[asan] initialize asan error callbacks in runOnModule instead of doing that on-demand
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Instrumentation / AddressSanitizer.cpp
1 //===-- AddressSanitizer.cpp - memory error detector ------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file is a part of AddressSanitizer, an address sanity checker.
11 // Details of the algorithm:
12 //  http://code.google.com/p/address-sanitizer/wiki/AddressSanitizerAlgorithm
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "asan"
17
18 #include "FunctionBlackList.h"
19 #include "llvm/Function.h"
20 #include "llvm/IRBuilder.h"
21 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/Module.h"
24 #include "llvm/Type.h"
25 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
26 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
27 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
28 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
29 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
30 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
31 #include "llvm/ADT/Triple.h"
32 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
33 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
34 #include "llvm/Support/Debug.h"
35 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
36 #include "llvm/Support/system_error.h"
37 #include "llvm/Target/TargetData.h"
38 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
39 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
42
43 #include <string>
44 #include <algorithm>
45
46 using namespace llvm;
47
48 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
49 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
50 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
51 static const uint64_t kDefaultShadowOffsetAndroid = 0;
52
53 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
54 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
55 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
56
57 static const char *kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
58 static const char *kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
59 static const int   kAsanCtorAndCtorPriority = 1;
60 static const char *kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
61 static const char *kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
62 static const char *kAsanUnregisterGlobalsName = "__asan_unregister_globals";
63 static const char *kAsanInitName = "__asan_init";
64 static const char *kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
65 static const char *kAsanMappingOffsetName = "__asan_mapping_offset";
66 static const char *kAsanMappingScaleName = "__asan_mapping_scale";
67 static const char *kAsanStackMallocName = "__asan_stack_malloc";
68 static const char *kAsanStackFreeName = "__asan_stack_free";
69
70 static const int kAsanStackLeftRedzoneMagic = 0xf1;
71 static const int kAsanStackMidRedzoneMagic = 0xf2;
72 static const int kAsanStackRightRedzoneMagic = 0xf3;
73 static const int kAsanStackPartialRedzoneMagic = 0xf4;
74
75 // Command-line flags.
76
77 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
78 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
79        cl::desc("instrument read instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
80 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites("asan-instrument-writes",
81        cl::desc("instrument write instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
82 static cl::opt<bool> ClInstrumentAtomics("asan-instrument-atomics",
83        cl::desc("instrument atomic instructions (rmw, cmpxchg)"),
84        cl::Hidden, cl::init(true));
85 // This flags limits the number of instructions to be instrumented
86 // in any given BB. Normally, this should be set to unlimited (INT_MAX),
87 // but due to http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=12652 we temporary
88 // set it to 10000.
89 static cl::opt<int> ClMaxInsnsToInstrumentPerBB("asan-max-ins-per-bb",
90        cl::init(10000),
91        cl::desc("maximal number of instructions to instrument in any given BB"),
92        cl::Hidden);
93 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
94 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack",
95        cl::desc("Handle stack memory"), cl::Hidden, cl::init(true));
96 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-use-after-return.
97 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
98        cl::desc("Check return-after-free"), cl::Hidden, cl::init(false));
99 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
100 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
101        cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden, cl::init(true));
102 static cl::opt<bool> ClMemIntrin("asan-memintrin",
103        cl::desc("Handle memset/memcpy/memmove"), cl::Hidden, cl::init(true));
104 // This flag may need to be replaced with -fasan-blacklist.
105 static cl::opt<std::string>  ClBlackListFile("asan-blacklist",
106        cl::desc("File containing the list of functions to ignore "
107                 "during instrumentation"), cl::Hidden);
108
109 // These flags allow to change the shadow mapping.
110 // The shadow mapping looks like
111 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
112 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
113        cl::desc("scale of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(0));
114 static cl::opt<int> ClMappingOffsetLog("asan-mapping-offset-log",
115        cl::desc("offset of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(-1));
116
117 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
118 // and benchmarking the tool.
119 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt",
120        cl::desc("Optimize instrumentation"), cl::Hidden, cl::init(true));
121 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp("asan-opt-same-temp",
122        cl::desc("Instrument the same temp just once"), cl::Hidden,
123        cl::init(true));
124 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
125        cl::desc("Don't instrument scalar globals"), cl::Hidden, cl::init(true));
126
127 // Debug flags.
