemplate + ExpStr + Suffix,
1430                 IRB.getVoidTy(), IntptrTy, ExpType, nullptr));
1431         AsanMemoryAccessCallback[AccessIsWrite][Exp][AccessSizeIndex] =
1432             checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1433                 ClMemoryAccessCallbackPrefix + ExpStr + Suffix + EndingStr,
1434                 IRB.getVoidTy(), IntptrTy, ExpType, nullptr));
1435       }
1436     }
1437   }
1438
1439   const std::string MemIntrinCallbackPrefix =
1440       CompileKernel ? std::string("") : ClMemoryAccessCallbackPrefix;
1441   AsanMemmove = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1442       MemIntrinCallbackPrefix + "memmove", IRB.getInt8PtrTy(),
1443       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1444   AsanMemcpy = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1445       MemIntrinCallbackPrefix + "memcpy", IRB.getInt8PtrTy(),
1446       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1447   AsanMemset = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1448       MemIntrinCallbackPrefix + "memset", IRB.getInt8PtrTy(),
1449       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt32Ty(), IntptrTy, nullptr));
1450
1451   AsanHandleNoReturnFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1452       M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1453
1454   AsanPtrCmpFunction = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1455       kAsanPtrCmp, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1456   AsanPtrSubFunction = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1457       kAsanPtrSub, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1458   // We insert an empty inline asm after __asan_report* to avoid callback merge.
1459   EmptyAsm = InlineAsm::get(FunctionType::get(IRB.getVoidTy(), false),
1460                             StringRef(""), StringRef(""),
1461                             /*hasSideEffects=*/true);
1462 }
1463
1464 // virtual
1465 bool AddressSanitizer::doInitialization(Module &M) {
1466   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
1467
1468   GlobalsMD.init(M);
1469
1470   C = &(M.getContext());
1471   LongSize = M.getDataLayout().getPointerSizeInBits();
1472   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1473   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1474
1475   if (!CompileKernel) {
1476     std::tie(AsanCtorFunction, AsanInitFunction) =
1477         createSanitizerCtorAndInitFunctions(
1478             M, kAsanModuleCtorName, kAsanInitName,
1479             /*InitArgTypes=*/{}, /*InitArgs=*/{}, kAsanVersionCheckName);
1480     appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1481   }
1482   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize, CompileKernel);
1483   return true;
1484 }
1485
1486 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
1487   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
1488   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
1489   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
1490   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
1491   // the shadow memory.
1492   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
1493   // instrumented functions.
1494   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
1495     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
1496     IRB.CreateCall(AsanInitFunction, {});
1497     return true;
1498   }
1499   return false;
1500 }
1501
1502 void AddressSanitizer::markEscapedLocalAllocas(Function &F) {
1503   // Find the one possible call to llvm.localescape and pre-mark allocas passed
1504   // to it as uninteresting. This assumes we haven't started processing allocas
1505   // yet. This check is done up front because iterating the use list in
1506   // isInterestingAlloca would be algorithmically slower.
1507   assert(ProcessedAllocas.empty() && "must process localescape before allocas");
1508
1509   // Try to get the declaration of llvm.localescape. If it's not in the module,
1510   // we can exit early.
1511   if (!F.getParent()->getFunction("llvm.localescape")) return;
1512
1513   // Look for a call to llvm.localescape call in the entry block. It can't be in
1514   // any other block.
1515   for (Instruction &I : F.getEntryBlock()) {
1516     IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I);
1517     if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::localescape) {
1518       // We found a call. Mark all the allocas passed in as uninteresting.
1519       for (Value *Arg : II->arg_operands()) {
1520         AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Arg->stripPointerCasts());
1521         assert(AI && AI->isStaticAlloca() &&
1522                "non-static alloca arg to localescape");
1523         ProcessedAllocas[AI] = false;
1524       }
1525       break;
1526     }
1527   }
1528 }
1529
1530 bool AddressSanitizer::runOnFunction(Function &F) {
1531   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
1532   if (F.getLinkage() == GlobalValue::AvailableExternallyLinkage) return false;
1533   DEBUG(dbgs() << "ASAN instrumenting:\n" << F << "\n");
1534   initializeCallbacks(*F.getParent());
1535
1536   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1537
1538   // If needed, insert __asan_init before checking for SanitizeAddress attr.
