ASan: use getTypeAllocSize instead of getTypeStoreSize.
[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 "llvm/ADT/ArrayRef.h"
19 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
23 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
24 #include "llvm/Function.h"
25 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
26 #include "llvm/LLVMContext.h"
27 #include "llvm/Module.h"
28 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
29 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
30 #include "llvm/Support/Debug.h"
31 #include "llvm/Support/IRBuilder.h"
32 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
33 #include "llvm/Support/Regex.h"
34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
35 #include "llvm/Support/system_error.h"
36 #include "llvm/Target/TargetData.h"
37 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
38 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
39 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
41 #include "llvm/Type.h"
42
43 #include <string>
44 #include <algorithm>
45
46 using namespace llvm;
47
48 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
49 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
50 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
51
52 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
53 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
54 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
55
56 static const char *kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
57 static const char *kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
58 static const int   kAsanCtorAndCtorPriority = 1;
59 static const char *kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
60 static const char *kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
61 static const char *kAsanUnregisterGlobalsName = "__asan_unregister_globals";
62 static const char *kAsanInitName = "__asan_init";
63 static const char *kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
64 static const char *kAsanMappingOffsetName = "__asan_mapping_offset";
65 static const char *kAsanMappingScaleName = "__asan_mapping_scale";
66 static const char *kAsanStackMallocName = "__asan_stack_malloc";
67 static const char *kAsanStackFreeName = "__asan_stack_free";
68
69 static const int kAsanStackLeftRedzoneMagic = 0xf1;
70 static const int kAsanStackMidRedzoneMagic = 0xf2;
71 static const int kAsanStackRightRedzoneMagic = 0xf3;
72 static const int kAsanStackPartialRedzoneMagic = 0xf4;
73
74 // Command-line flags.
75
76 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
77 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
78        cl::desc("instrument read instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
79 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites("asan-instrument-writes",
80        cl::desc("instrument write instructions"), cl::Hidden, cl::init(true));
81 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
82 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack",
83        cl::desc("Handle stack memory"), cl::Hidden, cl::init(true));
84 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-use-after-return.
85 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
86        cl::desc("Check return-after-free"), cl::Hidden, cl::init(false));
87 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
88 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
89        cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden, cl::init(true));
90 static cl::opt<bool> ClMemIntrin("asan-memintrin",
91        cl::desc("Handle memset/memcpy/memmove"), cl::Hidden, cl::init(true));
92 // This flag may need to be replaced with -fasan-blacklist.
93 static cl::opt<std::string>  ClBlackListFile("asan-blacklist",
94        cl::desc("File containing the list of functions to ignore "
95                 "during instrumentation"), cl::Hidden);
96
97 // These flags allow to change the shadow mapping.
98 // The shadow mapping looks like
99 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
100 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
101        cl::desc("scale of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(0));
102 static cl::opt<int> ClMappingOffsetLog("asan-mapping-offset-log",
103        cl::desc("offset of asan shadow mapping"), cl::Hidden, cl::init(-1));
104
105 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
106 // and benchmarking the tool.
107 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt",
108        cl::desc("Optimize instrumentation"), cl::Hidden, cl::init(true));
109 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp("asan-opt-same-temp",
110        cl::desc("Instrument the same temp just once"), cl::Hidden,
111        cl::init(true));
112 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
113        cl::desc("Don't instrument scalar globals"), cl::Hidden, cl::init(true));
114
115 // Debug flags.
116 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
117                             cl::init(0));
118 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
119                                  cl::Hidden, cl::init(0));
120 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func",
121                                         cl::Hidden, cl::desc("Debug func"));
122 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
123                                cl::Hidden, cl::init(-1));
124 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
125                                cl::Hidden, cl::init(-1));
126
127 namespace {
128
129 // Blacklisted functions are not instrumented.
130 // The blacklist file contains one or more lines like this:
131 // ---
132 // fun:FunctionWildCard
133 // ---
134 // This is similar to the "ignore" feature of ThreadSanitizer.