128 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
129                             cl::init(0));
130 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
131                                  cl::Hidden, cl::init(0));
132 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func",
133                                         cl::Hidden, cl::desc("Debug func"));
134 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
135                                cl::Hidden, cl::init(-1));
136 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
137                                cl::Hidden, cl::init(-1));
138
139 namespace {
140
141 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
142 struct AddressSanitizer : public ModulePass {
143   AddressSanitizer();
144   virtual const char *getPassName() const;
145   void instrumentMop(Instruction *I);
146   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, IRBuilder<> &IRB,
147                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite);
148   Instruction *generateCrashCode(IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
149                                  bool IsWrite, uint32_t TypeSize);
150   bool instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
151   void instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns, Value *Addr,
152                                   Value *Size,
153                                    Instruction *InsertBefore, bool IsWrite);
154   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
155   bool handleFunction(Module &M, Function &F);
156   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
157   bool poisonStackInFunction(Module &M, Function &F);
158   virtual bool runOnModule(Module &M);
159   bool insertGlobalRedzones(Module &M);
160   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
161
162  private:
163
164   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) {
165     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
166     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
167     return SizeInBytes;
168   }
169   uint64_t getAlignedSize(uint64_t SizeInBytes) {
170     return ((SizeInBytes + RedzoneSize - 1)
171             / RedzoneSize) * RedzoneSize;
172   }
173   uint64_t getAlignedAllocaSize(AllocaInst *AI) {
174     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
175     return getAlignedSize(SizeInBytes);
176   }
177
178   Function *checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast);
179   void PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec, IRBuilder<> IRB,
180                    Value *ShadowBase, bool DoPoison);
181   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
182
183   LLVMContext *C;
184   TargetData *TD;
185   uint64_t MappingOffset;
186   int MappingScale;
187   size_t RedzoneSize;
188   int LongSize;
189   Type *IntptrTy;
190   Type *IntptrPtrTy;
191   Function *AsanCtorFunction;
192   Function *AsanInitFunction;
193   Instruction *CtorInsertBefore;
194   OwningPtr<FunctionBlackList> BL;
195   // Accesses sizes are powers of two: 1, 2, 4, 8, 16.
196   static const size_t kNumberOfAccessSizes = 5;
197   // This array is indexed by AccessIsWrite and log2(AccessSize).
198   Function *AsanErrorCallback[2][kNumberOfAccessSizes];
199 };
200 }  // namespace
201
202 char AddressSanitizer::ID = 0;
203 INITIALIZE_PASS(AddressSanitizer, "asan",
204     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.",
205     false, false)
206 AddressSanitizer::AddressSanitizer() : ModulePass(ID) { }
207 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerPass() {
208   return new AddressSanitizer();
209 }
210
211 const char *AddressSanitizer::getPassName() const {
212   return "AddressSanitizer";
213 }
214
215 // Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
216 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(Module &M, StringRef Str) {
217   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
218   return new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
219                             GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, "");
220 }
221
222 // Split the basic block and insert an if-then code.
223 // Before:
224 //   Head
225 //   Cmp
226 //   Tail
227 // After:
228 //   Head
229 //   if (Cmp)
230 //     ThenBlock
231 //   Tail
232 //
233 // Returns the ThenBlock's terminator.
234 static BranchInst *splitBlockAndInsertIfThen(Value *Cmp) {
235   Instruction *SplitBefore = cast<Instruction>(Cmp)->getNextNode();
236   BasicBlock *Head = SplitBefore->getParent();
237   BasicBlock *Tail = Head->splitBasicBlock(SplitBefore);
238   TerminatorInst *HeadOldTerm = Head->getTerminator();
239   LLVMContext &C = Head->getParent()->getParent()->getContext();
240   BasicBlock *ThenBlock = BasicBlock::Create(C, "", Head->getParent());
241   BranchInst *HeadNewTerm =
242     BranchInst::Create(/*ifTrue*/ThenBlock, /*ifFalse*/Tail, Cmp);
243   ReplaceInstWithInst(HeadOldTerm, HeadNewTerm);
244
245   BranchInst *CheckTerm = BranchInst::Create(Tail, ThenBlock);
246   return CheckTerm;
247 }
248
249 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
250   // Shadow >> scale
251   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, MappingScale);
252   if (MappingOffset == 0)
253     return Shadow;
254   // (Shadow >> scale) | offset
255   return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy,
256                                                MappingOffset));
257 }
258
259 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns,
260     Value *Addr, Value *Size, Instruction *InsertBefore, bool IsWrite) {
261   // Check the first byte.
