lib/Transforms/Instrumentation/MemorySanitizer.cpp

   1 //===-- MemorySanitizer.cpp - detector of uninitialized reads -------------===//
   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 /// \file
  10 /// This file is a part of MemorySanitizer, a detector of uninitialized
  11 /// reads.
  12 ///
  13 /// Status: early prototype.
  14 ///
  15 /// The algorithm of the tool is similar to Memcheck
  16 /// (http://goo.gl/QKbem). We associate a few shadow bits with every
  17 /// byte of the application memory, poison the shadow of the malloc-ed
  18 /// or alloca-ed memory, load the shadow bits on every memory read,
  19 /// propagate the shadow bits through some of the arithmetic
  20 /// instruction (including MOV), store the shadow bits on every memory
  21 /// write, report a bug on some other instructions (e.g. JMP) if the
  22 /// associated shadow is poisoned.
  23 ///
  24 /// But there are differences too. The first and the major one:
  25 /// compiler instrumentation instead of binary instrumentation. This
  26 /// gives us much better register allocation, possible compiler
  27 /// optimizations and a fast start-up. But this brings the major issue
  28 /// as well: msan needs to see all program events, including system
  29 /// calls and reads/writes in system libraries, so we either need to
  30 /// compile *everything* with msan or use a binary translation
  31 /// component (e.g. DynamoRIO) to instrument pre-built libraries.
  32 /// Another difference from Memcheck is that we use 8 shadow bits per
  33 /// byte of application memory and use a direct shadow mapping. This
  34 /// greatly simplifies the instrumentation code and avoids races on
  35 /// shadow updates (Memcheck is single-threaded so races are not a
  36 /// concern there. Memcheck uses 2 shadow bits per byte with a slow
  37 /// path storage that uses 8 bits per byte).
  38 ///
  39 /// The default value of shadow is 0, which means "clean" (not poisoned).
  40 ///
  41 /// Every module initializer should call __msan_init to ensure that the
  42 /// shadow memory is ready. On error, __msan_warning is called. Since
  43 /// parameters and return values may be passed via registers, we have a
  44 /// specialized thread-local shadow for return values
  45 /// (__msan_retval_tls) and parameters (__msan_param_tls).
  46 ///
  47 ///                           Origin tracking.
  48 ///
  49 /// MemorySanitizer can track origins (allocation points) of all uninitialized
  50 /// values. This behavior is controlled with a flag (msan-track-origins) and is
  51 /// disabled by default.
  52 ///
  53 /// Origins are 4-byte values created and interpreted by the runtime library.
  54 /// They are stored in a second shadow mapping, one 4-byte value for 4 bytes
  55 /// of application memory. Propagation of origins is basically a bunch of
  56 /// "select" instructions that pick the origin of a dirty argument, if an
  57 /// instruction has one.
  58 ///
  59 /// Every 4 aligned, consecutive bytes of application memory have one origin
  60 /// value associated with them. If these bytes contain uninitialized data
  61 /// coming from 2 different allocations, the last store wins. Because of this,
  62 /// MemorySanitizer reports can show unrelated origins, but this is unlikely in
  63 /// practice.
  64 ///
  65 /// Origins are meaningless for fully initialized values, so MemorySanitizer
  66 /// avoids storing origin to memory when a fully initialized value is stored.
  67 /// This way it avoids needless overwritting origin of the 4-byte region on
  68 /// a short (i.e. 1 byte) clean store, and it is also good for performance.
  69 //===----------------------------------------------------------------------===//
  70
  71 #define DEBUG_TYPE "msan"
  72
  73 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
  74 #include "BlackList.h"
  75 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  76 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
  77 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  78 #include "llvm/ADT/ValueMap.h"
  79 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  80 #include "llvm/IR/Function.h"
  81 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  82 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
  83 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  84 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  85 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  86 #include "llvm/IR/Module.h"
  87 #include "llvm/IR/Type.h"
  88 #include "llvm/InstVisitor.h"
  89 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  90 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  91 #include "llvm/Support/Debug.h"
  92 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  93 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  94 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  95 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
  96
  97 using namespace llvm;
  98
  99 static const uint64_t kShadowMask32 = 1ULL << 31;
 100 static const uint64_t kShadowMask64 = 1ULL << 46;
 101 static const uint64_t kOriginOffset32 = 1ULL << 30;
 102 static const uint64_t kOriginOffset64 = 1ULL << 45;
 103 static const unsigned kMinOriginAlignment = 4;
 104 static const unsigned kShadowTLSAlignment = 8;
 105
 106 /// \brief Track origins of uninitialized values.
 107 ///
 108 /// Adds a section to MemorySanitizer report that points to the allocation
 109 /// (stack or heap) the uninitialized bits came from originally.
 110 static cl::opt<bool> ClTrackOrigins("msan-track-origins",
 111        cl::desc("Track origins (allocation sites) of poisoned memory"),
 112        cl::Hidden, cl::init(false));
 113 static cl::opt<bool> ClKeepGoing("msan-keep-going",
 114        cl::desc("keep going after reporting a UMR"),
 115        cl::Hidden, cl::init(false));
 116 static cl::opt<bool> ClPoisonStack("msan-poison-stack",
 117        cl::desc("poison uninitialized stack variables"),
 118        cl::Hidden, cl::init(true));
 119 static cl::opt<bool> ClPoisonStackWithCall("msan-poison-stack-with-call",
 120        cl::desc("poison uninitialized stack variables with a call"),
 121        cl::Hidden, cl::init(false));
 122 static cl::opt<int> ClPoisonStackPattern("msan-poison-stack-pattern",
 123        cl::desc("poison uninitialized stack variables with the given patter"),
 124        cl::Hidden, cl::init(0xff));
 125
 126 static cl::opt<bool> ClHandleICmp("msan-handle-icmp",
 127        cl::desc("propagate shadow through ICmpEQ and ICmpNE"),
 128        cl::Hidden, cl::init(true));
 129
 130 static cl::opt<bool> ClStoreCleanOrigin("msan-store-clean-origin",
 131        cl::desc("store origin for clean (fully initialized) values"),
 132        cl::Hidden, cl::init(false));
 133
 134 // This flag controls whether we check the shadow of the address
 135 // operand of load or store. Such bugs are very rare, since load from
 136 // a garbage address typically results in SEGV, but still happen
 137 // (e.g. only lower bits of address are garbage, or the access happens
 138 // early at program startup where malloc-ed memory is more likely to
 139 // be zeroed. As of 2012-08-28 this flag adds 20% slowdown.
 140 static cl::opt<bool> ClCheckAccessAddress("msan-check-access-address",
 141        cl::desc("report accesses through a pointer which has poisoned shadow"),
 142        cl::Hidden, cl::init(true));
 143
 144 static cl::opt<bool> ClDumpStrictInstructions("msan-dump-strict-instructions",
 145        cl::desc("print out instructions with default strict semantics"),
 146        cl::Hidden, cl::init(false));
 147
 148 static cl::opt<std::string>  ClBlacklistFile("msan-blacklist",
 149        cl::desc("File containing the list of functions where MemorySanitizer "
 150                 "should not report bugs"), cl::Hidden);
 151
 152 namespace {
 153
 154 /// \brief An instrumentation pass implementing detection of uninitialized
 155 /// reads.
 156 ///
 157 /// MemorySanitizer: instrument the code in module to find
 158 /// uninitialized reads.
 159 class MemorySanitizer : public FunctionPass {
 160  public:
 161   MemorySanitizer(bool TrackOrigins = false,
 162                   StringRef BlacklistFile = StringRef())
 163     : FunctionPass(ID),
 164       TrackOrigins(TrackOrigins || ClTrackOrigins),
 165       TD(0),
 166       WarningFn(0),
 167       BlacklistFile(BlacklistFile.empty() ? ClBlacklistFile
 168                                           : BlacklistFile) { }
 169   const char *getPassName() const { return "MemorySanitizer"; }
 170   bool runOnFunction(Function &F);
 171   bool doInitialization(Module &M);
 172   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid.
 173
 174  private:
 175   void initializeCallbacks(Module &M);
 176
 177   /// \brief Track origins (allocation points) of uninitialized values.
 178   bool TrackOrigins;
 179
 180   DataLayout *TD;
 181   LLVMContext *C;
 182   Type *IntptrTy;
 183   Type *OriginTy;
 184   /// \brief Thread-local shadow storage for function parameters.
 185   GlobalVariable *ParamTLS;
 186   /// \brief Thread-local origin storage for function parameters.
 187   GlobalVariable *ParamOriginTLS;
 188   /// \brief Thread-local shadow storage for function return value.
 189   GlobalVariable *RetvalTLS;
 190   /// \brief Thread-local origin storage for function return value.
 191   GlobalVariable *RetvalOriginTLS;
 192   /// \brief Thread-local shadow storage for in-register va_arg function
 193   /// parameters (x86_64-specific).
 194   GlobalVariable *VAArgTLS;
 195   /// \brief Thread-local shadow storage for va_arg overflow area
 196   /// (x86_64-specific).
 197   GlobalVariable *VAArgOverflowSizeTLS;
 198   /// \brief Thread-local space used to pass origin value to the UMR reporting
 199   /// function.
 200   GlobalVariable *OriginTLS;
 201
 202   /// \brief The run-time callback to print a warning.
 203   Value *WarningFn;
 204   /// \brief Run-time helper that copies origin info for a memory range.
 205   Value *MsanCopyOriginFn;
 206   /// \brief Run-time helper that generates a new origin value for a stack
 207   /// allocation.
 208   Value *MsanSetAllocaOriginFn;
 209   /// \brief Run-time helper that poisons stack on function entry.
 210   Value *MsanPoisonStackFn;
 211   /// \brief MSan runtime replacements for memmove, memcpy and memset.
 212   Value *MemmoveFn, *MemcpyFn, *MemsetFn;
 213
 214   /// \brief Address mask used in application-to-shadow address calculation.
 215   /// ShadowAddr is computed as ApplicationAddr & ~ShadowMask.
 216   uint64_t ShadowMask;
 217   /// \brief Offset of the origin shadow from the "normal" shadow.
 218   /// OriginAddr is computed as (ShadowAddr + OriginOffset) & ~3ULL
 219   uint64_t OriginOffset;
 220   /// \brief Branch weights for error reporting.
 221   MDNode *ColdCallWeights;
 222   /// \brief Branch weights for origin store.
 223   MDNode *OriginStoreWeights;
 224   /// \bried Path to blacklist file.
 225   SmallString<64> BlacklistFile;
 226   /// \brief The blacklist.