135 // http://code.google.com/p/data-race-test/wiki/ThreadSanitizerIgnores
136 class BlackList {
137  public:
138   BlackList(const std::string &Path);
139   bool isIn(const Function &F);
140  private:
141   Regex *Functions;
142 };
143
144 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
145 struct AddressSanitizer : public ModulePass {
146   AddressSanitizer();
147   virtual const char *getPassName() const;
148   void instrumentMop(Instruction *I);
149   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, IRBuilder<> &IRB,
150                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite);
151   Instruction *generateCrashCode(IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
152                                  bool IsWrite, uint32_t TypeSize);
153   bool instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
154   void instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns, Value *Addr,
155                                   Value *Size,
156                                    Instruction *InsertBefore, bool IsWrite);
157   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
158   bool handleFunction(Module &M, Function &F);
159   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
160   bool poisonStackInFunction(Module &M, Function &F);
161   virtual bool runOnModule(Module &M);
162   bool insertGlobalRedzones(Module &M);
163   BranchInst *splitBlockAndInsertIfThen(Instruction *SplitBefore, Value *Cmp);
164   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
165
166  private:
167
168   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) {
169     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
170     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeAllocSize(Ty);
171     return SizeInBytes;
172   }
173   uint64_t getAlignedSize(uint64_t SizeInBytes) {
174     return ((SizeInBytes + RedzoneSize - 1)
175             / RedzoneSize) * RedzoneSize;
176   }
177   uint64_t getAlignedAllocaSize(AllocaInst *AI) {
178     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
179     return getAlignedSize(SizeInBytes);
180   }
181
182   void PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec, IRBuilder<> IRB,
183                    Value *ShadowBase, bool DoPoison);
184   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
185
186   Module      *CurrentModule;
187   LLVMContext *C;
188   TargetData *TD;
189   uint64_t MappingOffset;
190   int MappingScale;
191   size_t RedzoneSize;
192   int LongSize;
193   Type *IntptrTy;
194   Type *IntptrPtrTy;
195   Function *AsanCtorFunction;
196   Function *AsanInitFunction;
197   Instruction *CtorInsertBefore;
198   OwningPtr<BlackList> BL;
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 //   SplitBefore
226 //   Tail
227 // After:
228 //   Head
229 //   if (Cmp)
230 //     NewBasicBlock
231 //   SplitBefore
232 //   Tail
233 //
234 // Returns the NewBasicBlock's terminator.
235 BranchInst *AddressSanitizer::splitBlockAndInsertIfThen(
236     Instruction *SplitBefore, Value *Cmp) {
237   BasicBlock *Head = SplitBefore->getParent();
238   BasicBlock *Tail = Head->splitBasicBlock(SplitBefore);
239   TerminatorInst *HeadOldTerm = Head->getTerminator();
240   BasicBlock *NewBasicBlock =
241       BasicBlock::Create(*C, "", Head->getParent());
242   BranchInst *HeadNewTerm = BranchInst::Create(/*ifTrue*/NewBasicBlock,
243                                                /*ifFalse*/Tail,
244                                                Cmp);
245   ReplaceInstWithInst(HeadOldTerm, HeadNewTerm);
246
247   BranchInst *CheckTerm = BranchInst::Create(Tail, NewBasicBlock);
248   return CheckTerm;
249 }
250
251 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
252   // Shadow >> scale
253   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, MappingScale);
254   if (MappingOffset == 0)
255     return Shadow;
256   // (Shadow >> scale) | offset
257   return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy,
258                                                MappingOffset));
259 }
260
261 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsicParam(Instruction *OrigIns,
262     Value *Addr, Value *Size, Instruction *InsertBefore, bool IsWrite) {
263   // Check the first byte.
264   {
265     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
266     instrumentAddress(OrigIns, IRB, Addr, 8, IsWrite);
267   }
268   // Check the last byte.
269   {
270     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
271     Value *SizeMinusOne = IRB.CreateSub(
272         Size, ConstantInt::get(Size->getType(), 1));
273     SizeMinusOne = IRB.CreateIntCast(SizeMinusOne, IntptrTy, false);
274     Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
275     Value *AddrPlusSizeMinisOne = IRB.CreateAdd(AddrLong, SizeMinusOne);
276     instrumentAddress(OrigIns, IRB, AddrPlusSizeMinisOne, 8, IsWrite);
277   }
278 }
279
280 // Instrument memset/memmove/memcpy
281 bool AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
282   Value *Dst = MI->getDest();
283   MemTransferInst *MemTran = dyn_cast<MemTransferInst>(MI);
284   Value *Src = MemTran ? MemTran->getSource() : NULL;
285   Value *Length = MI->getLength();
286
287   Constant *ConstLength = dyn_cast<Constant>(Length);
288   Instruction *InsertBefore = MI;
289   if (ConstLength) {
290     if (ConstLength->isNullValue()) return false;
291   } else {
292     // The size is not a constant so it could be zero -- check at run-time.