262   {
263     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
264     instrumentAddress(OrigIns, IRB, Addr, 8, IsWrite);
265   }
266   // Check the last byte.
267   {
268     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
269     Value *SizeMinusOne = IRB.CreateSub(
270         Size, ConstantInt::get(Size->getType(), 1));
271     SizeMinusOne = IRB.CreateIntCast(SizeMinusOne, IntptrTy, false);
272     Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
273     Value *AddrPlusSizeMinisOne = IRB.CreateAdd(AddrLong, SizeMinusOne);
274     instrumentAddress(OrigIns, IRB, AddrPlusSizeMinisOne, 8, IsWrite);
275   }
276 }
277
278 // Instrument memset/memmove/memcpy
279 bool AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
280   Value *Dst = MI->getDest();
281   MemTransferInst *MemTran = dyn_cast<MemTransferInst>(MI);
282   Value *Src = MemTran ? MemTran->getSource() : NULL;
283   Value *Length = MI->getLength();
284
285   Constant *ConstLength = dyn_cast<Constant>(Length);
286   Instruction *InsertBefore = MI;
287   if (ConstLength) {
288     if (ConstLength->isNullValue()) return false;
289   } else {
290     // The size is not a constant so it could be zero -- check at run-time.
291     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
292
293     Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(Length,
294                                   Constant::getNullValue(Length->getType()));
295     InsertBefore = splitBlockAndInsertIfThen(Cmp);
296   }
297
298   instrumentMemIntrinsicParam(MI, Dst, Length, InsertBefore, true);
299   if (Src)
300     instrumentMemIntrinsicParam(MI, Src, Length, InsertBefore, false);
301   return true;
302 }
303
304 // If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
305 // and set IsWrite. Otherwise return NULL.
306 static Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite) {
307   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
308     if (!ClInstrumentReads) return NULL;
309     *IsWrite = false;
310     return LI->getPointerOperand();
311   }
312   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
313     if (!ClInstrumentWrites) return NULL;
314     *IsWrite = true;
315     return SI->getPointerOperand();
316   }
317   if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
318     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
319     *IsWrite = true;
320     return RMW->getPointerOperand();
321   }
322   if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
323     if (!ClInstrumentAtomics) return NULL;
324     *IsWrite = true;
325     return XCHG->getPointerOperand();
326   }
327   return NULL;
328 }
329
330 void AddressSanitizer::instrumentMop(Instruction *I) {
331   bool IsWrite;
332   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite);
333   assert(Addr);
334   if (ClOpt && ClOptGlobals && isa<GlobalVariable>(Addr)) {
335     // We are accessing a global scalar variable. Nothing to catch here.
336     return;
337   }
338   Type *OrigPtrTy = Addr->getType();
339   Type *OrigTy = cast<PointerType>(OrigPtrTy)->getElementType();
340
341   assert(OrigTy->isSized());
342   uint32_t TypeSize = TD->getTypeStoreSizeInBits(OrigTy);
343
344   if (TypeSize != 8  && TypeSize != 16 &&
345       TypeSize != 32 && TypeSize != 64 && TypeSize != 128) {
346     // Ignore all unusual sizes.
347     return;
348   }
349
350   IRBuilder<> IRB(I);
351   instrumentAddress(I, IRB, Addr, TypeSize, IsWrite);
352 }
353
354 // Validate the result of Module::getOrInsertFunction called for an interface
355 // function of AddressSanitizer. If the instrumented module defines a function
356 // with the same name, their prototypes must match, otherwise
357 // getOrInsertFunction returns a bitcast.