 227   OwningPtr<BlackList> BL;
 228   /// \brief An empty volatile inline asm that prevents callback merge.
 229   InlineAsm *EmptyAsm;
 230
 231   friend struct MemorySanitizerVisitor;
 232   friend struct VarArgAMD64Helper;
 233 };
 234 }  // namespace
 235
 236 char MemorySanitizer::ID = 0;
 237 INITIALIZE_PASS(MemorySanitizer, "msan",
 238                 "MemorySanitizer: detects uninitialized reads.",
 239                 false, false)
 240
 241 FunctionPass *llvm::createMemorySanitizerPass(bool TrackOrigins,
 242                                               StringRef BlacklistFile) {
 243   return new MemorySanitizer(TrackOrigins, BlacklistFile);
 244 }
 245
 246 /// \brief Create a non-const global initialized with the given string.
 247 ///
 248 /// Creates a writable global for Str so that we can pass it to the
 249 /// run-time lib. Runtime uses first 4 bytes of the string to store the
 250 /// frame ID, so the string needs to be mutable.
 251 static GlobalVariable *createPrivateNonConstGlobalForString(Module &M,
 252                                                             StringRef Str) {
 253   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
 254   return new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), /*isConstant=*/false,
 255                             GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, "");
 256 }
 257
 258
 259 /// \brief Insert extern declaration of runtime-provided functions and globals.
 260 void MemorySanitizer::initializeCallbacks(Module &M) {
 261   // Only do this once.
 262   if (WarningFn)
 263     return;
 264
 265   IRBuilder<> IRB(*C);
 266   // Create the callback.
 267   // FIXME: this function should have "Cold" calling conv,
 268   // which is not yet implemented.
 269   StringRef WarningFnName = ClKeepGoing ? "__msan_warning"
 270                                         : "__msan_warning_noreturn";
 271   WarningFn = M.getOrInsertFunction(WarningFnName, IRB.getVoidTy(), NULL);
 272
 273   MsanCopyOriginFn = M.getOrInsertFunction(
 274     "__msan_copy_origin", IRB.getVoidTy(), IRB.getInt8PtrTy(),
 275     IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, NULL);
 276   MsanSetAllocaOriginFn = M.getOrInsertFunction(
 277     "__msan_set_alloca_origin", IRB.getVoidTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy,
 278     IRB.getInt8PtrTy(), NULL);
 279   MsanPoisonStackFn = M.getOrInsertFunction(
 280     "__msan_poison_stack", IRB.getVoidTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, NULL);
 281   MemmoveFn = M.getOrInsertFunction(
 282     "__msan_memmove", IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(),
 283     IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, NULL);
 284   MemcpyFn = M.getOrInsertFunction(
 285     "__msan_memcpy", IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(),
 286     IntptrTy, NULL);
 287   MemsetFn = M.getOrInsertFunction(
 288     "__msan_memset", IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt32Ty(),
 289     IntptrTy, NULL);
 290
 291   // Create globals.
 292   RetvalTLS = new GlobalVariable(
 293     M, ArrayType::get(IRB.getInt64Ty(), 8), false,
 294     GlobalVariable::ExternalLinkage, 0, "__msan_retval_tls", 0,
 295     GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 296   RetvalOriginTLS = new GlobalVariable(
 297     M, OriginTy, false, GlobalVariable::ExternalLinkage, 0,
 298     "__msan_retval_origin_tls", 0, GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 299
 300   ParamTLS = new GlobalVariable(
 301     M, ArrayType::get(IRB.getInt64Ty(), 1000), false,
 302     GlobalVariable::ExternalLinkage, 0, "__msan_param_tls", 0,
 303     GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 304   ParamOriginTLS = new GlobalVariable(
 305     M, ArrayType::get(OriginTy, 1000), false, GlobalVariable::ExternalLinkage,
 306     0, "__msan_param_origin_tls", 0, GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 307
 308   VAArgTLS = new GlobalVariable(
 309     M, ArrayType::get(IRB.getInt64Ty(), 1000), false,
 310     GlobalVariable::ExternalLinkage, 0, "__msan_va_arg_tls", 0,
 311     GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 312   VAArgOverflowSizeTLS = new GlobalVariable(
 313     M, IRB.getInt64Ty(), false, GlobalVariable::ExternalLinkage, 0,
 314     "__msan_va_arg_overflow_size_tls", 0,
 315     GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 316   OriginTLS = new GlobalVariable(
 317     M, IRB.getInt32Ty(), false, GlobalVariable::ExternalLinkage, 0,
 318     "__msan_origin_tls", 0, GlobalVariable::GeneralDynamicTLSModel);
 319
 320   // We insert an empty inline asm after __msan_report* to avoid callback merge.
 321   EmptyAsm = InlineAsm::get(FunctionType::get(IRB.getVoidTy(), false),
 322                             StringRef(""), StringRef(""),
 323                             /*hasSideEffects=*/true);
 324 }
 325
 326 /// \brief Module-level initialization.
 327 ///
 328 /// inserts a call to __msan_init to the module's constructor list.
 329 bool MemorySanitizer::doInitialization(Module &M) {
 330   TD = getAnalysisIfAvailable<DataLayout>();
 331   if (!TD)
 332     return false;
 333   BL.reset(new BlackList(BlacklistFile));
 334   C = &(M.getContext());
 335   unsigned PtrSize = TD->getPointerSizeInBits(/* AddressSpace */0);
 336   switch (PtrSize) {
 337     case 64:
 338       ShadowMask = kShadowMask64;
 339       OriginOffset = kOriginOffset64;
 340       break;
 341     case 32:
 342       ShadowMask = kShadowMask32;
 343       OriginOffset = kOriginOffset32;
 344       break;
 345     default:
 346       report_fatal_error("unsupported pointer size");
 347       break;
 348   }
 349
 350   IRBuilder<> IRB(*C);
 351   IntptrTy = IRB.getIntPtrTy(TD);
 352   OriginTy = IRB.getInt32Ty();
 353
 354   ColdCallWeights = MDBuilder(*C).createBranchWeights(1, 1000);
 355   OriginStoreWeights = MDBuilder(*C).createBranchWeights(1, 1000);
 356
 357   // Insert a call to __msan_init/__msan_track_origins into the module's CTORs.
 358   appendToGlobalCtors(M, cast<Function>(M.getOrInsertFunction(
 359                       "__msan_init", IRB.getVoidTy(), NULL)), 0);
 360
 361   new GlobalVariable(M, IRB.getInt32Ty(), true, GlobalValue::WeakODRLinkage,
 362                      IRB.getInt32(TrackOrigins), "__msan_track_origins");
 363
 364   return true;
 365 }
 366
 367 namespace {
 368
 369 /// \brief A helper class that handles instrumentation of VarArg
 370 /// functions on a particular platform.
 371 ///
 372 /// Implementations are expected to insert the instrumentation
 373 /// necessary to propagate argument shadow through VarArg function
 374 /// calls. Visit* methods are called during an InstVisitor pass over
 375 /// the function, and should avoid creating new basic blocks. A new
 376 /// instance of this class is created for each instrumented function.
 377 struct VarArgHelper {
 378   /// \brief Visit a CallSite.
 379   virtual void visitCallSite(CallSite &CS, IRBuilder<> &IRB) = 0;
 380
 381   /// \brief Visit a va_start call.
 382   virtual void visitVAStartInst(VAStartInst &I) = 0;
 383
 384   /// \brief Visit a va_copy call.
 385   virtual void visitVACopyInst(VACopyInst &I) = 0;
 386
 387   /// \brief Finalize function instrumentation.
 388   ///
 389   /// This method is called after visiting all interesting (see above)
 390   /// instructions in a function.
 391   virtual void finalizeInstrumentation() = 0;
 392
 393   virtual ~VarArgHelper() {}
 394 };
 395
 396 struct MemorySanitizerVisitor;
 397
 398 VarArgHelper*
 399 CreateVarArgHelper(Function &Func, MemorySanitizer &Msan,
 400                    MemorySanitizerVisitor &Visitor);
 401
 402 /// This class does all the work for a given function. Store and Load
 403 /// instructions store and load corresponding shadow and origin
 404 /// values. Most instructions propagate shadow from arguments to their
 405 /// return values. Certain instructions (most importantly, BranchInst)
 406 /// test their argument shadow and print reports (with a runtime call) if it's
 407 /// non-zero.
 408 struct MemorySanitizerVisitor : public InstVisitor<MemorySanitizerVisitor> {
 409   Function &F;
 410   MemorySanitizer &MS;
 411   SmallVector<PHINode *, 16> ShadowPHINodes, OriginPHINodes;
 412   ValueMap<Value*, Value*> ShadowMap, OriginMap;
 413   bool InsertChecks;
 414   OwningPtr<VarArgHelper> VAHelper;
 415
 416   // An unfortunate workaround for asymmetric lowering of va_arg stuff.
 417   // See a comment in visitCallSite for more details.
 418   static const unsigned AMD64GpEndOffset = 48;  // AMD64 ABI Draft 0.99.6 p3.5.7
 419   static const unsigned AMD64FpEndOffset = 176;
 420
 421   struct ShadowOriginAndInsertPoint {
 422     Instruction *Shadow;
 423     Instruction *Origin;
 424     Instruction *OrigIns;
 425     ShadowOriginAndInsertPoint(Instruction *S, Instruction *O, Instruction *I)
 426       : Shadow(S), Origin(O), OrigIns(I) { }
 427     ShadowOriginAndInsertPoint() : Shadow(0), Origin(0), OrigIns(0) { }
 428   };
 429   SmallVector<ShadowOriginAndInsertPoint, 16> InstrumentationList;
 430   SmallVector<Instruction*, 16> StoreList;
 431
 432   MemorySanitizerVisitor(Function &F, MemorySanitizer &MS)
 433     : F(F), MS(MS), VAHelper(CreateVarArgHelper(F, MS, *this)) {
 434     InsertChecks = !MS.BL->isIn(F);
 435     DEBUG(if (!InsertChecks)
 436             dbgs() << "MemorySanitizer is not inserting checks into '"
 437                    << F.getName() << "'\n");
 438   }
 439
 440   void materializeStores() {
 441     for (size_t i = 0, n = StoreList.size(); i < n; i++) {
 442       StoreInst& I = *dyn_cast<StoreInst>(StoreList[i]);
 443
 444       IRBuilder<> IRB(&I);
 445       Value *Val = I.getValueOperand();
 446       Value *Addr = I.getPointerOperand();
 447       Value *Shadow = getShadow(Val);
 448       Value *ShadowPtr = getShadowPtr(Addr, Shadow->getType(), IRB);
 449
 450       StoreInst *NewSI =
 451         IRB.CreateAlignedStore(Shadow, ShadowPtr, I.getAlignment());
 452       DEBUG(dbgs() << "  STORE: " << *NewSI << "\n");
 453       (void)NewSI;
 454       // If the store is volatile, add a check.