293     IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
294
295     Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(Length,
296                                    Constant::getNullValue(Length->getType()));
297     InsertBefore = splitBlockAndInsertIfThen(InsertBefore, Cmp);
298   }
299
300   instrumentMemIntrinsicParam(MI, Dst, Length, InsertBefore, true);
301   if (Src)
302     instrumentMemIntrinsicParam(MI, Src, Length, InsertBefore, false);
303   return true;
304 }
305
306 static Value *getLDSTOperand(Instruction *I) {
307   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
308     return LI->getPointerOperand();
309   }
310   return cast<StoreInst>(*I).getPointerOperand();
311 }
312
313 void AddressSanitizer::instrumentMop(Instruction *I) {
314   int IsWrite = isa<StoreInst>(*I);
315   Value *Addr = getLDSTOperand(I);
316   if (ClOpt && ClOptGlobals && isa<GlobalVariable>(Addr)) {
317     // We are accessing a global scalar variable. Nothing to catch here.
318     return;
319   }
320   Type *OrigPtrTy = Addr->getType();
321   Type *OrigTy = cast<PointerType>(OrigPtrTy)->getElementType();
322
323   assert(OrigTy->isSized());
324   uint32_t TypeSize = TD->getTypeStoreSizeInBits(OrigTy);
325
326   if (TypeSize != 8  && TypeSize != 16 &&
327       TypeSize != 32 && TypeSize != 64 && TypeSize != 128) {
328     // Ignore all unusual sizes.
329     return;
330   }
331
332   IRBuilder<> IRB(I);
333   instrumentAddress(I, IRB, Addr, TypeSize, IsWrite);
334 }
335
336 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(
337     IRBuilder<> &IRB, Value *Addr, bool IsWrite, uint32_t TypeSize) {
338   // IsWrite and TypeSize are encoded in the function name.
339   std::string FunctionName = std::string(kAsanReportErrorTemplate) +
340       (IsWrite ? "store" : "load") + itostr(TypeSize / 8);
341   Value *ReportWarningFunc = CurrentModule->getOrInsertFunction(
342       FunctionName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, NULL);
343   CallInst *Call = IRB.CreateCall(ReportWarningFunc, Addr);
344   Call->setDoesNotReturn();
345   return Call;
346 }
347
348 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
349                                          IRBuilder<> &IRB, Value *Addr,
350                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite) {
351   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
352
353   Type *ShadowTy  = IntegerType::get(
354       *C, std::max(8U, TypeSize >> MappingScale));
355   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
356   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
357   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
358   Value *ShadowValue = IRB.CreateLoad(
359       IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
360
361   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
362
363   Instruction *CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(
364       cast<Instruction>(Cmp)->getNextNode(), Cmp);
365   IRBuilder<> IRB2(CheckTerm);
366
367   size_t Granularity = 1 << MappingScale;
368   if (TypeSize < 8 * Granularity) {
369     // Addr & (Granularity - 1)
370     Value *Lower3Bits = IRB2.CreateAnd(
371         AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
372     // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
373     Value *LastAccessedByte = IRB2.CreateAdd(
374         Lower3Bits, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
375     // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
376     LastAccessedByte = IRB2.CreateIntCast(
377         LastAccessedByte, IRB.getInt8Ty(), false);
378     // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
379     Value *Cmp2 = IRB2.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
380
381     CheckTerm = splitBlockAndInsertIfThen(CheckTerm, Cmp2);
382   }
383
384   IRBuilder<> IRB1(CheckTerm);
385   Instruction *Crash = generateCrashCode(IRB1, AddrLong, IsWrite, TypeSize);
386   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
387   ReplaceInstWithInst(CheckTerm, new UnreachableInst(*C));
388 }
389
390 // This function replaces all global variables with new variables that have
391 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
392 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
393 bool AddressSanitizer::insertGlobalRedzones(Module &M) {
394   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
395
396   for (Module::GlobalListType::iterator G = M.getGlobalList().begin(),
397        E = M.getGlobalList().end(); G != E; ++G) {
398     Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
399     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G);
400
401     if (!Ty->isSized()) continue;
402     if (!G->hasInitializer()) continue;
403     // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
404     // Don't handle ODR type linkages since other modules may be built w/o asan.