358 Function *AddressSanitizer::checkInterfaceFunction(Constant *FuncOrBitcast) {
359   if (isa<Function>(FuncOrBitcast)) return cast<Function>(FuncOrBitcast);
360   FuncOrBitcast->dump();
361   report_fatal_error("trying to redefine an AddressSanitizer "
362                      "interface function");
363 }
364
365 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(
366     IRBuilder<> &IRB, Value *Addr, bool IsWrite, uint32_t TypeSize) {
367   size_t AccessSizeIndex = CountTrailingZeros_32(TypeSize / 8);
368   assert(AccessSizeIndex < kNumberOfAccessSizes);
369   CallInst *Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][AccessSizeIndex],
370                                   Addr);
371   Call->setDoesNotReturn();
372   return Call;
373 }
374
375 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
376                                          IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
377                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite) {
378   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
379
380   Type *ShadowTy  = IntegerType::get(
381       *C, std::max(8U, TypeSize >> MappingScale));
382   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
383   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
384   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
385   Value *ShadowValue = IRB.CreateLoad(
386       IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
387
388   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
389
390   Instruction *CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(Cmp);
391   IRBuilder<> IRB2(CheckTerm);
392
393   size_t Granularity = 1 << MappingScale;
394   if (TypeSize < 8 * Granularity) {
395     // Addr & (Granularity - 1)
396     Value *LastAccessedByte = IRB2.CreateAnd(
397         AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
398     // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
399     if (TypeSize / 8 > 1)
400       LastAccessedByte = IRB2.CreateAdd(
401           LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
402     // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
403     LastAccessedByte = IRB2.CreateIntCast(
404         LastAccessedByte, IRB.getInt8Ty(), false);
405     // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
406     Value *Cmp2 = IRB2.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
407
408     CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(Cmp2);
409   }
410
411   IRBuilder<> IRB1(CheckTerm);
412   Instruction *Crash = generateCrashCode(IRB1, AddrLong, IsWrite, TypeSize);
413   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
414   ReplaceInstWithInst(CheckTerm, new UnreachableInst(*C));
415 }
416
417 // This function replaces all global variables with new variables that have
418 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
419 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
420 bool AddressSanitizer::insertGlobalRedzones(Module &M) {
421   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
422
423   for (Module::GlobalListType::iterator G = M.getGlobalList().begin(),
424        E = M.getGlobalList().end(); G != E; ++G) {
425     Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
426     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G);
427
428     if (!Ty->isSized()) continue;
429     if (!G->hasInitializer()) continue;
430     // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
431     // Don't handle ODR type linkages since other modules may be built w/o asan.
432     if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
433         G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
434         G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
435       continue;
436     // Two problems with thread-locals:
437     //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
438     //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
439     if (G->isThreadLocal())
440       continue;
441     // For now, just ignore this Alloca if the alignment is large.
442     if (G->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
443
444     // Ignore all the globals with the names starting with "\01L_OBJC_".
445     // Many of those are put into the .cstring section. The linker compresses
446     // that section by removing the spare \0s after the string terminator, so
447     // our redzones get broken.
448     if ((G->getName().find("\01L_OBJC_") == 0) ||
449         (G->getName().find("\01l_OBJC_") == 0)) {
450       DEBUG(dbgs() << "Ignoring \\01L_OBJC_* global: " << *G);
451       continue;
452     }
453
454     if (G->hasSection()) {
455       StringRef Section(G->getSection());
456       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
457       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
458       // them.