 455       if (I.isVolatile())
 456         insertCheck(Val, &I);
 457       if (ClCheckAccessAddress)
 458         insertCheck(Addr, &I);
 459
 460       if (MS.TrackOrigins) {
 461         unsigned Alignment = std::max(kMinOriginAlignment, I.getAlignment());
 462         if (ClStoreCleanOrigin || isa<StructType>(Shadow->getType())) {
 463           IRB.CreateAlignedStore(getOrigin(Val), getOriginPtr(Addr, IRB),
 464                                  Alignment);
 465         } else {
 466           Value *ConvertedShadow = convertToShadowTyNoVec(Shadow, IRB);
 467
 468           Constant *Cst = dyn_cast_or_null<Constant>(ConvertedShadow);
 469           // TODO(eugenis): handle non-zero constant shadow by inserting an
 470           // unconditional check (can not simply fail compilation as this could
 471           // be in the dead code).
 472           if (Cst)
 473             continue;
 474
 475           Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ConvertedShadow,
 476               getCleanShadow(ConvertedShadow), "_mscmp");
 477           Instruction *CheckTerm =
 478             SplitBlockAndInsertIfThen(cast<Instruction>(Cmp), false,
 479                                       MS.OriginStoreWeights);
 480           IRBuilder<> IRBNew(CheckTerm);
 481           IRBNew.CreateAlignedStore(getOrigin(Val), getOriginPtr(Addr, IRBNew),
 482                                     Alignment);
 483         }
 484       }
 485     }
 486   }
 487
 488   void materializeChecks() {
 489     for (size_t i = 0, n = InstrumentationList.size(); i < n; i++) {
 490       Instruction *Shadow = InstrumentationList[i].Shadow;
 491       Instruction *OrigIns = InstrumentationList[i].OrigIns;
 492       IRBuilder<> IRB(OrigIns);
 493       DEBUG(dbgs() << "  SHAD0 : " << *Shadow << "\n");
 494       Value *ConvertedShadow = convertToShadowTyNoVec(Shadow, IRB);
 495       DEBUG(dbgs() << "  SHAD1 : " << *ConvertedShadow << "\n");
 496       Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ConvertedShadow,
 497                                     getCleanShadow(ConvertedShadow), "_mscmp");
 498       Instruction *CheckTerm =
 499         SplitBlockAndInsertIfThen(cast<Instruction>(Cmp),
 500                                   /* Unreachable */ !ClKeepGoing,
 501                                   MS.ColdCallWeights);
 502
 503       IRB.SetInsertPoint(CheckTerm);
 504       if (MS.TrackOrigins) {
 505         Instruction *Origin = InstrumentationList[i].Origin;
 506         IRB.CreateStore(Origin ? (Value*)Origin : (Value*)IRB.getInt32(0),
 507                         MS.OriginTLS);
 508       }
 509       CallInst *Call = IRB.CreateCall(MS.WarningFn);
 510       Call->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
 511       IRB.CreateCall(MS.EmptyAsm);
 512       DEBUG(dbgs() << "  CHECK: " << *Cmp << "\n");
 513     }
 514     DEBUG(dbgs() << "DONE:\n" << F);
 515   }
 516
 517   /// \brief Add MemorySanitizer instrumentation to a function.
 518   bool runOnFunction() {
 519     MS.initializeCallbacks(*F.getParent());
 520     if (!MS.TD) return false;
 521
 522     // In the presence of unreachable blocks, we may see Phi nodes with
 523     // incoming nodes from such blocks. Since InstVisitor skips unreachable
 524     // blocks, such nodes will not have any shadow value associated with them.
 525     // It's easier to remove unreachable blocks than deal with missing shadow.
 526     removeUnreachableBlocks(F);
 527
 528     // Iterate all BBs in depth-first order and create shadow instructions
 529     // for all instructions (where applicable).
 530     // For PHI nodes we create dummy shadow PHIs which will be finalized later.
 531     for (df_iterator<BasicBlock*> DI = df_begin(&F.getEntryBlock()),
 532          DE = df_end(&F.getEntryBlock()); DI != DE; ++DI) {
 533       BasicBlock *BB = *DI;
 534       visit(*BB);
 535     }
 536
 537     // Finalize PHI nodes.
 538     for (size_t i = 0, n = ShadowPHINodes.size(); i < n; i++) {
 539       PHINode *PN = ShadowPHINodes[i];
 540       PHINode *PNS = cast<PHINode>(getShadow(PN));
 541       PHINode *PNO = MS.TrackOrigins ? cast<PHINode>(getOrigin(PN)) : 0;
 542       size_t NumValues = PN->getNumIncomingValues();
 543       for (size_t v = 0; v < NumValues; v++) {
 544         PNS->addIncoming(getShadow(PN, v), PN->getIncomingBlock(v));
 545         if (PNO)
 546           PNO->addIncoming(getOrigin(PN, v), PN->getIncomingBlock(v));
 547       }
 548     }
 549
 550     VAHelper->finalizeInstrumentation();
 551
 552     // Delayed instrumentation of StoreInst.
 553     // This may add new checks to be inserted later.
 554     materializeStores();
 555
 556     // Insert shadow value checks.
 557     materializeChecks();
 558
 559     return true;
 560   }
 561
 562   /// \brief Compute the shadow type that corresponds to a given Value.
 563   Type *getShadowTy(Value *V) {
 564     return getShadowTy(V->getType());
 565   }
 566
 567   /// \brief Compute the shadow type that corresponds to a given Type.
 568   Type *getShadowTy(Type *OrigTy) {
 569     if (!OrigTy->isSized()) {
 570       return 0;
 571     }
 572     // For integer type, shadow is the same as the original type.
 573     // This may return weird-sized types like i1.
 574     if (IntegerType *IT = dyn_cast<IntegerType>(OrigTy))
 575       return IT;
 576     if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(OrigTy)) {
 577       uint32_t EltSize = MS.TD->getTypeSizeInBits(VT->getElementType());
 578       return VectorType::get(IntegerType::get(*MS.C, EltSize),
 579                              VT->getNumElements());
 580     }
 581     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(OrigTy)) {
 582       SmallVector<Type*, 4> Elements;
 583       for (unsigned i = 0, n = ST->getNumElements(); i < n; i++)
 584         Elements.push_back(getShadowTy(ST->getElementType(i)));
 585       StructType *Res = StructType::get(*MS.C, Elements, ST->isPacked());
 586       DEBUG(dbgs() << "getShadowTy: " << *ST << " ===> " << *Res << "\n");
 587       return Res;
 588     }
 589     uint32_t TypeSize = MS.TD->getTypeSizeInBits(OrigTy);
 590     return IntegerType::get(*MS.C, TypeSize);
 591   }
 592
 593   /// \brief Flatten a vector type.
 594   Type *getShadowTyNoVec(Type *ty) {
 595     if (VectorType *vt = dyn_cast<VectorType>(ty))
 596       return IntegerType::get(*MS.C, vt->getBitWidth());
 597     return ty;
 598   }
 599
 600   /// \brief Convert a shadow value to it's flattened variant.
 601   Value *convertToShadowTyNoVec(Value *V, IRBuilder<> &IRB) {
 602     Type *Ty = V->getType();
 603     Type *NoVecTy = getShadowTyNoVec(Ty);
 604     if (Ty == NoVecTy) return V;
 605     return IRB.CreateBitCast(V, NoVecTy);
 606   }
 607
 608   /// \brief Compute the shadow address that corresponds to a given application
 609   /// address.
 610   ///
 611   /// Shadow = Addr & ~ShadowMask.
 612   Value *getShadowPtr(Value *Addr, Type *ShadowTy,
 613                       IRBuilder<> &IRB) {
 614     Value *ShadowLong =
 615       IRB.CreateAnd(IRB.CreatePointerCast(Addr, MS.IntptrTy),
 616                     ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ~MS.ShadowMask));
 617     return IRB.CreateIntToPtr(ShadowLong, PointerType::get(ShadowTy, 0));
 618   }
 619
 620   /// \brief Compute the origin address that corresponds to a given application
 621   /// address.
 622   ///
 623   /// OriginAddr = (ShadowAddr + OriginOffset) & ~3ULL
 624   Value *getOriginPtr(Value *Addr, IRBuilder<> &IRB) {
 625     Value *ShadowLong =
 626       IRB.CreateAnd(IRB.CreatePointerCast(Addr, MS.IntptrTy),
 627                     ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ~MS.ShadowMask));
 628     Value *Add =
 629       IRB.CreateAdd(ShadowLong,
 630                     ConstantInt::get(MS.IntptrTy, MS.OriginOffset));
 631     Value *SecondAnd =
 632       IRB.CreateAnd(Add, ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ~3ULL));
 633     return IRB.CreateIntToPtr(SecondAnd, PointerType::get(IRB.getInt32Ty(), 0));
 634   }
 635
 636   /// \brief Compute the shadow address for a given function argument.
 637   ///
 638   /// Shadow = ParamTLS+ArgOffset.
 639   Value *getShadowPtrForArgument(Value *A, IRBuilder<> &IRB,
 640                                  int ArgOffset) {
 641     Value *Base = IRB.CreatePointerCast(MS.ParamTLS, MS.IntptrTy);
 642     Base = IRB.CreateAdd(Base, ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ArgOffset));
 643     return IRB.CreateIntToPtr(Base, PointerType::get(getShadowTy(A), 0),
 644                               "_msarg");
 645   }
 646
 647   /// \brief Compute the origin address for a given function argument.
 648   Value *getOriginPtrForArgument(Value *A, IRBuilder<> &IRB,
 649                                  int ArgOffset) {
 650     if (!MS.TrackOrigins) return 0;
 651     Value *Base = IRB.CreatePointerCast(MS.ParamOriginTLS, MS.IntptrTy);
 652     Base = IRB.CreateAdd(Base, ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ArgOffset));
 653     return IRB.CreateIntToPtr(Base, PointerType::get(MS.OriginTy, 0),
 654                               "_msarg_o");
 655   }
 656
 657   /// \brief Compute the shadow address for a retval.