405     if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
406         G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
407         G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
408       continue;
409     // Two problems with thread-locals:
410     //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
411     //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
412     if (G->isThreadLocal())
413       continue;
414     // For now, just ignore this Alloca if the alignment is large.
415     if (G->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
416
417     // Ignore all the globals with the names starting with "\01L_OBJC_".
418     // Many of those are put into the .cstring section. The linker compresses
419     // that section by removing the spare \0s after the string terminator, so
420     // our redzones get broken.
421     if ((G->getName().find("\01L_OBJC_") == 0) ||
422         (G->getName().find("\01l_OBJC_") == 0)) {
423       DEBUG(dbgs() << "Ignoring \\01L_OBJC_* global: " << *G);
424       continue;
425     }
426
427     if (G->hasSection()) {
428       StringRef Section(G->getSection());
429       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
430       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
431       // them.
432       if ((Section.find("__OBJC,") == 0) ||
433           (Section.find("__DATA, __objc_") == 0)) {
434         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G);
435         continue;
436       }
437       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
438       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
439       //  -- the string buffer is emitted into
440       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
441       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
442       //     is placed into __DATA,__cfstring
443       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
444       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
445       if (Section.find("__DATA,__cfstring") == 0) {
446         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G);
447         continue;
448       }
449     }
450
451     GlobalsToChange.push_back(G);
452   }
453
454   size_t n = GlobalsToChange.size();
455   if (n == 0) return false;
456
457   // A global is described by a structure
458   //   size_t beg;
459   //   size_t size;
460   //   size_t size_with_redzone;
461   //   const char *name;
462   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
463   StructType *GlobalStructTy = StructType::get(IntptrTy, IntptrTy,
464                                                IntptrTy, IntptrTy, NULL);
465   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
466
467   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
468
469   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
470     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
471     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
472     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
473     uint64_t SizeInBytes = TD->getTypeStoreSizeInBits(Ty) / 8;
474     uint64_t RightRedzoneSize = RedzoneSize +
475         (RedzoneSize - (SizeInBytes % RedzoneSize));
476     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
477
478     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, NULL);
479     Constant *NewInitializer = ConstantStruct::get(
480         NewTy, G->getInitializer(),
481         Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), NULL);
482
483     SmallString<2048> DescriptionOfGlobal = G->getName();
484     DescriptionOfGlobal += " (";
485     DescriptionOfGlobal += M.getModuleIdentifier();
486     DescriptionOfGlobal += ")";
487     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(M, DescriptionOfGlobal);
488
489     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
490     GlobalVariable *NewGlobal = new GlobalVariable(
491         M, NewTy, G->isConstant(), G->getLinkage(),
492         NewInitializer, "", G, G->isThreadLocal());
493     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
494     NewGlobal->setAlignment(RedzoneSize);
495
496     Value *Indices2[2];
497     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
498     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
499
500     G->replaceAllUsesWith(
501         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewGlobal, Indices2, true));
502     NewGlobal->takeName(G);
503     G->eraseFromParent();
504
505     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
506         GlobalStructTy,
507         ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
508         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
509         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
510         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
511         NULL);
512     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL:\n" << *NewGlobal);
513   }
514
515   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
516   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
517       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::PrivateLinkage,
518       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
519
520   Function *AsanRegisterGlobals = cast<Function>(M.getOrInsertFunction(
521       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
522   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
523
524   IRB.CreateCall2(AsanRegisterGlobals,
525                   IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
526                   ConstantInt::get(IntptrTy, n));
527
528   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
529   // gets closed.