459       if ((Section.find("__OBJC,") == 0) ||
460           (Section.find("__DATA, __objc_") == 0)) {
461         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G);
462         continue;
463       }
464       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
465       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
466       //  -- the string buffer is emitted into
467       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
468       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
469       //     is placed into __DATA,__cfstring
470       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
471       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
472       if (Section.find("__DATA,__cfstring") == 0) {
473         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G);
474         continue;
475       }
476     }
477
478     GlobalsToChange.push_back(G);
479   }
480
481   size_t n = GlobalsToChange.size();
482   if (n == 0) return false;
483
484   // A global is described by a structure
485   //   size_t beg;
486   //   size_t size;
487   //   size_t size_with_redzone;
488   //   const char *name;
489   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
490   StructType *GlobalStructTy = StructType::get(IntptrTy, IntptrTy,
491                                                IntptrTy, IntptrTy, NULL);
492   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
493
494   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
495
496   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
497     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
498     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
499     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
500     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
501     uint64_t RightRedzoneSize = RedzoneSize +
502         (RedzoneSize - (SizeInBytes % RedzoneSize));
503     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
504
505     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, NULL);
506     Constant *NewInitializer = ConstantStruct::get(
507         NewTy, G->getInitializer(),
508         Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), NULL);
509
510     SmallString<2048> DescriptionOfGlobal = G->getName();
511     DescriptionOfGlobal += " (";
512     DescriptionOfGlobal += M.getModuleIdentifier();
513     DescriptionOfGlobal += ")";
514     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(M, DescriptionOfGlobal);
515
516     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
517     GlobalVariable *NewGlobal = new GlobalVariable(
518         M, NewTy, G->isConstant(), G->getLinkage(),
519         NewInitializer, "", G, G->getThreadLocalMode());
520     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
521     NewGlobal->setAlignment(RedzoneSize);
522
523     Value *Indices2[2];
524     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
525     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
526
527     G->replaceAllUsesWith(
528         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewGlobal, Indices2, true));
529     NewGlobal->takeName(G);
530     G->eraseFromParent();
531
532     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
533         GlobalStructTy,
534         ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
535         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
536         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
537         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
538         NULL);
539     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL:\n" << *NewGlobal);
540   }
541
542   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
543   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
544       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::PrivateLinkage,
545       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
546
547   Function *AsanRegisterGlobals = checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
548       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
549   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
550
551   IRB.CreateCall2(AsanRegisterGlobals,
552                   IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
553                   ConstantInt::get(IntptrTy, n));
554
555   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
556   // gets closed.
557   Function *AsanDtorFunction = Function::Create(
558       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
559       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
560   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
561   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
562   Function *AsanUnregisterGlobals =
563       checkInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
564           kAsanUnregisterGlobalsName,
565           IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
566   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
567
568   IRB_Dtor.CreateCall2(AsanUnregisterGlobals,
569                        IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
570                        ConstantInt::get(IntptrTy, n));
571   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
572
573   DEBUG(dbgs() << M);
574   return true;
575 }
576
577 // virtual
578 bool AddressSanitizer::runOnModule(Module &M) {
579   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
580   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
581   if (!TD)
582     return false;
583   BL.reset(new FunctionBlackList(ClBlackListFile));
584
585   C = &(M.getContext());
586   LongSize = TD->getPointerSizeInBits();
587   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
588   IntptrPtrTy = PointerType::get(IntptrTy, 0);
589
590   AsanCtorFunction = Function::Create(
591       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
592       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleCtorName, &M);
593   BasicBlock *AsanCtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanCtorFunction);
594   CtorInsertBefore = ReturnInst::Create(*C, AsanCtorBB);
595
596   // call __asan_init in the module ctor.
597   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
598   AsanInitFunction = checkInterfaceFunction(
599       M.getOrInsertFunction(kAsanInitName, IRB.getVoidTy(), NULL));
600   AsanInitFunction->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
601   IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
602
603   // Create __asan_report* callbacks.
604   for (size_t AccessIsWrite = 0; AccessIsWrite <= 1; AccessIsWrite++) {
605     for (size_t AccessSizeIndex = 0; AccessSizeIndex < kNumberOfAccessSizes;
606          AccessSizeIndex++) {
607       // IsWrite and TypeSize are encoded in the function name.
608       std::string FunctionName = std::string(kAsanReportErrorTemplate) +
609           (AccessIsWrite ? "store" : "load") + itostr(1 << AccessSizeIndex);
610       AsanErrorCallback[AccessIsWrite][AccessSizeIndex] = cast<Function>(
611         M.getOrInsertFunction(FunctionName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, NULL));
612     }
613   }
614
615   llvm::Triple targetTriple(M.getTargetTriple());
616   bool isAndroid = targetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::ANDROIDEABI;
617
618   MappingOffset = isAndroid ? kDefaultShadowOffsetAndroid :
619     (LongSize == 32 ? kDefaultShadowOffset32 : kDefaultShadowOffset64);
620   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
621     if (ClMappingOffsetLog == 0) {
622       // special case
623       MappingOffset = 0;
624     } else {
625       MappingOffset = 1ULL << ClMappingOffsetLog;
626     }
627   }
628   MappingScale = kDefaultShadowScale;
629   if (ClMappingScale) {
630     MappingScale = ClMappingScale;
631   }
632   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
633   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
634   RedzoneSize = std::max(32, (int)(1 << MappingScale));
635
636   bool Res = false;
637
638   if (ClGlobals)
639     Res |= insertGlobalRedzones(M);
640
641   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
642     // Tell the run-time the current values of mapping offset and scale.