1539   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
1540
1541   if (!F.hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress)) return false;
1542
1543   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName()) return false;
1544
1545   FunctionStateRAII CleanupObj(this);
1546
1547   // We can't instrument allocas used with llvm.localescape. Only static allocas
1548   // can be passed to that intrinsic.
1549   markEscapedLocalAllocas(F);
1550
1551   // We want to instrument every address only once per basic block (unless there
1552   // are calls between uses).
1553   SmallSet<Value *, 16> TempsToInstrument;
1554   SmallVector<Instruction *, 16> ToInstrument;
1555   SmallVector<Instruction *, 8> NoReturnCalls;
1556   SmallVector<BasicBlock *, 16> AllBlocks;
1557   SmallVector<Instruction *, 16> PointerComparisonsOrSubtracts;
1558   int NumAllocas = 0;
1559   bool IsWrite;
1560   unsigned Alignment;
1561   uint64_t TypeSize;
1562
1563   // Fill the set of memory operations to instrument.
1564   for (auto &BB : F) {
1565     AllBlocks.push_back(&BB);
1566     TempsToInstrument.clear();
1567     int NumInsnsPerBB = 0;
1568     for (auto &Inst : BB) {
1569       if (LooksLikeCodeInBug11395(&Inst)) return false;
1570       if (Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(&Inst, &IsWrite, &TypeSize,
1571                                                   &Alignment)) {
1572         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
1573           if (!TempsToInstrument.insert(Addr).second)
1574             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
1575         }
1576       } else if (ClInvalidPointerPairs &&
1577                  isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(&Inst)) {
1578         PointerComparisonsOrSubtracts.push_back(&Inst);
1579         continue;
1580       } else if (isa<MemIntrinsic>(Inst)) {
1581         // ok, take it.
1582       } else {
1583         if (isa<AllocaInst>(Inst)) NumAllocas++;
1584         CallSite CS(&Inst);
1585         if (CS) {
1586           // A call inside BB.
1587           TempsToInstrument.clear();
1588           if (CS.doesNotReturn()) NoReturnCalls.push_back(CS.getInstruction());
1589         }
1590         continue;
1591       }
1592       ToInstrument.push_back(&Inst);
1593       NumInsnsPerBB++;
1594       if (NumInsnsPerBB >= ClMaxInsnsToInstrumentPerBB) break;
1595     }
1596   }
1597
1598   bool UseCalls =
1599       CompileKernel ||
1600       (ClInstrumentationWithCallsThreshold >= 0 &&
1601        ToInstrument.size() > (unsigned)ClInstrumentationWithCallsThreshold);
1602   const TargetLibraryInfo *TLI =
1603       &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
1604   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
1605   ObjectSizeOffsetVisitor ObjSizeVis(DL, TLI, F.getContext(),
1606                                      /*RoundToAlign=*/true);
1607
1608   // Instrument.
1609   int NumInstrumented = 0;
1610   for (auto Inst : ToInstrument) {
1611     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
1612         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
1613       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite, &TypeSize, &Alignment))
1614         instrumentMop(ObjSizeVis, Inst, UseCalls,
1615                       F.getParent()->getDataLayout());
1616       else
1617         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
1618     }
1619     NumInstrumented++;
1620   }
1621
1622   FunctionStackPoisoner FSP(F, *this);
1623   bool ChangedStack = FSP.runOnFunction();
1624
1625   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
1626   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
1627   for (auto CI : NoReturnCalls) {
1628     IRBuilder<> IRB(CI);
1629     IRB.CreateCall(AsanHandleNoReturnFunc, {});
1630   }
1631
1632   for (auto Inst : PointerComparisonsOrSubtracts) {
1633     instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Inst);
1634     NumInstrumented++;
1635   }
1636
1637   bool res = NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
1638
1639   DEBUG(dbgs() << "ASAN done instrumenting: " << res << " " << F << "\n");
1640
1641   return res;
1642 }
1643
1644 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
1645 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
1646 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
1647 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
1648   if (LongSize != 32) return false;
1649   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1650   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
1651   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
1652   // We have inline assembly with quite a few arguments.