530   Function *AsanDtorFunction = Function::Create(
531       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
532       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
533   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
534   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
535   Function *AsanUnregisterGlobals = cast<Function>(M.getOrInsertFunction(
536       kAsanUnregisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, NULL));
537   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
538
539   IRB_Dtor.CreateCall2(AsanUnregisterGlobals,
540                        IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
541                        ConstantInt::get(IntptrTy, n));
542   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
543
544   DEBUG(dbgs() << M);
545   return true;
546 }
547
548 // virtual
549 bool AddressSanitizer::runOnModule(Module &M) {
550   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
551   TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
552   if (!TD)
553     return false;
554   BL.reset(new BlackList(ClBlackListFile));
555
556   CurrentModule = &M;
557   C = &(M.getContext());
558   LongSize = TD->getPointerSizeInBits();
559   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
560   IntptrPtrTy = PointerType::get(IntptrTy, 0);
561
562   AsanCtorFunction = Function::Create(
563       FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
564       GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleCtorName, &M);
565   BasicBlock *AsanCtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanCtorFunction);
566   CtorInsertBefore = ReturnInst::Create(*C, AsanCtorBB);
567
568   // call __asan_init in the module ctor.
569   IRBuilder<> IRB(CtorInsertBefore);
570   AsanInitFunction = cast<Function>(
571       M.getOrInsertFunction(kAsanInitName, IRB.getVoidTy(), NULL));
572   AsanInitFunction->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
573   IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
574
575   MappingOffset = LongSize == 32
576       ? kDefaultShadowOffset32 : kDefaultShadowOffset64;
577   if (ClMappingOffsetLog >= 0) {
578     if (ClMappingOffsetLog == 0) {
579       // special case
580       MappingOffset = 0;
581     } else {
582       MappingOffset = 1ULL << ClMappingOffsetLog;
583     }
584   }
585   MappingScale = kDefaultShadowScale;
586   if (ClMappingScale) {
587     MappingScale = ClMappingScale;
588   }
589   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
590   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
591   RedzoneSize = std::max(32, (int)(1 << MappingScale));
592
593   bool Res = false;
594
595   if (ClGlobals)
596     Res |= insertGlobalRedzones(M);
597
598   // Tell the run-time the current values of mapping offset and scale.
599   GlobalValue *asan_mapping_offset =
600       new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
601                      ConstantInt::get(IntptrTy, MappingOffset),
602                      kAsanMappingOffsetName);
603   GlobalValue *asan_mapping_scale =
604       new GlobalVariable(M, IntptrTy, true, GlobalValue::LinkOnceODRLinkage,
605                          ConstantInt::get(IntptrTy, MappingScale),
606                          kAsanMappingScaleName);
607   // Read these globals, otherwise they may be optimized away.
608   IRB.CreateLoad(asan_mapping_scale, true);
609   IRB.CreateLoad(asan_mapping_offset, true);
610
611
612   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
613     if (F->isDeclaration()) continue;
614     Res |= handleFunction(M, *F);
615   }
616
617   appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndCtorPriority);
618
619   return Res;
620 }
621
622 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
623   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
624   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
625   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
626   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
627   // the shadow memory.
628   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
629   // instrumented functions.
630   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
631     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
632     IRB.CreateCall(AsanInitFunction);
633     return true;
634   }
635   return false;
636 }
637
638 bool AddressSanitizer::handleFunction(Module &M, Function &F) {
639   if (BL->isIn(F)) return false;
640   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
641
642   // If needed, insert __asan_init before checking for AddressSafety attr.
643   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
644
645   if (!F.hasFnAttr(Attribute::AddressSafety)) return false;
646
647   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName())
648     return false;
649   // We want to instrument every address only once per basic block
650   // (unless there are calls between uses).
651   SmallSet<Value*, 16> TempsToInstrument;
652   SmallVector<Instruction*, 16> ToInstrument;
653   SmallVector<Instruction*, 8> NoReturnCalls;
654
655   // Fill the set of memory operations to instrument.
656   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
657        FI != FE; ++FI) {
658     TempsToInstrument.clear();
659     for (BasicBlock::iterator BI = FI->begin(), BE = FI->end();
660          BI != BE; ++BI) {
661       if (LooksLikeCodeInBug11395(BI)) return false;
662       if ((isa<LoadInst>(BI) && ClInstrumentReads) ||
663           (isa<StoreInst>(BI) && ClInstrumentWrites)) {
664         Value *Addr = getLDSTOperand(BI);
665         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
666           if (!TempsToInstrument.insert(Addr))
667             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
668         }
669       } else if (isa<MemIntrinsic>(BI) && ClMemIntrin) {
670         // ok, take it.