 658   Value *getShadowPtrForRetval(Value *A, IRBuilder<> &IRB) {
 659     Value *Base = IRB.CreatePointerCast(MS.RetvalTLS, MS.IntptrTy);
 660     return IRB.CreateIntToPtr(Base, PointerType::get(getShadowTy(A), 0),
 661                               "_msret");
 662   }
 663
 664   /// \brief Compute the origin address for a retval.
 665   Value *getOriginPtrForRetval(IRBuilder<> &IRB) {
 666     // We keep a single origin for the entire retval. Might be too optimistic.
 667     return MS.RetvalOriginTLS;
 668   }
 669
 670   /// \brief Set SV to be the shadow value for V.
 671   void setShadow(Value *V, Value *SV) {
 672     assert(!ShadowMap.count(V) && "Values may only have one shadow");
 673     ShadowMap[V] = SV;
 674   }
 675
 676   /// \brief Set Origin to be the origin value for V.
 677   void setOrigin(Value *V, Value *Origin) {
 678     if (!MS.TrackOrigins) return;
 679     assert(!OriginMap.count(V) && "Values may only have one origin");
 680     DEBUG(dbgs() << "ORIGIN: " << *V << "  ==> " << *Origin << "\n");
 681     OriginMap[V] = Origin;
 682   }
 683
 684   /// \brief Create a clean shadow value for a given value.
 685   ///
 686   /// Clean shadow (all zeroes) means all bits of the value are defined
 687   /// (initialized).
 688   Value *getCleanShadow(Value *V) {
 689     Type *ShadowTy = getShadowTy(V);
 690     if (!ShadowTy)
 691       return 0;
 692     return Constant::getNullValue(ShadowTy);
 693   }
 694
 695   /// \brief Create a dirty shadow of a given shadow type.
 696   Constant *getPoisonedShadow(Type *ShadowTy) {
 697     assert(ShadowTy);
 698     if (isa<IntegerType>(ShadowTy) || isa<VectorType>(ShadowTy))
 699       return Constant::getAllOnesValue(ShadowTy);
 700     StructType *ST = cast<StructType>(ShadowTy);
 701     SmallVector<Constant *, 4> Vals;
 702     for (unsigned i = 0, n = ST->getNumElements(); i < n; i++)
 703       Vals.push_back(getPoisonedShadow(ST->getElementType(i)));
 704     return ConstantStruct::get(ST, Vals);
 705   }
 706
 707   /// \brief Create a clean (zero) origin.
 708   Value *getCleanOrigin() {
 709     return Constant::getNullValue(MS.OriginTy);
 710   }
 711
 712   /// \brief Get the shadow value for a given Value.
 713   ///
 714   /// This function either returns the value set earlier with setShadow,
 715   /// or extracts if from ParamTLS (for function arguments).
 716   Value *getShadow(Value *V) {
 717     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
 718       // For instructions the shadow is already stored in the map.
 719       Value *Shadow = ShadowMap[V];
 720       if (!Shadow) {
 721         DEBUG(dbgs() << "No shadow: " << *V << "\n" << *(I->getParent()));
 722         (void)I;
 723         assert(Shadow && "No shadow for a value");
 724       }
 725       return Shadow;
 726     }
 727     if (UndefValue *U = dyn_cast<UndefValue>(V)) {
 728       Value *AllOnes = getPoisonedShadow(getShadowTy(V));
 729       DEBUG(dbgs() << "Undef: " << *U << " ==> " << *AllOnes << "\n");
 730       (void)U;
 731       return AllOnes;
 732     }
 733     if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
 734       // For arguments we compute the shadow on demand and store it in the map.
 735       Value **ShadowPtr = &ShadowMap[V];
 736       if (*ShadowPtr)
 737         return *ShadowPtr;
 738       Function *F = A->getParent();
 739       IRBuilder<> EntryIRB(F->getEntryBlock().getFirstNonPHI());
 740       unsigned ArgOffset = 0;
 741       for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
 742            AI != AE; ++AI) {
 743         if (!AI->getType()->isSized()) {
 744           DEBUG(dbgs() << "Arg is not sized\n");
 745           continue;
 746         }
 747         unsigned Size = AI->hasByValAttr()
 748           ? MS.TD->getTypeAllocSize(AI->getType()->getPointerElementType())
 749           : MS.TD->getTypeAllocSize(AI->getType());
 750         if (A == AI) {
 751           Value *Base = getShadowPtrForArgument(AI, EntryIRB, ArgOffset);
 752           if (AI->hasByValAttr()) {
 753             // ByVal pointer itself has clean shadow. We copy the actual
 754             // argument shadow to the underlying memory.
 755             Value *Cpy = EntryIRB.CreateMemCpy(
 756               getShadowPtr(V, EntryIRB.getInt8Ty(), EntryIRB),
 757               Base, Size, AI->getParamAlignment());
 758             DEBUG(dbgs() << "  ByValCpy: " << *Cpy << "\n");
 759             (void)Cpy;
 760             *ShadowPtr = getCleanShadow(V);
 761           } else {
 762             *ShadowPtr = EntryIRB.CreateLoad(Base);
 763           }
 764           DEBUG(dbgs() << "  ARG:    "  << *AI << " ==> " <<
 765                 **ShadowPtr << "\n");
 766           if (MS.TrackOrigins) {
 767             Value* OriginPtr = getOriginPtrForArgument(AI, EntryIRB, ArgOffset);
 768             setOrigin(A, EntryIRB.CreateLoad(OriginPtr));
 769           }
 770         }
 771         ArgOffset += DataLayout::RoundUpAlignment(Size, 8);
 772       }
 773       assert(*ShadowPtr && "Could not find shadow for an argument");
 774       return *ShadowPtr;
 775     }
 776     // For everything else the shadow is zero.
 777     return getCleanShadow(V);
 778   }
 779
 780   /// \brief Get the shadow for i-th argument of the instruction I.
 781   Value *getShadow(Instruction *I, int i) {
 782     return getShadow(I->getOperand(i));
 783   }
 784
 785   /// \brief Get the origin for a value.
 786   Value *getOrigin(Value *V) {
 787     if (!MS.TrackOrigins) return 0;
 788     if (isa<Instruction>(V) || isa<Argument>(V)) {
 789       Value *Origin = OriginMap[V];
 790       if (!Origin) {
 791         DEBUG(dbgs() << "NO ORIGIN: " << *V << "\n");
 792         Origin = getCleanOrigin();
 793       }
 794       return Origin;
 795     }
 796     return getCleanOrigin();
 797   }
 798
 799   /// \brief Get the origin for i-th argument of the instruction I.
 800   Value *getOrigin(Instruction *I, int i) {
 801     return getOrigin(I->getOperand(i));
 802   }
 803
 804   /// \brief Remember the place where a shadow check should be inserted.
 805   ///
 806   /// This location will be later instrumented with a check that will print a
 807   /// UMR warning in runtime if the value is not fully defined.
 808   void insertCheck(Value *Val, Instruction *OrigIns) {
 809     assert(Val);
 810     if (!InsertChecks) return;
 811     Instruction *Shadow = dyn_cast_or_null<Instruction>(getShadow(Val));
 812     if (!Shadow) return;
 813 #ifndef NDEBUG
 814     Type *ShadowTy = Shadow->getType();
 815     assert((isa<IntegerType>(ShadowTy) || isa<VectorType>(ShadowTy)) &&
 816            "Can only insert checks for integer and vector shadow types");
 817 #endif
 818     Instruction *Origin = dyn_cast_or_null<Instruction>(getOrigin(Val));
 819     InstrumentationList.push_back(
 820       ShadowOriginAndInsertPoint(Shadow, Origin, OrigIns));
 821   }
 822
 823   // ------------------- Visitors.
 824
 825   /// \brief Instrument LoadInst
 826   ///
 827   /// Loads the corresponding shadow and (optionally) origin.
 828   /// Optionally, checks that the load address is fully defined.
 829   void visitLoadInst(LoadInst &I) {
 830     assert(I.getType()->isSized() && "Load type must have size");
 831     IRBuilder<> IRB(&I);
 832     Type *ShadowTy = getShadowTy(&I);
 833     Value *Addr = I.getPointerOperand();
 834     Value *ShadowPtr = getShadowPtr(Addr, ShadowTy, IRB);
 835     setShadow(&I, IRB.CreateAlignedLoad(ShadowPtr, I.getAlignment(), "_msld"));
 836
 837     if (ClCheckAccessAddress)
 838       insertCheck(I.getPointerOperand(), &I);
 839
 840     if (MS.TrackOrigins) {
 841       unsigned Alignment = std::max(kMinOriginAlignment, I.getAlignment());
 842       setOrigin(&I, IRB.CreateAlignedLoad(getOriginPtr(Addr, IRB), Alignment));
 843     }
 844   }
 845
 846   /// \brief Instrument StoreInst
 847   ///
 848   /// Stores the corresponding shadow and (optionally) origin.
 849   /// Optionally, checks that the store address is fully defined.
 850   /// Volatile stores check that the value being stored is fully defined.
 851   void visitStoreInst(StoreInst &I) {
 852     StoreList.push_back(&I);
 853   }
 854
 855   // Vector manipulation.
 856   void visitExtractElementInst(ExtractElementInst &I) {
 857     insertCheck(I.getOperand(1), &I);
 858     IRBuilder<> IRB(&I);
 859     setShadow(&I, IRB.CreateExtractElement(getShadow(&I, 0), I.getOperand(1),
 860               "_msprop"));
 861     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 862   }
 863
 864   void visitInsertElementInst(InsertElementInst &I) {
 865     insertCheck(I.getOperand(2), &I);
 866     IRBuilder<> IRB(&I);
 867     setShadow(&I, IRB.CreateInsertElement(getShadow(&I, 0), getShadow(&I, 1),
 868               I.getOperand(2), "_msprop"));
 869     setOriginForNaryOp(I);
 870   }
 871
 872   void visitShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst &I) {
 873     insertCheck(I.getOperand(2), &I);
 874     IRBuilder<> IRB(&I);
 875     setShadow(&I, IRB.CreateShuffleVector(getShadow(&I, 0), getShadow(&I, 1),
 876               I.getOperand(2), "_msprop"));
 877     setOriginForNaryOp(I);
 878   }
 879
 880   // Casts.