643     GlobalValue *asan_mapping_offset =
644         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
645                        ConstantInt::get(IntptrTy, MappingOffset),
646                        kAsanMappingOffsetName);
647     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
648     IRB.CreateLoad(asan_mapping_offset, true);
649   }
650   if (ClMappingScale) {
651     GlobalValue *asan_mapping_scale =
652         new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
653                            ConstantInt::get(IntptrTy, MappingScale),
654                            kAsanMappingScaleName);
655     // Read the global, otherwise it may be optimized away.
656     IRB.CreateLoad(asan_mapping_scale, true);
657   }
658
659
660   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
661     if (F->isDeclaration()) continue;
662     Res |= handleFunction(M, *F);
663   }
664
665   appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
666
667   return Res;
668 }
669
670 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
671   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
672   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
673   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
674   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
675   // the shadow memory.
676   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
677   // instrumented functions.
678   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
679     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
680     IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
681     return true;
682   }
683   return false;
684 }
685
686 bool AddressSanitizer::handleFunction(Module &M, Function &F) {
687   if (BL->isIn(F)) return false;
688   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
689
690   // If needed, insert __asan_init before checking for AddressSafety attr.
691   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
692
693   if (!F.hasFnAttr(Attribute::AddressSafety)) return false;
694
695   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName())
696     return false;
697   // We want to instrument every address only once per basic block
698   // (unless there are calls between uses).
699   SmallSet<Value*, 16> TempsToInstrument;
700   SmallVector<Instruction*, 16> ToInstrument;
701   SmallVector<Instruction*, 8> NoReturnCalls;
702   bool IsWrite;
703
704   // Fill the set of memory operations to instrument.
705   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
706        FI != FE; ++FI) {
707     TempsToInstrument.clear();
708     int NumInsnsPerBB = 0;
709     for (BasicBlock::iterator BI = FI->begin(), BE = FI->end();
710          BI != BE; ++BI) {
711       if (LooksLikeCodeInBug11395(BI)) return false;
712       if (Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(BI, &IsWrite)) {
713         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
714           if (!TempsToInstrument.insert(Addr))
715             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
716         }
717       } else if (isa<MemIntrinsic>(BI) && ClMemIntrin) {
718         // ok, take it.
719       } else {
720         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
721           // A call inside BB.
722           TempsToInstrument.clear();
723           if (CI->doesNotReturn()) {
724             NoReturnCalls.push_back(CI);
725           }
726         }
727         continue;
728       }
729       ToInstrument.push_back(BI);
730       NumInsnsPerBB++;
731       if (NumInsnsPerBB >= ClMaxInsnsToInstrumentPerBB)
732         break;
733     }
734   }
735
736   // Instrument.