1653   return true;
1654 }
1655
1656 void FunctionStackPoisoner::initializeCallbacks(Module &M) {
1657   IRBuilder<> IRB(*C);
1658   for (int i = 0; i <= kMaxAsanStackMallocSizeClass; i++) {
1659     std::string Suffix = itostr(i);
1660     AsanStackMallocFunc[i] = checkSanitizerInterfaceFunction(
1661         M.getOrInsertFunction(kAsanStackMallocNameTemplate + Suffix, IntptrTy,
1662                               IntptrTy, nullptr));
1663     AsanStackFreeFunc[i] = checkSanitizerInterfaceFunction(
1664         M.getOrInsertFunction(kAsanStackFreeNameTemplate + Suffix,
1665                               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1666   }
1667   AsanPoisonStackMemoryFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1668       M.getOrInsertFunction(kAsanPoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1669                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1670   AsanUnpoisonStackMemoryFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1671       M.getOrInsertFunction(kAsanUnpoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1672                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1673   AsanAllocaPoisonFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1674       kAsanAllocaPoison, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1675   AsanAllocasUnpoisonFunc =
1676       checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1677           kAsanAllocasUnpoison, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1678 }
1679
1680 void FunctionStackPoisoner::poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes,
1681                                            IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
1682                                            bool DoPoison) {
1683   size_t n = ShadowBytes.size();
1684   size_t i = 0;
1685   // We need to (un)poison n bytes of stack shadow. Poison as many as we can
1686   // using 64-bit stores (if we are on 64-bit arch), then poison the rest
1687   // with 32-bit stores, then with 16-byte stores, then with 8-byte stores.
1688   for (size_t LargeStoreSizeInBytes = ASan.LongSize / 8;
1689        LargeStoreSizeInBytes != 0; LargeStoreSizeInBytes /= 2) {
1690     for (; i + LargeStoreSizeInBytes - 1 < n; i += LargeStoreSizeInBytes) {
1691       uint64_t Val = 0;
1692       for (size_t j = 0; j < LargeStoreSizeInBytes; j++) {
1693         if (F.getParent()->getDataLayout().isLittleEndian())
1694           Val |= (uint64_t)ShadowBytes[i + j] << (8 * j);
1695         else
1696           Val = (Val << 8) | ShadowBytes[i + j];
1697       }
1698       if (!Val) continue;
1699       Value *Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1700       Type *StoreTy = Type::getIntNTy(*C, LargeStoreSizeInBytes * 8);
1701       Value *Poison = ConstantInt::get(StoreTy, DoPoison ? Val : 0);
1702       IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, StoreTy->getPointerTo()));
1703     }
1704   }
1705 }
1706
1707 // Fake stack allocator (asan_fake_stack.h) has 11 size classes
1708 // for every power of 2 from kMinStackMallocSize to kMaxAsanStackMallocSizeClass
1709 static int StackMallocSizeClass(uint64_t LocalStackSize) {
1710   assert(LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize);
1711   uint64_t MaxSize = kMinStackMallocSize;
1712   for (int i = 0;; i++, MaxSize *= 2)
1713     if (LocalStackSize <= MaxSize) return i;
1714   llvm_unreachable("impossible LocalStackSize");
1715 }
1716
1717 // Set Size bytes starting from ShadowBase to kAsanStackAfterReturnMagic.
1718 // We can not use MemSet intrinsic because it may end up calling the actual
1719 // memset. Size is a multiple of 8.
1720 // Currently this generates 8-byte stores on x86_64; it may be better to
1721 // generate wider stores.
1722 void FunctionStackPoisoner::SetShadowToStackAfterReturnInlined(
1723     IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase, int Size) {
1724   assert(!(Size % 8));
1725
1726   // kAsanStackAfterReturnMagic is 0xf5.