 881   void visitSExtInst(SExtInst &I) {
 882     IRBuilder<> IRB(&I);
 883     setShadow(&I, IRB.CreateSExt(getShadow(&I, 0), I.getType(), "_msprop"));
 884     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 885   }
 886
 887   void visitZExtInst(ZExtInst &I) {
 888     IRBuilder<> IRB(&I);
 889     setShadow(&I, IRB.CreateZExt(getShadow(&I, 0), I.getType(), "_msprop"));
 890     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 891   }
 892
 893   void visitTruncInst(TruncInst &I) {
 894     IRBuilder<> IRB(&I);
 895     setShadow(&I, IRB.CreateTrunc(getShadow(&I, 0), I.getType(), "_msprop"));
 896     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 897   }
 898
 899   void visitBitCastInst(BitCastInst &I) {
 900     IRBuilder<> IRB(&I);
 901     setShadow(&I, IRB.CreateBitCast(getShadow(&I, 0), getShadowTy(&I)));
 902     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 903   }
 904
 905   void visitPtrToIntInst(PtrToIntInst &I) {
 906     IRBuilder<> IRB(&I);
 907     setShadow(&I, IRB.CreateIntCast(getShadow(&I, 0), getShadowTy(&I), false,
 908              "_msprop_ptrtoint"));
 909     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 910   }
 911
 912   void visitIntToPtrInst(IntToPtrInst &I) {
 913     IRBuilder<> IRB(&I);
 914     setShadow(&I, IRB.CreateIntCast(getShadow(&I, 0), getShadowTy(&I), false,
 915              "_msprop_inttoptr"));
 916     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
 917   }
 918
 919   void visitFPToSIInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 920   void visitFPToUIInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 921   void visitSIToFPInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 922   void visitUIToFPInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 923   void visitFPExtInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 924   void visitFPTruncInst(CastInst& I) { handleShadowOr(I); }
 925
 926   /// \brief Propagate shadow for bitwise AND.
 927   ///
 928   /// This code is exact, i.e. if, for example, a bit in the left argument
 929   /// is defined and 0, then neither the value not definedness of the
 930   /// corresponding bit in B don't affect the resulting shadow.
 931   void visitAnd(BinaryOperator &I) {
 932     IRBuilder<> IRB(&I);
 933     //  "And" of 0 and a poisoned value results in unpoisoned value.
 934     //  1&1 => 1;     0&1 => 0;     p&1 => p;
 935     //  1&0 => 0;     0&0 => 0;     p&0 => 0;
 936     //  1&p => p;     0&p => 0;     p&p => p;
 937     //  S = (S1 & S2) | (V1 & S2) | (S1 & V2)
 938     Value *S1 = getShadow(&I, 0);
 939     Value *S2 = getShadow(&I, 1);
 940     Value *V1 = I.getOperand(0);
 941     Value *V2 = I.getOperand(1);
 942     if (V1->getType() != S1->getType()) {
 943       V1 = IRB.CreateIntCast(V1, S1->getType(), false);
 944       V2 = IRB.CreateIntCast(V2, S2->getType(), false);
 945     }
 946     Value *S1S2 = IRB.CreateAnd(S1, S2);
 947     Value *V1S2 = IRB.CreateAnd(V1, S2);
 948     Value *S1V2 = IRB.CreateAnd(S1, V2);
 949     setShadow(&I, IRB.CreateOr(S1S2, IRB.CreateOr(V1S2, S1V2)));
 950     setOriginForNaryOp(I);
 951   }
 952
 953   void visitOr(BinaryOperator &I) {
 954     IRBuilder<> IRB(&I);
 955     //  "Or" of 1 and a poisoned value results in unpoisoned value.
 956     //  1|1 => 1;     0|1 => 1;     p|1 => 1;
 957     //  1|0 => 1;     0|0 => 0;     p|0 => p;
 958     //  1|p => 1;     0|p => p;     p|p => p;
 959     //  S = (S1 & S2) | (~V1 & S2) | (S1 & ~V2)
 960     Value *S1 = getShadow(&I, 0);
 961     Value *S2 = getShadow(&I, 1);
 962     Value *V1 = IRB.CreateNot(I.getOperand(0));
 963     Value *V2 = IRB.CreateNot(I.getOperand(1));
 964     if (V1->getType() != S1->getType()) {
 965       V1 = IRB.CreateIntCast(V1, S1->getType(), false);
 966       V2 = IRB.CreateIntCast(V2, S2->getType(), false);
 967     }
 968     Value *S1S2 = IRB.CreateAnd(S1, S2);
 969     Value *V1S2 = IRB.CreateAnd(V1, S2);
 970     Value *S1V2 = IRB.CreateAnd(S1, V2);
 971     setShadow(&I, IRB.CreateOr(S1S2, IRB.CreateOr(V1S2, S1V2)));
 972     setOriginForNaryOp(I);
 973   }
 974
 975   /// \brief Default propagation of shadow and/or origin.
 976   ///
 977   /// This class implements the general case of shadow propagation, used in all
 978   /// cases where we don't know and/or don't care about what the operation
 979   /// actually does. It converts all input shadow values to a common type
 980   /// (extending or truncating as necessary), and bitwise OR's them.
 981   ///
 982   /// This is much cheaper than inserting checks (i.e. requiring inputs to be
 983   /// fully initialized), and less prone to false positives.
 984   ///
 985   /// This class also implements the general case of origin propagation. For a
 986   /// Nary operation, result origin is set to the origin of an argument that is
 987   /// not entirely initialized. If there is more than one such arguments, the
 988   /// rightmost of them is picked. It does not matter which one is picked if all
 989   /// arguments are initialized.
 990   template <bool CombineShadow>
 991   class Combiner {
 992     Value *Shadow;
 993     Value *Origin;
 994     IRBuilder<> &IRB;
 995     MemorySanitizerVisitor *MSV;
 996
 997   public:
 998     Combiner(MemorySanitizerVisitor *MSV, IRBuilder<> &IRB) :
 999       Shadow(0), Origin(0), IRB(IRB), MSV(MSV) {}
1000
1001     /// \brief Add a pair of shadow and origin values to the mix.
1002     Combiner &Add(Value *OpShadow, Value *OpOrigin) {
1003       if (CombineShadow) {
1004         assert(OpShadow);
1005         if (!Shadow)
1006           Shadow = OpShadow;
1007         else {
1008           OpShadow = MSV->CreateShadowCast(IRB, OpShadow, Shadow->getType());
1009           Shadow = IRB.CreateOr(Shadow, OpShadow, "_msprop");
1010         }
1011       }
1012
1013       if (MSV->MS.TrackOrigins) {
1014         assert(OpOrigin);
1015         if (!Origin) {
1016           Origin = OpOrigin;
1017         } else {
1018           Value *FlatShadow = MSV->convertToShadowTyNoVec(OpShadow, IRB);
1019           Value *Cond = IRB.CreateICmpNE(FlatShadow,
1020                                          MSV->getCleanShadow(FlatShadow));
1021           Origin = IRB.CreateSelect(Cond, OpOrigin, Origin);
1022         }
1023       }
1024       return *this;
1025     }
1026
1027     /// \brief Add an application value to the mix.
1028     Combiner &Add(Value *V) {
1029       Value *OpShadow = MSV->getShadow(V);
1030       Value *OpOrigin = MSV->MS.TrackOrigins ? MSV->getOrigin(V) : 0;
1031       return Add(OpShadow, OpOrigin);
1032     }
1033
1034     /// \brief Set the current combined values as the given instruction's shadow
1035     /// and origin.
1036     void Done(Instruction *I) {
1037       if (CombineShadow) {
1038         assert(Shadow);
1039         Shadow = MSV->CreateShadowCast(IRB, Shadow, MSV->getShadowTy(I));
1040         MSV->setShadow(I, Shadow);
1041       }
1042       if (MSV->MS.TrackOrigins) {
1043         assert(Origin);
1044         MSV->setOrigin(I, Origin);
1045       }
1046     }
1047   };
1048
1049   typedef Combiner<true> ShadowAndOriginCombiner;
1050   typedef Combiner<false> OriginCombiner;
1051
1052   /// \brief Propagate origin for arbitrary operation.
1053   void setOriginForNaryOp(Instruction &I) {
1054     if (!MS.TrackOrigins) return;
1055     IRBuilder<> IRB(&I);
1056     OriginCombiner OC(this, IRB);
1057     for (Instruction::op_iterator OI = I.op_begin(); OI != I.op_end(); ++OI)
1058       OC.Add(OI->get());
1059     OC.Done(&I);
1060   }
1061
1062   size_t VectorOrPrimitiveTypeSizeInBits(Type *Ty) {
1063     assert(!(Ty->isVectorTy() && Ty->getScalarType()->isPointerTy()) &&
1064            "Vector of pointers is not a valid shadow type");
1065     return Ty->isVectorTy() ?
1066       Ty->getVectorNumElements() * Ty->getScalarSizeInBits() :
1067       Ty->getPrimitiveSizeInBits();
1068   }
1069
1070   /// \brief Cast between two shadow types, extending or truncating as
1071   /// necessary.
1072   Value *CreateShadowCast(IRBuilder<> &IRB, Value *V, Type *dstTy) {
1073     Type *srcTy = V->getType();
1074     if (dstTy->isIntegerTy() && srcTy->isIntegerTy())
1075       return IRB.CreateIntCast(V, dstTy, false);
1076     if (dstTy->isVectorTy() && srcTy->isVectorTy() &&
1077         dstTy->getVectorNumElements() == srcTy->getVectorNumElements())
1078       return IRB.CreateIntCast(V, dstTy, false);
1079     size_t srcSizeInBits = VectorOrPrimitiveTypeSizeInBits(srcTy);
1080     size_t dstSizeInBits = VectorOrPrimitiveTypeSizeInBits(dstTy);
1081     Value *V1 = IRB.CreateBitCast(V, Type::getIntNTy(*MS.C, srcSizeInBits));
1082     Value *V2 =
1083       IRB.CreateIntCast(V1, Type::getIntNTy(*MS.C, dstSizeInBits), false);
1084     return IRB.CreateBitCast(V2, dstTy);
1085     // TODO: handle struct types.
1086   }
1087
1088   /// \brief Propagate shadow for arbitrary operation.
1089   void handleShadowOr(Instruction &I) {
1090     IRBuilder<> IRB(&I);
1091     ShadowAndOriginCombiner SC(this, IRB);
1092     for (Instruction::op_iterator OI = I.op_begin(); OI != I.op_end(); ++OI)
1093       SC.Add(OI->get());
1094     SC.Done(&I);
1095   }
1096
1097   void visitFAdd(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1098   void visitFSub(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1099   void visitFMul(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1100   void visitAdd(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1101   void visitSub(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1102   void visitXor(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1103   void visitMul(BinaryOperator &I) { handleShadowOr(I); }
1104
1105   void handleDiv(Instruction &I) {
1106     IRBuilder<> IRB(&I);
1107     // Strict on the second argument.