737   int NumInstrumented = 0;
738   for (size_t i = 0, n = ToInstrument.size(); i != n; i++) {
739     Instruction *Inst = ToInstrument[i];
740     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
741         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
742       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite))
743         instrumentMop(Inst);
744       else
745         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
746     }
747     NumInstrumented++;
748   }
749
750   DEBUG(dbgs() << F);
751
752   bool ChangedStack = poisonStackInFunction(M, F);
753
754   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
755   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
756   for (size_t i = 0, n = NoReturnCalls.size(); i != n; i++) {
757     Instruction *CI = NoReturnCalls[i];
758     IRBuilder<> IRB(CI);
759     IRB.CreateCall(M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName,
760                                          IRB.getVoidTy(), NULL));
761   }
762
763   return NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
764 }
765
766 static uint64_t ValueForPoison(uint64_t PoisonByte, size_t ShadowRedzoneSize) {
767   if (ShadowRedzoneSize == 1) return PoisonByte;
768   if (ShadowRedzoneSize == 2) return (PoisonByte << 8) + PoisonByte;
769   if (ShadowRedzoneSize == 4)
770     return (PoisonByte << 24) + (PoisonByte << 16) +
771         (PoisonByte << 8) + (PoisonByte);
772   llvm_unreachable("ShadowRedzoneSize is either 1, 2 or 4");
773 }
774
775 static void PoisonShadowPartialRightRedzone(uint8_t *Shadow,
776                                             size_t Size,
777                                             size_t RedzoneSize,
778                                             size_t ShadowGranularity,
779                                             uint8_t Magic) {
780   for (size_t i = 0; i < RedzoneSize;
781        i+= ShadowGranularity, Shadow++) {
782     if (i + ShadowGranularity <= Size) {
783       *Shadow = 0;  // fully addressable
784     } else if (i >= Size) {
785       *Shadow = Magic;  // unaddressable
786     } else {
787       *Shadow = Size - i;  // first Size-i bytes are addressable
788     }
789   }
790 }
791
792 void AddressSanitizer::PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec,
793                                    IRBuilder<> IRB,
794                                    Value *ShadowBase, bool DoPoison) {
795   size_t ShadowRZSize = RedzoneSize >> MappingScale;
796   assert(ShadowRZSize >= 1 && ShadowRZSize <= 4);
797   Type *RZTy = Type::getIntNTy(*C, ShadowRZSize * 8);
798   Type *RZPtrTy = PointerType::get(RZTy, 0);
799
800   Value *PoisonLeft  = ConstantInt::get(RZTy,
801     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackLeftRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
802   Value *PoisonMid   = ConstantInt::get(RZTy,
803     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackMidRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
804   Value *PoisonRight = ConstantInt::get(RZTy,
805     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackRightRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
806
807   // poison the first red zone.
808   IRB.CreateStore(PoisonLeft, IRB.CreateIntToPtr(ShadowBase, RZPtrTy));
809
810   // poison all other red zones.
811   uint64_t Pos = RedzoneSize;
812   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
813     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
814     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
815     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
816     assert(AlignedSize - SizeInBytes < RedzoneSize);
817     Value *Ptr = NULL;
818
819     Pos += AlignedSize;
820
821     assert(ShadowBase->getType() == IntptrTy);
822     if (SizeInBytes < AlignedSize) {
823       // Poison the partial redzone at right
824       Ptr = IRB.CreateAdd(
825           ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy,
826                                        (Pos >> MappingScale) - ShadowRZSize));
827       size_t AddressableBytes = RedzoneSize - (AlignedSize - SizeInBytes);
828       uint32_t Poison = 0;
829       if (DoPoison) {
830         PoisonShadowPartialRightRedzone((uint8_t*)&Poison, AddressableBytes,
831                                         RedzoneSize,
832                                         1ULL << MappingScale,
833                                         kAsanStackPartialRedzoneMagic);
834       }
835       Value *PartialPoison = ConstantInt::get(RZTy, Poison);
836       IRB.CreateStore(PartialPoison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
837     }
838
839     // Poison the full redzone at right.
840     Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase,
841                         ConstantInt::get(IntptrTy, Pos >> MappingScale));
842     Value *Poison = i == AllocaVec.size() - 1 ? PoisonRight : PoisonMid;
843     IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
844
845     Pos += RedzoneSize;
846   }
847 }
848
849 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
850 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
851 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
852 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
853   if (LongSize != 32) return false;
854   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
855   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
856   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
857   // We have inline assembly with quite a few arguments.
858   return true;
859 }
860
861 // Find all static Alloca instructions and put
862 // poisoned red zones around all of them.
863 // Then unpoison everything back before the function returns.
864 //
865 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
866 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
867 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
868 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
869 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
870 // actual function which catches the exception. Most likely because the
871 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
872 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
873 // It sounds like an LLVM bug.
874 bool AddressSanitizer::poisonStackInFunction(Module &M, Function &F) {
875   if (!ClStack) return false;
876   SmallVector<AllocaInst*, 16> AllocaVec;
877   SmallVector<Instruction*, 8> RetVec;
878   uint64_t TotalSize = 0;
879
880   // Filter out Alloca instructions we want (and can) handle.