1727   const uint64_t kAsanStackAfterReturnMagic64 = 0xf5f5f5f5f5f5f5f5ULL;
1728
1729   for (int i = 0; i < Size; i += 8) {
1730     Value *p = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1731     IRB.CreateStore(
1732         ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), kAsanStackAfterReturnMagic64),
1733         IRB.CreateIntToPtr(p, IRB.getInt64Ty()->getPointerTo()));
1734   }
1735 }
1736
1737 PHINode *FunctionStackPoisoner::createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond,
1738                                           Value *ValueIfTrue,
1739                                           Instruction *ThenTerm,
1740                                           Value *ValueIfFalse) {
1741   PHINode *PHI = IRB.CreatePHI(IntptrTy, 2);
1742   BasicBlock *CondBlock = cast<Instruction>(Cond)->getParent();
1743   PHI->addIncoming(ValueIfFalse, CondBlock);
1744   BasicBlock *ThenBlock = ThenTerm->getParent();
1745   PHI->addIncoming(ValueIfTrue, ThenBlock);
1746   return PHI;
1747 }
1748
1749 Value *FunctionStackPoisoner::createAllocaForLayout(
1750     IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L, bool Dynamic) {
1751   AllocaInst *Alloca;
1752   if (Dynamic) {
1753     Alloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(),
1754                               ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), L.FrameSize),
1755                               "MyAlloca");
1756   } else {
1757     Alloca = IRB.CreateAlloca(ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), L.FrameSize),
1758                               nullptr, "MyAlloca");
1759     assert(Alloca->isStaticAlloca());
1760   }
1761   assert((ClRealignStack & (ClRealignStack - 1)) == 0);
1762   size_t FrameAlignment = std::max(L.FrameAlignment, (size_t)ClRealignStack);
1763   Alloca->setAlignment(FrameAlignment);
1764   return IRB.CreatePointerCast(Alloca, IntptrTy);
1765 }
1766
1767 void FunctionStackPoisoner::createDynamicAllocasInitStorage() {
1768   BasicBlock &FirstBB = *F.begin();
1769   IRBuilder<> IRB(dyn_cast<Instruction>(FirstBB.begin()));
1770   DynamicAllocaLayout = IRB.CreateAlloca(IntptrTy, nullptr);
1771   IRB.CreateStore(Constant::getNullValue(IntptrTy), DynamicAllocaLayout);
1772   DynamicAllocaLayout->setAlignment(32);
1773 }
1774
1775 void FunctionStackPoisoner::poisonStack() {
1776   assert(AllocaVec.size() > 0 || DynamicAllocaVec.size() > 0);
1777
1778   if (ClInstrumentAllocas && DynamicAllocaVec.size() > 0) {
1779     // Handle dynamic allocas.
1780     createDynamicAllocasInitStorage();
1781     for (auto &AI : DynamicAllocaVec) handleDynamicAllocaCall(AI);
1782
1783     unpoisonDynamicAllocas();
1784   }
1785
1786   if (AllocaVec.size() == 0) return;
1787
1788   int StackMallocIdx = -1;
1789   DebugLoc EntryDebugLocation;
1790   if (auto SP = getDISubprogram(&F))
1791     EntryDebugLocation = DebugLoc::get(SP->getScopeLine(), 0, SP);
1792
1793   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
1794   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
1795   IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1796
1797   // Make sure non-instrumented allocas stay in the entry block. Otherwise,
1798   // debug info is broken, because only entry-block allocas are treated as
1799   // regular stack slots.
1800   auto InsBeforeB = InsBefore->getParent();
1801   assert(InsBeforeB == &F.getEntryBlock());
1802   for (BasicBlock::iterator I = InsBefore; I != InsBeforeB->end(); ++I)
1803     if (auto *AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(I))
1804       if (NonInstrumentedStaticAllocaVec.count(AI) > 0)
1805         AI->moveBefore(InsBefore);
1806
1807   // If we have a call to llvm.localescape, keep it in the entry block.