671       } else {
672         if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(BI)) {
673           // A call inside BB.
674           TempsToInstrument.clear();
675           if (CI->doesNotReturn()) {
676             NoReturnCalls.push_back(CI);
677           }
678         }
679         continue;
680       }
681       ToInstrument.push_back(BI);
682     }
683   }
684
685   // Instrument.
686   int NumInstrumented = 0;
687   for (size_t i = 0, n = ToInstrument.size(); i != n; i++) {
688     Instruction *Inst = ToInstrument[i];
689     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
690         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
691       if (isa<StoreInst>(Inst) || isa<LoadInst>(Inst))
692         instrumentMop(Inst);
693       else
694         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
695     }
696     NumInstrumented++;
697   }
698
699   DEBUG(dbgs() << F);
700
701   bool ChangedStack = poisonStackInFunction(M, F);
702
703   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
704   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
705   for (size_t i = 0, n = NoReturnCalls.size(); i != n; i++) {
706     Instruction *CI = NoReturnCalls[i];
707     IRBuilder<> IRB(CI);
708     IRB.CreateCall(M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName,
709                                          IRB.getVoidTy(), NULL));
710   }
711
712   return NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
713 }
714
715 static uint64_t ValueForPoison(uint64_t PoisonByte, size_t ShadowRedzoneSize) {
716   if (ShadowRedzoneSize == 1) return PoisonByte;
717   if (ShadowRedzoneSize == 2) return (PoisonByte << 8) + PoisonByte;
718   if (ShadowRedzoneSize == 4)
719     return (PoisonByte << 24) + (PoisonByte << 16) +
720         (PoisonByte << 8) + (PoisonByte);
721   llvm_unreachable("ShadowRedzoneSize is either 1, 2 or 4");
722 }
723
724 static void PoisonShadowPartialRightRedzone(uint8_t *Shadow,
725                                             size_t Size,
726                                             size_t RedzoneSize,
727                                             size_t ShadowGranularity,
728                                             uint8_t Magic) {
729   for (size_t i = 0; i < RedzoneSize;
730        i+= ShadowGranularity, Shadow++) {
731     if (i + ShadowGranularity <= Size) {
732       *Shadow = 0;  // fully addressable
733     } else if (i >= Size) {
734       *Shadow = Magic;  // unaddressable
735     } else {
736       *Shadow = Size - i;  // first Size-i bytes are addressable
737     }
738   }
739 }
740
741 void AddressSanitizer::PoisonStack(const ArrayRef<AllocaInst*> &AllocaVec,
742                                    IRBuilder<> IRB,
743                                    Value *ShadowBase, bool DoPoison) {
744   size_t ShadowRZSize = RedzoneSize >> MappingScale;
745   assert(ShadowRZSize >= 1 && ShadowRZSize <= 4);
746   Type *RZTy = Type::getIntNTy(*C, ShadowRZSize * 8);
747   Type *RZPtrTy = PointerType::get(RZTy, 0);
748
749   Value *PoisonLeft  = ConstantInt::get(RZTy,
750     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackLeftRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
751   Value *PoisonMid   = ConstantInt::get(RZTy,
752     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackMidRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
753   Value *PoisonRight = ConstantInt::get(RZTy,
754     ValueForPoison(DoPoison ? kAsanStackRightRedzoneMagic : 0LL, ShadowRZSize));
755
756   // poison the first red zone.
757   IRB.CreateStore(PoisonLeft, IRB.CreateIntToPtr(ShadowBase, RZPtrTy));
758
759   // poison all other red zones.