881   // Collect Ret instructions.
882   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
883        FI != FE; ++FI) {
884     BasicBlock &BB = *FI;
885     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end();
886          BI != BE; ++BI) {
887       if (isa<ReturnInst>(BI)) {
888           RetVec.push_back(BI);
889           continue;
890       }
891
892       AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(BI);
893       if (!AI) continue;
894       if (AI->isArrayAllocation()) continue;
895       if (!AI->isStaticAlloca()) continue;
896       if (!AI->getAllocatedType()->isSized()) continue;
897       if (AI->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
898       AllocaVec.push_back(AI);
899       uint64_t AlignedSize =  getAlignedAllocaSize(AI);
900       TotalSize += AlignedSize;
901     }
902   }
903
904   if (AllocaVec.empty()) return false;
905
906   uint64_t LocalStackSize = TotalSize + (AllocaVec.size() + 1) * RedzoneSize;
907
908   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn
909       && LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
910
911   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
912   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
913
914
915   Type *ByteArrayTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), LocalStackSize);
916   AllocaInst *MyAlloca =
917       new AllocaInst(ByteArrayTy, "MyAlloca", InsBefore);
918   MyAlloca->setAlignment(RedzoneSize);
919   assert(MyAlloca->isStaticAlloca());
920   Value *OrigStackBase = IRB.CreatePointerCast(MyAlloca, IntptrTy);
921   Value *LocalStackBase = OrigStackBase;
922
923   if (DoStackMalloc) {
924     Value *AsanStackMallocFunc = M.getOrInsertFunction(
925         kAsanStackMallocName, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
926     LocalStackBase = IRB.CreateCall2(AsanStackMallocFunc,
927         ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize), OrigStackBase);
928   }
929
930   // This string will be parsed by the run-time (DescribeStackAddress).
931   SmallString<2048> StackDescriptionStorage;
932   raw_svector_ostream StackDescription(StackDescriptionStorage);
933   StackDescription << F.getName() << " " << AllocaVec.size() << " ";
934
935   uint64_t Pos = RedzoneSize;
936   // Replace Alloca instructions with base+offset.
937   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
938     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
939     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
940     StringRef Name = AI->getName();
941     StackDescription << Pos << " " << SizeInBytes << " "
942                      << Name.size() << " " << Name << " ";
943     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
944     assert((AlignedSize % RedzoneSize) == 0);
945     AI->replaceAllUsesWith(
946         IRB.CreateIntToPtr(
947             IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Pos)),
948             AI->getType()));
949     Pos += AlignedSize + RedzoneSize;
950   }
951   assert(Pos == LocalStackSize);
952
953   // Write the Magic value and the frame description constant to the redzone.
954   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
955   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
956                   BasePlus0);
957   Value *BasePlus1 = IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
958                                    ConstantInt::get(IntptrTy, LongSize/8));
959   BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(BasePlus1, IntptrPtrTy);
960   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(
961       createPrivateGlobalForString(M, StackDescription.str()),
962       IntptrTy);
963   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
964
965   // Poison the stack redzones at the entry.
966   Value *ShadowBase = memToShadow(LocalStackBase, IRB);
967   PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRB, ShadowBase, true);
968
969   Value *AsanStackFreeFunc = NULL;
970   if (DoStackMalloc) {
971     AsanStackFreeFunc = M.getOrInsertFunction(
972         kAsanStackFreeName, IRB.getVoidTy(),
973         IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
974   }
975
976   // Unpoison the stack before all ret instructions.
977   for (size_t i = 0, n = RetVec.size(); i < n; i++) {
978     Instruction *Ret = RetVec[i];
979     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
980
981     // Mark the current frame as retired.
982     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
983                        BasePlus0);
984     // Unpoison the stack.
985     PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRBRet, ShadowBase, false);
986
987     if (DoStackMalloc) {
988       IRBRet.CreateCall3(AsanStackFreeFunc, LocalStackBase,
989                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize),
990                          OrigStackBase);
991     }
992   }
993
994   if (ClDebugStack) {
995     DEBUG(dbgs() << F);
996   }
997
998   return true;
999 }