1808   if (LocalEscapeCall) LocalEscapeCall->moveBefore(InsBefore);
1809
1810   SmallVector<ASanStackVariableDescription, 16> SVD;
1811   SVD.reserve(AllocaVec.size());
1812   for (AllocaInst *AI : AllocaVec) {
1813     ASanStackVariableDescription D = {AI->getName().data(),
1814                                       ASan.getAllocaSizeInBytes(AI),
1815                                       AI->getAlignment(), AI, 0};
1816     SVD.push_back(D);
1817   }
1818   // Minimal header size (left redzone) is 4 pointers,
1819   // i.e. 32 bytes on 64-bit platforms and 16 bytes in 32-bit platforms.
1820   size_t MinHeaderSize = ASan.LongSize / 2;
1821   ASanStackFrameLayout L;
1822   ComputeASanStackFrameLayout(SVD, 1UL << Mapping.Scale, MinHeaderSize, &L);
1823   DEBUG(dbgs() << L.DescriptionString << " --- " << L.FrameSize << "\n");
1824   uint64_t LocalStackSize = L.FrameSize;
1825   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn && !ASan.CompileKernel &&
1826                        LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
1827   bool DoDynamicAlloca = ClDynamicAllocaStack;
1828   // Don't do dynamic alloca or stack malloc if:
1829   // 1) There is inline asm: too often it makes assumptions on which registers
1830   //    are available.
1831   // 2) There is a returns_twice call (typically setjmp), which is
1832   //    optimization-hostile, and doesn't play well with introduced indirect
1833   //    register-relative calculation of local variable addresses.
1834   DoDynamicAlloca &= !HasNonEmptyInlineAsm && !HasReturnsTwiceCall;
1835   DoStackMalloc &= !HasNonEmptyInlineAsm && !HasReturnsTwiceCall;
1836
1837   Value *StaticAlloca =
1838       DoDynamicAlloca ? nullptr : createAllocaForLayout(IRB, L, false);
1839
1840   Value *FakeStack;
1841   Value *LocalStackBase;
1842
1843   if (DoStackMalloc) {
1844     // void *FakeStack = __asan_option_detect_stack_use_after_return
1845     //     ? __asan_stack_malloc_N(LocalStackSize)
1846     //     : nullptr;
1847     // void *LocalStackBase = (FakeStack) ? FakeStack : alloca(LocalStackSize);
1848     Constant *OptionDetectUAR = F.getParent()->getOrInsertGlobal(
1849         kAsanOptionDetectUAR, IRB.getInt32Ty());
1850     Value *UARIsEnabled =
1851         IRB.CreateICmpNE(IRB.CreateLoad(OptionDetectUAR),
1852                          Constant::getNullValue(IRB.getInt32Ty()));
1853     Instruction *Term =
1854         SplitBlockAndInsertIfThen(UARIsEnabled, InsBefore, false);
1855     IRBuilder<> IRBIf(Term);
1856     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1857     StackMallocIdx = StackMallocSizeClass(LocalStackSize);
1858     assert(StackMallocIdx <= kMaxAsanStackMallocSizeClass);
1859     Value *FakeStackValue =
1860         IRBIf.CreateCall(AsanStackMallocFunc[StackMallocIdx],
1861                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize));
1862     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1863     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1864     FakeStack = createPHI(IRB, UARIsEnabled, FakeStackValue, Term,
1865                           ConstantInt::get(IntptrTy, 0));
1866
1867     Value *NoFakeStack =
1868         IRB.CreateICmpEQ(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1869     Term = SplitBlockAndInsertIfThen(NoFakeStack, InsBefore, false);
1870     IRBIf.SetInsertPoint(Term);
1871     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1872     Value *AllocaValue =
1873         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRBIf, L, true) : StaticAlloca;
1874     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1875     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1876     LocalStackBase = createPHI(IRB, NoFakeStack, AllocaValue, Term, FakeStack);
1877   } else {
1878     // void *FakeStack = nullptr;
1879     // void *LocalStackBase = alloca(LocalStackSize);
1880     FakeStack = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1881     LocalStackBase =
1882         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRB, L, true) : StaticAlloca;
1883   }
1884
1885   // Insert poison calls for lifetime intrinsics for alloca.