1108     insertCheck(I.getOperand(1), &I);
1109     setShadow(&I, getShadow(&I, 0));
1110     setOrigin(&I, getOrigin(&I, 0));
1111   }
1112
1113   void visitUDiv(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1114   void visitSDiv(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1115   void visitFDiv(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1116   void visitURem(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1117   void visitSRem(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1118   void visitFRem(BinaryOperator &I) { handleDiv(I); }
1119
1120   /// \brief Instrument == and != comparisons.
1121   ///
1122   /// Sometimes the comparison result is known even if some of the bits of the
1123   /// arguments are not.
1124   void handleEqualityComparison(ICmpInst &I) {
1125     IRBuilder<> IRB(&I);
1126     Value *A = I.getOperand(0);
1127     Value *B = I.getOperand(1);
1128     Value *Sa = getShadow(A);
1129     Value *Sb = getShadow(B);
1130
1131     // Get rid of pointers and vectors of pointers.
1132     // For ints (and vectors of ints), types of A and Sa match,
1133     // and this is a no-op.
1134     A = IRB.CreatePointerCast(A, Sa->getType());
1135     B = IRB.CreatePointerCast(B, Sb->getType());
1136
1137     // A == B  <==>  (C = A^B) == 0
1138     // A != B  <==>  (C = A^B) != 0
1139     // Sc = Sa | Sb
1140     Value *C = IRB.CreateXor(A, B);
1141     Value *Sc = IRB.CreateOr(Sa, Sb);
1142     // Now dealing with i = (C == 0) comparison (or C != 0, does not matter now)
1143     // Result is defined if one of the following is true
1144     // * there is a defined 1 bit in C
1145     // * C is fully defined
1146     // Si = !(C & ~Sc) && Sc
1147     Value *Zero = Constant::getNullValue(Sc->getType());
1148     Value *MinusOne = Constant::getAllOnesValue(Sc->getType());
1149     Value *Si =
1150       IRB.CreateAnd(IRB.CreateICmpNE(Sc, Zero),
1151                     IRB.CreateICmpEQ(
1152                       IRB.CreateAnd(IRB.CreateXor(Sc, MinusOne), C), Zero));
1153     Si->setName("_msprop_icmp");
1154     setShadow(&I, Si);
1155     setOriginForNaryOp(I);
1156   }
1157
1158   /// \brief Instrument signed relational comparisons.
1159   ///
1160   /// Handle (x<0) and (x>=0) comparisons (essentially, sign bit tests) by
1161   /// propagating the highest bit of the shadow. Everything else is delegated
1162   /// to handleShadowOr().
1163   void handleSignedRelationalComparison(ICmpInst &I) {
1164     Constant *constOp0 = dyn_cast<Constant>(I.getOperand(0));
1165     Constant *constOp1 = dyn_cast<Constant>(I.getOperand(1));
1166     Value* op = NULL;
1167     CmpInst::Predicate pre = I.getPredicate();
1168     if (constOp0 && constOp0->isNullValue() &&
1169         (pre == CmpInst::ICMP_SGT || pre == CmpInst::ICMP_SLE)) {
1170       op = I.getOperand(1);
1171     } else if (constOp1 && constOp1->isNullValue() &&
1172                (pre == CmpInst::ICMP_SLT || pre == CmpInst::ICMP_SGE)) {
1173       op = I.getOperand(0);
1174     }
1175     if (op) {
1176       IRBuilder<> IRB(&I);
1177       Value* Shadow =
1178         IRB.CreateICmpSLT(getShadow(op), getCleanShadow(op), "_msprop_icmpslt");
1179       setShadow(&I, Shadow);
1180       setOrigin(&I, getOrigin(op));
1181     } else {
1182       handleShadowOr(I);
1183     }
1184   }
1185
1186   void visitICmpInst(ICmpInst &I) {
1187     if (ClHandleICmp && I.isEquality())
1188       handleEqualityComparison(I);
1189     else if (ClHandleICmp && I.isSigned() && I.isRelational())
1190       handleSignedRelationalComparison(I);
1191     else
1192       handleShadowOr(I);
1193   }
1194
1195   void visitFCmpInst(FCmpInst &I) {
1196     handleShadowOr(I);
1197   }
1198
1199   void handleShift(BinaryOperator &I) {
1200     IRBuilder<> IRB(&I);
1201     // If any of the S2 bits are poisoned, the whole thing is poisoned.
1202     // Otherwise perform the same shift on S1.
1203     Value *S1 = getShadow(&I, 0);
1204     Value *S2 = getShadow(&I, 1);
1205     Value *S2Conv = IRB.CreateSExt(IRB.CreateICmpNE(S2, getCleanShadow(S2)),
1206                                    S2->getType());
1207     Value *V2 = I.getOperand(1);
1208     Value *Shift = IRB.CreateBinOp(I.getOpcode(), S1, V2);
1209     setShadow(&I, IRB.CreateOr(Shift, S2Conv));
1210     setOriginForNaryOp(I);
1211   }
1212
1213   void visitShl(BinaryOperator &I) { handleShift(I); }
1214   void visitAShr(BinaryOperator &I) { handleShift(I); }
1215   void visitLShr(BinaryOperator &I) { handleShift(I); }
1216
1217   /// \brief Instrument llvm.memmove
1218   ///
1219   /// At this point we don't know if llvm.memmove will be inlined or not.
1220   /// If we don't instrument it and it gets inlined,
1221   /// our interceptor will not kick in and we will lose the memmove.
1222   /// If we instrument the call here, but it does not get inlined,
1223   /// we will memove the shadow twice: which is bad in case
1224   /// of overlapping regions. So, we simply lower the intrinsic to a call.
1225   ///
1226   /// Similar situation exists for memcpy and memset.
1227   void visitMemMoveInst(MemMoveInst &I) {
1228     IRBuilder<> IRB(&I);
1229     IRB.CreateCall3(
1230       MS.MemmoveFn,
1231       IRB.CreatePointerCast(I.getArgOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
1232       IRB.CreatePointerCast(I.getArgOperand(1), IRB.getInt8PtrTy()),
1233       IRB.CreateIntCast(I.getArgOperand(2), MS.IntptrTy, false));
1234     I.eraseFromParent();
1235   }
1236
1237   // Similar to memmove: avoid copying shadow twice.
1238   // This is somewhat unfortunate as it may slowdown small constant memcpys.
1239   // FIXME: consider doing manual inline for small constant sizes and proper
1240   // alignment.
1241   void visitMemCpyInst(MemCpyInst &I) {
1242     IRBuilder<> IRB(&I);
1243     IRB.CreateCall3(
1244       MS.MemcpyFn,
1245       IRB.CreatePointerCast(I.getArgOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
1246       IRB.CreatePointerCast(I.getArgOperand(1), IRB.getInt8PtrTy()),
1247       IRB.CreateIntCast(I.getArgOperand(2), MS.IntptrTy, false));
1248     I.eraseFromParent();
1249   }
1250
1251   // Same as memcpy.
1252   void visitMemSetInst(MemSetInst &I) {
1253     IRBuilder<> IRB(&I);
1254     IRB.CreateCall3(
1255       MS.MemsetFn,
1256       IRB.CreatePointerCast(I.getArgOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
1257       IRB.CreateIntCast(I.getArgOperand(1), IRB.getInt32Ty(), false),
1258       IRB.CreateIntCast(I.getArgOperand(2), MS.IntptrTy, false));
1259     I.eraseFromParent();
1260   }
1261
1262   void visitVAStartInst(VAStartInst &I) {
1263     VAHelper->visitVAStartInst(I);
1264   }
1265
1266   void visitVACopyInst(VACopyInst &I) {
1267     VAHelper->visitVACopyInst(I);
1268   }
1269
1270   enum IntrinsicKind {
1271     IK_DoesNotAccessMemory,
1272     IK_OnlyReadsMemory,
1273     IK_WritesMemory
1274   };
1275
1276   static IntrinsicKind getIntrinsicKind(Intrinsic::ID iid) {
1277     const int DoesNotAccessMemory = IK_DoesNotAccessMemory;
1278     const int OnlyReadsArgumentPointees = IK_OnlyReadsMemory;
1279     const int OnlyReadsMemory = IK_OnlyReadsMemory;
1280     const int OnlyAccessesArgumentPointees = IK_WritesMemory;
1281     const int UnknownModRefBehavior = IK_WritesMemory;
1282 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
1283 #define ModRefBehavior IntrinsicKind
1284 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
1285 #undef ModRefBehavior
1286 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
1287   }
1288
1289   /// \brief Handle vector store-like intrinsics.
1290   ///
1291   /// Instrument intrinsics that look like a simple SIMD store: writes memory,
1292   /// has 1 pointer argument and 1 vector argument, returns void.
1293   bool handleVectorStoreIntrinsic(IntrinsicInst &I) {
1294     IRBuilder<> IRB(&I);
1295     Value* Addr = I.getArgOperand(0);
1296     Value *Shadow = getShadow(&I, 1);
1297     Value *ShadowPtr = getShadowPtr(Addr, Shadow->getType(), IRB);
1298
1299     // We don't know the pointer alignment (could be unaligned SSE store!).
1300     // Have to assume to worst case.
1301     IRB.CreateAlignedStore(Shadow, ShadowPtr, 1);
1302
1303     if (ClCheckAccessAddress)
1304       insertCheck(Addr, &I);
1305
1306     // FIXME: use ClStoreCleanOrigin
1307     // FIXME: factor out common code from materializeStores
1308     if (MS.TrackOrigins)
1309       IRB.CreateStore(getOrigin(&I, 1), getOriginPtr(Addr, IRB));
1310     return true;
1311   }
1312
1313   /// \brief Handle vector load-like intrinsics.
1314   ///
1315   /// Instrument intrinsics that look like a simple SIMD load: reads memory,
1316   /// has 1 pointer argument, returns a vector.
1317   bool handleVectorLoadIntrinsic(IntrinsicInst &I) {
1318     IRBuilder<> IRB(&I);
1319     Value *Addr = I.getArgOperand(0);
1320
1321     Type *ShadowTy = getShadowTy(&I);
1322     Value *ShadowPtr = getShadowPtr(Addr, ShadowTy, IRB);
1323     // We don't know the pointer alignment (could be unaligned SSE load!).
1324     // Have to assume to worst case.