760   uint64_t Pos = RedzoneSize;
761   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
762     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
763     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
764     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
765     assert(AlignedSize - SizeInBytes < RedzoneSize);
766     Value *Ptr = NULL;
767
768     Pos += AlignedSize;
769
770     assert(ShadowBase->getType() == IntptrTy);
771     if (SizeInBytes < AlignedSize) {
772       // Poison the partial redzone at right
773       Ptr = IRB.CreateAdd(
774           ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy,
775                                        (Pos >> MappingScale) - ShadowRZSize));
776       size_t AddressableBytes = RedzoneSize - (AlignedSize - SizeInBytes);
777       uint32_t Poison = 0;
778       if (DoPoison) {
779         PoisonShadowPartialRightRedzone((uint8_t*)&Poison, AddressableBytes,
780                                         RedzoneSize,
781                                         1ULL << MappingScale,
782                                         kAsanStackPartialRedzoneMagic);
783       }
784       Value *PartialPoison = ConstantInt::get(RZTy, Poison);
785       IRB.CreateStore(PartialPoison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
786     }
787
788     // Poison the full redzone at right.
789     Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase,
790                         ConstantInt::get(IntptrTy, Pos >> MappingScale));
791     Value *Poison = i == AllocaVec.size() - 1 ? PoisonRight : PoisonMid;
792     IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, RZPtrTy));
793
794     Pos += RedzoneSize;
795   }
796 }
797
798 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
799 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
800 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
801 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
802   if (LongSize != 32) return false;
803   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
804   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
805   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
806   // We have inline assembly with quite a few arguments.
807   return true;
808 }
809
810 // Find all static Alloca instructions and put
811 // poisoned red zones around all of them.
812 // Then unpoison everything back before the function returns.
813 //
814 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
815 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
816 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
817 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
818 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
819 // actual function which catches the exception. Most likely because the
820 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
821 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
822 // It sounds like an LLVM bug.
823 bool AddressSanitizer::poisonStackInFunction(Module &M, Function &F) {
824   if (!ClStack) return false;
825   SmallVector<AllocaInst*, 16> AllocaVec;
826   SmallVector<Instruction*, 8> RetVec;
827   uint64_t TotalSize = 0;
828
829   // Filter out Alloca instructions we want (and can) handle.
830   // Collect Ret instructions.
831   for (Function::iterator FI = F.begin(), FE = F.end();
832        FI != FE; ++FI) {
833     BasicBlock &BB = *FI;
834     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end();
835          BI != BE; ++BI) {
836       if (isa<ReturnInst>(BI)) {
837           RetVec.push_back(BI);
838           continue;
839       }
840
841       AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(BI);
842       if (!AI) continue;
843       if (AI->isArrayAllocation()) continue;
844       if (!AI->isStaticAlloca()) continue;
845       if (!AI->getAllocatedType()->isSized()) continue;
846       if (AI->getAlignment() > RedzoneSize) continue;
847       AllocaVec.push_back(AI);
848       uint64_t AlignedSize =  getAlignedAllocaSize(AI);
849       TotalSize += AlignedSize;
850     }
851   }
852
853   if (AllocaVec.empty()) return false;
854
855   uint64_t LocalStackSize = TotalSize + (AllocaVec.size() + 1) * RedzoneSize;
856
857   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn
858       && LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
859
860   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
861   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
862
863
864   Type *ByteArrayTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), LocalStackSize);
865   AllocaInst *MyAlloca =
866       new AllocaInst(ByteArrayTy, "MyAlloca", InsBefore);
867   MyAlloca->setAlignment(RedzoneSize);
868   assert(MyAlloca->isStaticAlloca());
869   Value *OrigStackBase = IRB.CreatePointerCast(MyAlloca, IntptrTy);
870   Value *LocalStackBase = OrigStackBase;
871
872   if (DoStackMalloc) {
873     Value *AsanStackMallocFunc = M.getOrInsertFunction(
874         kAsanStackMallocName, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
875     LocalStackBase = IRB.CreateCall2(AsanStackMallocFunc,
876         ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize), OrigStackBase);
877   }
878
879   // This string will be parsed by the run-time (DescribeStackAddress).
880   SmallString<2048> StackDescriptionStorage;
881   raw_svector_ostream StackDescription(StackDescriptionStorage);
882   StackDescription << F.getName() << " " << AllocaVec.size() << " ";
883
884   uint64_t Pos = RedzoneSize;
885   // Replace Alloca instructions with base+offset.