1886   bool HavePoisonedAllocas = false;
1887   for (const auto &APC : AllocaPoisonCallVec) {
1888     assert(APC.InsBefore);
1889     assert(APC.AI);
1890     IRBuilder<> IRB(APC.InsBefore);
1891     poisonAlloca(APC.AI, APC.Size, IRB, APC.DoPoison);
1892     HavePoisonedAllocas |= APC.DoPoison;
1893   }
1894
1895   // Replace Alloca instructions with base+offset.
1896   for (const auto &Desc : SVD) {
1897     AllocaInst *AI = Desc.AI;
1898     Value *NewAllocaPtr = IRB.CreateIntToPtr(
1899         IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Desc.Offset)),
1900         AI->getType());
1901     replaceDbgDeclareForAlloca(AI, NewAllocaPtr, DIB, /*Deref=*/true);
1902     AI->replaceAllUsesWith(NewAllocaPtr);
1903   }
1904
1905   // The left-most redzone has enough space for at least 4 pointers.
1906   // Write the Magic value to redzone[0].
1907   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
1908   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
1909                   BasePlus0);
1910   // Write the frame description constant to redzone[1].
1911   Value *BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(
1912       IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
1913                     ConstantInt::get(IntptrTy, ASan.LongSize / 8)),
1914       IntptrPtrTy);
1915   GlobalVariable *StackDescriptionGlobal =
1916       createPrivateGlobalForString(*F.getParent(), L.DescriptionString,
1917                                    /*AllowMerging*/ true);
1918   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(StackDescriptionGlobal, IntptrTy);
1919   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
1920   // Write the PC to redzone[2].
1921   Value *BasePlus2 = IRB.CreateIntToPtr(
1922       IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
1923                     ConstantInt::get(IntptrTy, 2 * ASan.LongSize / 8)),
1924       IntptrPtrTy);
1925   IRB.CreateStore(IRB.CreatePointerCast(&F, IntptrTy), BasePlus2);
1926
1927   // Poison the stack redzones at the entry.
1928   Value *ShadowBase = ASan.memToShadow(LocalStackBase, IRB);
1929   poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRB, ShadowBase, true);
1930
1931   // (Un)poison the stack before all ret instructions.
1932   for (auto Ret : RetVec) {
1933     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
1934     // Mark the current frame as retired.
1935     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
1936                        BasePlus0);
1937     if (DoStackMalloc) {
1938       assert(StackMallocIdx >= 0);
1939       // if FakeStack != 0  // LocalStackBase == FakeStack
1940       //     // In use-after-return mode, poison the whole stack frame.
1941       //     if StackMallocIdx <= 4
1942       //         // For small sizes inline the whole thing:
1943       //         memset(ShadowBase, kAsanStackAfterReturnMagic, ShadowSize);
1944       //         **SavedFlagPtr(FakeStack) = 0
1945       //     else
1946       //         __asan_stack_free_N(FakeStack, LocalStackSize)
1947       // else
1948       //     <This is not a fake stack; unpoison the redzones>
1949       Value *Cmp =
1950           IRBRet.CreateICmpNE(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1951       TerminatorInst *ThenTerm, *ElseTerm;
1952       SplitBlockAndInsertIfThenElse(Cmp, Ret, &ThenTerm, &ElseTerm);
1953
1954       IRBuilder<> IRBPoison(ThenTerm);
1955       if (StackMallocIdx <= 4) {
1956         int ClassSize = kMinStackMallocSize << StackMallocIdx;
1957         SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBPoison, ShadowBase,
1958                                            ClassSize >> Mapping.Scale);
1959         Value *SavedFlagPtrPtr = IRBPoison.CreateAdd(
1960             FakeStack,
1961             ConstantInt::get(IntptrTy, ClassSize - ASan.LongSize / 8));
1962         Value *SavedFlagPtr = IRBPoison.CreateLoad(
1963             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtrPtr, IntptrPtrTy));
1964         IRBPoison.CreateStore(
1965             Constant::getNullValue(IRBPoison.getInt8Ty()),
1966             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtr, IRBPoison.getInt8PtrTy()));
1967       } else {
1968         // For larger frames call __asan_stack_free_*.