1325     setShadow(&I, IRB.CreateAlignedLoad(ShadowPtr, 1, "_msld"));
1326
1327     if (ClCheckAccessAddress)
1328       insertCheck(Addr, &I);
1329
1330     if (MS.TrackOrigins)
1331       setOrigin(&I, IRB.CreateLoad(getOriginPtr(Addr, IRB)));
1332     return true;
1333   }
1334
1335   /// \brief Handle (SIMD arithmetic)-like intrinsics.
1336   ///
1337   /// Instrument intrinsics with any number of arguments of the same type,
1338   /// equal to the return type. The type should be simple (no aggregates or
1339   /// pointers; vectors are fine).
1340   /// Caller guarantees that this intrinsic does not access memory.
1341   bool maybeHandleSimpleNomemIntrinsic(IntrinsicInst &I) {
1342     Type *RetTy = I.getType();
1343     if (!(RetTy->isIntOrIntVectorTy() ||
1344           RetTy->isFPOrFPVectorTy() ||
1345           RetTy->isX86_MMXTy()))
1346       return false;
1347
1348     unsigned NumArgOperands = I.getNumArgOperands();
1349
1350     for (unsigned i = 0; i < NumArgOperands; ++i) {
1351       Type *Ty = I.getArgOperand(i)->getType();
1352       if (Ty != RetTy)
1353         return false;
1354     }
1355
1356     IRBuilder<> IRB(&I);
1357     ShadowAndOriginCombiner SC(this, IRB);
1358     for (unsigned i = 0; i < NumArgOperands; ++i)
1359       SC.Add(I.getArgOperand(i));
1360     SC.Done(&I);
1361
1362     return true;
1363   }
1364
1365   /// \brief Heuristically instrument unknown intrinsics.
1366   ///
1367   /// The main purpose of this code is to do something reasonable with all
1368   /// random intrinsics we might encounter, most importantly - SIMD intrinsics.
1369   /// We recognize several classes of intrinsics by their argument types and
1370   /// ModRefBehaviour and apply special intrumentation when we are reasonably
1371   /// sure that we know what the intrinsic does.
1372   ///
1373   /// We special-case intrinsics where this approach fails. See llvm.bswap
1374   /// handling as an example of that.
1375   bool handleUnknownIntrinsic(IntrinsicInst &I) {
1376     unsigned NumArgOperands = I.getNumArgOperands();
1377     if (NumArgOperands == 0)
1378       return false;
1379
1380     Intrinsic::ID iid = I.getIntrinsicID();
1381     IntrinsicKind IK = getIntrinsicKind(iid);
1382     bool OnlyReadsMemory = IK == IK_OnlyReadsMemory;
1383     bool WritesMemory = IK == IK_WritesMemory;
1384     assert(!(OnlyReadsMemory && WritesMemory));
1385
1386     if (NumArgOperands == 2 &&
1387         I.getArgOperand(0)->getType()->isPointerTy() &&
1388         I.getArgOperand(1)->getType()->isVectorTy() &&
1389         I.getType()->isVoidTy() &&
1390         WritesMemory) {
1391       // This looks like a vector store.
1392       return handleVectorStoreIntrinsic(I);
1393     }
1394
1395     if (NumArgOperands == 1 &&
1396         I.getArgOperand(0)->getType()->isPointerTy() &&
1397         I.getType()->isVectorTy() &&
1398         OnlyReadsMemory) {
1399       // This looks like a vector load.
1400       return handleVectorLoadIntrinsic(I);
1401     }
1402
1403     if (!OnlyReadsMemory && !WritesMemory)
1404       if (maybeHandleSimpleNomemIntrinsic(I))
1405         return true;
1406
1407     // FIXME: detect and handle SSE maskstore/maskload
1408     return false;
1409   }
1410
1411   void handleBswap(IntrinsicInst &I) {
1412     IRBuilder<> IRB(&I);
1413     Value *Op = I.getArgOperand(0);
1414     Type *OpType = Op->getType();
1415     Function *BswapFunc = Intrinsic::getDeclaration(
1416       F.getParent(), Intrinsic::bswap, ArrayRef<Type*>(&OpType, 1));
1417     setShadow(&I, IRB.CreateCall(BswapFunc, getShadow(Op)));
1418     setOrigin(&I, getOrigin(Op));
1419   }
1420
1421   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &I) {
1422     switch (I.getIntrinsicID()) {
1423     case llvm::Intrinsic::bswap:
1424       handleBswap(I);
1425       break;
1426     default:
1427       if (!handleUnknownIntrinsic(I))
1428         visitInstruction(I);
1429       break;
1430     }
1431   }
1432
1433   void visitCallSite(CallSite CS) {
1434     Instruction &I = *CS.getInstruction();
1435     assert((CS.isCall() || CS.isInvoke()) && "Unknown type of CallSite");
1436     if (CS.isCall()) {
1437       CallInst *Call = cast<CallInst>(&I);
1438
1439       // For inline asm, do the usual thing: check argument shadow and mark all
1440       // outputs as clean. Note that any side effects of the inline asm that are
1441       // not immediately visible in its constraints are not handled.
1442       if (Call->isInlineAsm()) {
1443         visitInstruction(I);
1444         return;
1445       }
1446
1447       // Allow only tail calls with the same types, otherwise
1448       // we may have a false positive: shadow for a non-void RetVal
1449       // will get propagated to a void RetVal.
1450       if (Call->isTailCall() && Call->getType() != Call->getParent()->getType())
1451         Call->setTailCall(false);
1452
1453       assert(!isa<IntrinsicInst>(&I) && "intrinsics are handled elsewhere");
1454
1455       // We are going to insert code that relies on the fact that the callee
1456       // will become a non-readonly function after it is instrumented by us. To
1457       // prevent this code from being optimized out, mark that function
1458       // non-readonly in advance.
1459       if (Function *Func = Call->getCalledFunction()) {
1460         // Clear out readonly/readnone attributes.
1461         AttrBuilder B;
1462         B.addAttribute(Attribute::ReadOnly)
1463           .addAttribute(Attribute::ReadNone);
1464         Func->removeAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1465                               Attribute::get(Func->getContext(), B));
1466       }
1467     }
1468     IRBuilder<> IRB(&I);
1469     unsigned ArgOffset = 0;
1470     DEBUG(dbgs() << "  CallSite: " << I << "\n");
1471     for (CallSite::arg_iterator ArgIt = CS.arg_begin(), End = CS.arg_end();
1472          ArgIt != End; ++ArgIt) {
1473       Value *A = *ArgIt;
1474       unsigned i = ArgIt - CS.arg_begin();
1475       if (!A->getType()->isSized()) {
1476         DEBUG(dbgs() << "Arg " << i << " is not sized: " << I << "\n");
1477         continue;
1478       }
1479       unsigned Size = 0;
1480       Value *Store = 0;
1481       // Compute the Shadow for arg even if it is ByVal, because
1482       // in that case getShadow() will copy the actual arg shadow to
1483       // __msan_param_tls.
1484       Value *ArgShadow = getShadow(A);
1485       Value *ArgShadowBase = getShadowPtrForArgument(A, IRB, ArgOffset);
1486       DEBUG(dbgs() << "  Arg#" << i << ": " << *A <<
1487             " Shadow: " << *ArgShadow << "\n");
1488       if (CS.paramHasAttr(i + 1, Attribute::ByVal)) {
1489         assert(A->getType()->isPointerTy() &&
1490                "ByVal argument is not a pointer!");
1491         Size = MS.TD->getTypeAllocSize(A->getType()->getPointerElementType());
1492         unsigned Alignment = CS.getParamAlignment(i + 1);
1493         Store = IRB.CreateMemCpy(ArgShadowBase,
1494                                  getShadowPtr(A, Type::getInt8Ty(*MS.C), IRB),
1495                                  Size, Alignment);
1496       } else {
1497         Size = MS.TD->getTypeAllocSize(A->getType());
1498         Store = IRB.CreateAlignedStore(ArgShadow, ArgShadowBase,
1499                                        kShadowTLSAlignment);
1500       }
1501       if (MS.TrackOrigins)
1502         IRB.CreateStore(getOrigin(A),
1503                         getOriginPtrForArgument(A, IRB, ArgOffset));
1504       assert(Size != 0 && Store != 0);
1505       DEBUG(dbgs() << "  Param:" << *Store << "\n");
1506       ArgOffset += DataLayout::RoundUpAlignment(Size, 8);
1507     }
1508     DEBUG(dbgs() << "  done with call args\n");
1509
1510     FunctionType *FT =
1511       cast<FunctionType>(CS.getCalledValue()->getType()-> getContainedType(0));
1512     if (FT->isVarArg()) {
1513       VAHelper->visitCallSite(CS, IRB);
1514     }
1515
1516     // Now, get the shadow for the RetVal.
1517     if (!I.getType()->isSized()) return;
1518     IRBuilder<> IRBBefore(&I);
1519     // Untill we have full dynamic coverage, make sure the retval shadow is 0.
1520     Value *Base = getShadowPtrForRetval(&I, IRBBefore);
1521     IRBBefore.CreateAlignedStore(getCleanShadow(&I), Base, kShadowTLSAlignment);
1522     Instruction *NextInsn = 0;
1523     if (CS.isCall()) {
1524       NextInsn = I.getNextNode();
1525     } else {
1526       BasicBlock *NormalDest = cast<InvokeInst>(&I)->getNormalDest();
1527       if (!NormalDest->getSinglePredecessor()) {
1528         // FIXME: this case is tricky, so we are just conservative here.
1529         // Perhaps we need to split the edge between this BB and NormalDest,
1530         // but a naive attempt to use SplitEdge leads to a crash.
1531         setShadow(&I, getCleanShadow(&I));
1532         setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1533         return;
1534       }
1535       NextInsn = NormalDest->getFirstInsertionPt();
1536       assert(NextInsn &&
1537              "Could not find insertion point for retval shadow load");
1538     }
1539     IRBuilder<> IRBAfter(NextInsn);
1540     Value *RetvalShadow =
1541       IRBAfter.CreateAlignedLoad(getShadowPtrForRetval(&I, IRBAfter),
1542                                  kShadowTLSAlignment, "_msret");
1543     setShadow(&I, RetvalShadow);
1544     if (MS.TrackOrigins)
1545       setOrigin(&I, IRBAfter.CreateLoad(getOriginPtrForRetval(IRBAfter)));
1546   }
1547
1548   void visitReturnInst(ReturnInst &I) {
1549     IRBuilder<> IRB(&I);
1550     if (Value *RetVal = I.getReturnValue()) {
1551       // Set the shadow for the RetVal.