886   for (size_t i = 0, n = AllocaVec.size(); i < n; i++) {
887     AllocaInst *AI = AllocaVec[i];
888     uint64_t SizeInBytes = getAllocaSizeInBytes(AI);
889     StringRef Name = AI->getName();
890     StackDescription << Pos << " " << SizeInBytes << " "
891                      << Name.size() << " " << Name << " ";
892     uint64_t AlignedSize = getAlignedAllocaSize(AI);
893     assert((AlignedSize % RedzoneSize) == 0);
894     AI->replaceAllUsesWith(
895         IRB.CreateIntToPtr(
896             IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Pos)),
897             AI->getType()));
898     Pos += AlignedSize + RedzoneSize;
899   }
900   assert(Pos == LocalStackSize);
901
902   // Write the Magic value and the frame description constant to the redzone.
903   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
904   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
905                   BasePlus0);
906   Value *BasePlus1 = IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
907                                    ConstantInt::get(IntptrTy, LongSize/8));
908   BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(BasePlus1, IntptrPtrTy);
909   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(
910       createPrivateGlobalForString(M, StackDescription.str()),
911       IntptrTy);
912   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
913
914   // Poison the stack redzones at the entry.
915   Value *ShadowBase = memToShadow(LocalStackBase, IRB);
916   PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRB, ShadowBase, true);
917
918   Value *AsanStackFreeFunc = NULL;
919   if (DoStackMalloc) {
920     AsanStackFreeFunc = M.getOrInsertFunction(
921         kAsanStackFreeName, IRB.getVoidTy(),
922         IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, NULL);
923   }
924
925   // Unpoison the stack before all ret instructions.
926   for (size_t i = 0, n = RetVec.size(); i < n; i++) {
927     Instruction *Ret = RetVec[i];
928     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
929
930     // Mark the current frame as retired.
931     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
932                        BasePlus0);
933     // Unpoison the stack.
934     PoisonStack(ArrayRef<AllocaInst*>(AllocaVec), IRBRet, ShadowBase, false);
935
936     if (DoStackMalloc) {
937       IRBRet.CreateCall3(AsanStackFreeFunc, LocalStackBase,
938                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize),
939                          OrigStackBase);
940     }
941   }
942
943   if (ClDebugStack) {
944     DEBUG(dbgs() << F);
945   }
946
947   return true;
948 }
949
950 BlackList::BlackList(const std::string &Path) {
951   Functions = NULL;
952   const char *kFunPrefix = "fun:";
953   if (!ClBlackListFile.size()) return;
954   std::string Fun;
955
956   OwningPtr<MemoryBuffer> File;
957   if (error_code EC = MemoryBuffer::getFile(ClBlackListFile.c_str(), File)) {
958     report_fatal_error("Can't open blacklist file " + ClBlackListFile + ": " +
959                        EC.message());
960   }
961   MemoryBuffer *Buff = File.take();
962   const char *Data = Buff->getBufferStart();
963   size_t DataLen = Buff->getBufferSize();
964   SmallVector<StringRef, 16> Lines;
965   SplitString(StringRef(Data, DataLen), Lines, "\n\r");
966   for (size_t i = 0, numLines = Lines.size(); i < numLines; i++) {
967     if (Lines[i].startswith(kFunPrefix)) {
968       std::string ThisFunc = Lines[i].substr(strlen(kFunPrefix));
969       std::string ThisFuncRE;
970       // add ThisFunc replacing * with .*
971       for (size_t j = 0, n = ThisFunc.size(); j < n; j++) {
972         if (ThisFunc[j] == '*')
973           ThisFuncRE += '.';
974         ThisFuncRE += ThisFunc[j];
975       }
976       // Check that the regexp is valid.
977       Regex CheckRE(ThisFuncRE);
978       std::string Error;
979       if (!CheckRE.isValid(Error))
980         report_fatal_error("malformed blacklist regex: " + ThisFunc +
981                            ": " + Error);
982       // Append to the final regexp.
983       if (Fun.size())
984         Fun += "|";
985       Fun += ThisFuncRE;
986     }
987   }
988   if (Fun.size()) {
989     Functions = new Regex(Fun);
990   }
991 }
992
993 bool BlackList::isIn(const Function &F) {
994   if (Functions) {
995     bool Res = Functions->match(F.getName());
996     return Res;
997   }
998   return false;
999 }