1969         IRBPoison.CreateCall(
1970             AsanStackFreeFunc[StackMallocIdx],
1971             {FakeStack, ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize)});
1972       }
1973
1974       IRBuilder<> IRBElse(ElseTerm);
1975       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBElse, ShadowBase, false);
1976     } else if (HavePoisonedAllocas) {
1977       // If we poisoned some allocas in llvm.lifetime analysis,
1978       // unpoison whole stack frame now.
1979       poisonAlloca(LocalStackBase, LocalStackSize, IRBRet, false);
1980     } else {
1981       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBRet, ShadowBase, false);
1982     }
1983   }
1984
1985   // We are done. Remove the old unused alloca instructions.
1986   for (auto AI : AllocaVec) AI->eraseFromParent();
1987 }
1988
1989 void FunctionStackPoisoner::poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size,
1990                                          IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison) {
1991   // For now just insert the call to ASan runtime.
1992   Value *AddrArg = IRB.CreatePointerCast(V, IntptrTy);
1993   Value *SizeArg = ConstantInt::get(IntptrTy, Size);
1994   IRB.CreateCall(
1995       DoPoison ? AsanPoisonStackMemoryFunc : AsanUnpoisonStackMemoryFunc,
1996       {AddrArg, SizeArg});
1997 }
1998
1999 // Handling llvm.lifetime intrinsics for a given %alloca:
2000 // (1) collect all llvm.lifetime.xxx(%size, %value) describing the alloca.
2001 // (2) if %size is constant, poison memory for llvm.lifetime.end (to detect
2002 //     invalid accesses) and unpoison it for llvm.lifetime.start (the memory
2003 //     could be poisoned by previous llvm.lifetime.end instruction, as the
2004 //     variable may go in and out of scope several times, e.g. in loops).
2005 // (3) if we poisoned at least one %alloca in a function,
2006 //     unpoison the whole stack frame at function exit.
2007
2008 AllocaInst *FunctionStackPoisoner::findAllocaForValue(Value *V) {
2009   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
2010     // We're intested only in allocas we can handle.
2011     return ASan.isInterestingAlloca(*AI) ? AI : nullptr;
2012   // See if we've already calculated (or started to calculate) alloca for a
2013   // given value.
2014   AllocaForValueMapTy::iterator I = AllocaForValue.find(V);
2015   if (I != AllocaForValue.end()) return I->second;
2016   // Store 0 while we're calculating alloca for value V to avoid
2017   // infinite recursion if the value references itself.
2018   AllocaForValue[V] = nullptr;
2019   AllocaInst *Res = nullptr;
2020   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
2021     Res = findAllocaForValue(CI->getOperand(0));
2022   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2023     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2024       // Allow self-referencing phi-nodes.
2025       if (IncValue == PN) continue;
2026       AllocaInst *IncValueAI = findAllocaForValue(IncValue);
2027       // AI for incoming values should exist and should all be equal.
2028       if (IncValueAI == nullptr || (Res != nullptr && IncValueAI != Res))
2029         return nullptr;
2030       Res = IncValueAI;
2031     }
2032   }
2033   if (Res) AllocaForValue[V] = Res;
2034   return Res;
2035 }
2036
2037 void FunctionStackPoisoner::handleDynamicAllocaCall(AllocaInst *AI) {
2038   IRBuilder<> IRB(AI);
2039
2040   const unsigned Align = std::max(kAllocaRzSize, AI->getAlignment());
2041   const uint64_t AllocaRedzoneMask = kAllocaRzSize - 1;
2042
2043   Value *Zero = Constant::getNullValue(IntptrTy);
2044   Value *AllocaRzSize = ConstantInt::get(IntptrTy, kAllocaRzSize);
2045   Value *AllocaRzMask = ConstantInt::get(IntptrTy, AllocaRedzoneMask);
2046
2047   // Since we need to extend alloca with additional memory to locate
2048   // redzones, and OldSize is number of allocated blocks with
2049   // ElementSize size, get allocated memory size in bytes by
2050   // OldSize * ElementSize.
2051   const unsigned ElementSize =
2052       F.getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
2053   Value *OldSize =
2054       IRB.CreateMul(IRB.CreateIntCast(AI->getArraySize(), IntptrTy, false),
2055                     ConstantInt::get(IntptrTy, ElementSize));
2056
2057   // PartialSize = OldSize % 32
2058   Value *PartialSize = IRB.CreateAnd(OldSize, AllocaRzMask);
2059
2060   // Misalign = kAllocaRzSize - PartialSize;
2061   Value *Misalign = IRB.CreateSub(AllocaRzSize, PartialSize);
2062
2063   // PartialPadding = Misalign != kAllocaRzSize ? Misalign : 0;
2064   Value *Cond = IRB.CreateICmpNE(Misalign, AllocaRzSize);
2065   Value *PartialPadding = IRB.CreateSelect(Cond, Misalign, Zero);
2066
2067   // AdditionalChunkSize = Align + PartialPadding + kAllocaRzSize
2068   // Align is added to locate left redzone, PartialPadding for possible
2069   // partial redzone and kAllocaRzSize for right redzone respectively.
2070   Value *AdditionalChunkSize = IRB.CreateAdd(
2071       ConstantInt::get(IntptrTy, Align + kAllocaRzSize), PartialPadding);
2072
2073   Value *NewSize = IRB.CreateAdd(OldSize, AdditionalChunkSize);
2074
2075   // Insert new alloca with new NewSize and Align params.
2076   AllocaInst *NewAlloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(), NewSize);
2077   NewAlloca->setAlignment(Align);
2078
2079   // NewAddress = Address + Align
2080   Value *NewAddress = IRB.CreateAdd(IRB.CreatePtrToInt(NewAlloca, IntptrTy),
2081                                     ConstantInt::get(IntptrTy, Align));
2082
2083   // Insert __asan_alloca_poison call for new created alloca.
2084   IRB.CreateCall(AsanAllocaPoisonFunc, {NewAddress, OldSize});
2085
2086   // Store the last alloca's address to DynamicAllocaLayout. We'll need this
2087   // for unpoisoning stuff.
2088   IRB.CreateStore(IRB.CreatePtrToInt(NewAlloca, IntptrTy), DynamicAllocaLayout);
2089
2090   Value *NewAddressPtr = IRB.CreateIntToPtr(NewAddress, AI->getType());
2091
2092   // Replace all uses of AddessReturnedByAlloca with NewAddressPtr.
2093   AI->replaceAllUsesWith(NewAddressPtr);
2094
2095   // We are done. Erase old alloca from parent.
2096   AI->eraseFromParent();
2097 }
2098
2099 // isSafeAccess returns true if Addr is always inbounds with respect to its
2100 // base object. For example, it is a field access or an array access with
2101 // constant inbounds index.
2102 bool AddressSanitizer::isSafeAccess(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis,
2103                                     Value *Addr, uint64_t TypeSize) const {
2104   SizeOffsetType SizeOffset = ObjSizeVis.compute(Addr);
2105   if (!ObjSizeVis.bothKnown(SizeOffset)) return false;
2106   uint64_t Size = SizeOffset.first.getZExtValue();
2107   int64_t Offset = SizeOffset.second.getSExtValue();
2108   // Three checks are required to ensure safety:
2109   // . Offset >= 0  (since the offset is given from the base ptr)
2110   // . Size >= Offset  (unsigned)
2111   // . Size - Offset >= NeededSize  (unsigned)
2112   return Offset >= 0 && Size >= uint64_t(Offset) &&
2113          Size - uint64_t(Offset) >= TypeSize / 8;
2114 }