1552       Value *Shadow = getShadow(RetVal);
1553       Value *ShadowPtr = getShadowPtrForRetval(RetVal, IRB);
1554       DEBUG(dbgs() << "Return: " << *Shadow << "\n" << *ShadowPtr << "\n");
1555       IRB.CreateAlignedStore(Shadow, ShadowPtr, kShadowTLSAlignment);
1556       if (MS.TrackOrigins)
1557         IRB.CreateStore(getOrigin(RetVal), getOriginPtrForRetval(IRB));
1558     }
1559   }
1560
1561   void visitPHINode(PHINode &I) {
1562     IRBuilder<> IRB(&I);
1563     ShadowPHINodes.push_back(&I);
1564     setShadow(&I, IRB.CreatePHI(getShadowTy(&I), I.getNumIncomingValues(),
1565                                 "_msphi_s"));
1566     if (MS.TrackOrigins)
1567       setOrigin(&I, IRB.CreatePHI(MS.OriginTy, I.getNumIncomingValues(),
1568                                   "_msphi_o"));
1569   }
1570
1571   void visitAllocaInst(AllocaInst &I) {
1572     setShadow(&I, getCleanShadow(&I));
1573     if (!ClPoisonStack) return;
1574     IRBuilder<> IRB(I.getNextNode());
1575     uint64_t Size = MS.TD->getTypeAllocSize(I.getAllocatedType());
1576     if (ClPoisonStackWithCall) {
1577       IRB.CreateCall2(MS.MsanPoisonStackFn,
1578                       IRB.CreatePointerCast(&I, IRB.getInt8PtrTy()),
1579                       ConstantInt::get(MS.IntptrTy, Size));
1580     } else {
1581       Value *ShadowBase = getShadowPtr(&I, Type::getInt8PtrTy(*MS.C), IRB);
1582       IRB.CreateMemSet(ShadowBase, IRB.getInt8(ClPoisonStackPattern),
1583                        Size, I.getAlignment());
1584     }
1585
1586     if (MS.TrackOrigins) {
1587       setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1588       SmallString<2048> StackDescriptionStorage;
1589       raw_svector_ostream StackDescription(StackDescriptionStorage);
1590       // We create a string with a description of the stack allocation and
1591       // pass it into __msan_set_alloca_origin.
1592       // It will be printed by the run-time if stack-originated UMR is found.
1593       // The first 4 bytes of the string are set to '----' and will be replaced
1594       // by __msan_va_arg_overflow_size_tls at the first call.
1595       StackDescription << "----" << I.getName() << "@" << F.getName();
1596       Value *Descr =
1597           createPrivateNonConstGlobalForString(*F.getParent(),
1598                                                StackDescription.str());
1599       IRB.CreateCall3(MS.MsanSetAllocaOriginFn,
1600                       IRB.CreatePointerCast(&I, IRB.getInt8PtrTy()),
1601                       ConstantInt::get(MS.IntptrTy, Size),
1602                       IRB.CreatePointerCast(Descr, IRB.getInt8PtrTy()));
1603     }
1604   }
1605
1606   void visitSelectInst(SelectInst& I) {
1607     IRBuilder<> IRB(&I);
1608     setShadow(&I,  IRB.CreateSelect(I.getCondition(),
1609               getShadow(I.getTrueValue()), getShadow(I.getFalseValue()),
1610               "_msprop"));
1611     if (MS.TrackOrigins) {
1612       // Origins are always i32, so any vector conditions must be flattened.
1613       // FIXME: consider tracking vector origins for app vectors?
1614       Value *Cond = I.getCondition();
1615       if (Cond->getType()->isVectorTy()) {
1616         Value *ConvertedShadow = convertToShadowTyNoVec(Cond, IRB);
1617         Cond = IRB.CreateICmpNE(ConvertedShadow,
1618                                 getCleanShadow(ConvertedShadow), "_mso_select");
1619       }
1620       setOrigin(&I, IRB.CreateSelect(Cond,
1621                 getOrigin(I.getTrueValue()), getOrigin(I.getFalseValue())));
1622     }
1623   }
1624
1625   void visitLandingPadInst(LandingPadInst &I) {
1626     // Do nothing.
1627     // See http://code.google.com/p/memory-sanitizer/issues/detail?id=1
1628     setShadow(&I, getCleanShadow(&I));
1629     setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1630   }
1631
1632   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &I) {
1633     handleShadowOr(I);
1634   }
1635
1636   void visitExtractValueInst(ExtractValueInst &I) {
1637     IRBuilder<> IRB(&I);
1638     Value *Agg = I.getAggregateOperand();
1639     DEBUG(dbgs() << "ExtractValue:  " << I << "\n");
1640     Value *AggShadow = getShadow(Agg);
1641     DEBUG(dbgs() << "   AggShadow:  " << *AggShadow << "\n");
1642     Value *ResShadow = IRB.CreateExtractValue(AggShadow, I.getIndices());
1643     DEBUG(dbgs() << "   ResShadow:  " << *ResShadow << "\n");
1644     setShadow(&I, ResShadow);
1645     setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1646   }
1647
1648   void visitInsertValueInst(InsertValueInst &I) {
1649     IRBuilder<> IRB(&I);
1650     DEBUG(dbgs() << "InsertValue:  " << I << "\n");
1651     Value *AggShadow = getShadow(I.getAggregateOperand());
1652     Value *InsShadow = getShadow(I.getInsertedValueOperand());
1653     DEBUG(dbgs() << "   AggShadow:  " << *AggShadow << "\n");
1654     DEBUG(dbgs() << "   InsShadow:  " << *InsShadow << "\n");
1655     Value *Res = IRB.CreateInsertValue(AggShadow, InsShadow, I.getIndices());
1656     DEBUG(dbgs() << "   Res:        " << *Res << "\n");
1657     setShadow(&I, Res);
1658     setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1659   }
1660
1661   void dumpInst(Instruction &I) {
1662     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
1663       errs() << "ZZZ call " << CI->getCalledFunction()->getName() << "\n";
1664     } else {
1665       errs() << "ZZZ " << I.getOpcodeName() << "\n";
1666     }
1667     errs() << "QQQ " << I << "\n";
1668   }
1669
1670   void visitResumeInst(ResumeInst &I) {
1671     DEBUG(dbgs() << "Resume: " << I << "\n");
1672     // Nothing to do here.
1673   }
1674
1675   void visitInstruction(Instruction &I) {
1676     // Everything else: stop propagating and check for poisoned shadow.
1677     if (ClDumpStrictInstructions)
1678       dumpInst(I);
1679     DEBUG(dbgs() << "DEFAULT: " << I << "\n");
1680     for (size_t i = 0, n = I.getNumOperands(); i < n; i++)
1681       insertCheck(I.getOperand(i), &I);
1682     setShadow(&I, getCleanShadow(&I));
1683     setOrigin(&I, getCleanOrigin());
1684   }
1685 };
1686
1687 /// \brief AMD64-specific implementation of VarArgHelper.
1688 struct VarArgAMD64Helper : public VarArgHelper {
1689   // An unfortunate workaround for asymmetric lowering of va_arg stuff.
1690   // See a comment in visitCallSite for more details.
1691   static const unsigned AMD64GpEndOffset = 48;  // AMD64 ABI Draft 0.99.6 p3.5.7
1692   static const unsigned AMD64FpEndOffset = 176;
1693
1694   Function &F;
1695   MemorySanitizer &MS;
1696   MemorySanitizerVisitor &MSV;
1697   Value *VAArgTLSCopy;
1698   Value *VAArgOverflowSize;
1699
1700   SmallVector<CallInst*, 16> VAStartInstrumentationList;
1701
1702   VarArgAMD64Helper(Function &F, MemorySanitizer &MS,
1703                     MemorySanitizerVisitor &MSV)
1704     : F(F), MS(MS), MSV(MSV), VAArgTLSCopy(0), VAArgOverflowSize(0) { }
1705
1706   enum ArgKind { AK_GeneralPurpose, AK_FloatingPoint, AK_Memory };
1707
1708   ArgKind classifyArgument(Value* arg) {
1709     // A very rough approximation of X86_64 argument classification rules.
1710     Type *T = arg->getType();
1711     if (T->isFPOrFPVectorTy() || T->isX86_MMXTy())
1712       return AK_FloatingPoint;
1713     if (T->isIntegerTy() && T->getPrimitiveSizeInBits() <= 64)
1714       return AK_GeneralPurpose;
1715     if (T->isPointerTy())
1716       return AK_GeneralPurpose;
1717     return AK_Memory;
1718   }
1719
1720   // For VarArg functions, store the argument shadow in an ABI-specific format
1721   // that corresponds to va_list layout.
1722   // We do this because Clang lowers va_arg in the frontend, and this pass
1723   // only sees the low level code that deals with va_list internals.
1724   // A much easier alternative (provided that Clang emits va_arg instructions)
1725   // would have been to associate each live instance of va_list with a copy of
1726   // MSanParamTLS, and extract shadow on va_arg() call in the argument list
1727   // order.
1728   void visitCallSite(CallSite &CS, IRBuilder<> &IRB) {
1729     unsigned GpOffset = 0;
1730     unsigned FpOffset = AMD64GpEndOffset;
1731     unsigned OverflowOffset = AMD64FpEndOffset;
1732     for (CallSite::arg_iterator ArgIt = CS.arg_begin(), End = CS.arg_end();
1733          ArgIt != End; ++ArgIt) {
1734       Value *A = *ArgIt;
1735       ArgKind AK = classifyArgument(A);
1736       if (AK == AK_GeneralPurpose && GpOffset >= AMD64GpEndOffset)
1737         AK = AK_Memory;
1738       if (AK == AK_FloatingPoint && FpOffset >= AMD64FpEndOffset)
1739         AK = AK_Memory;
1740       Value *Base;
1741       switch (AK) {
1742       case AK_GeneralPurpose:
1743         Base = getShadowPtrForVAArgument(A, IRB, GpOffset);
1744         GpOffset += 8;
1745         break;
1746       case AK_FloatingPoint:
1747         Base = getShadowPtrForVAArgument(A, IRB, FpOffset);
1748         FpOffset += 16;
1749         break;
1750       case AK_Memory:
1751         uint64_t ArgSize = MS.TD->getTypeAllocSize(A->getType());
1752         Base = getShadowPtrForVAArgument(A, IRB, OverflowOffset);
1753         OverflowOffset += DataLayout::RoundUpAlignment(ArgSize, 8);
1754       }
1755       IRB.CreateAlignedStore(MSV.getShadow(A), Base, kShadowTLSAlignment);
1756     }
1757     Constant *OverflowSize =
1758       ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), OverflowOffset - AMD64FpEndOffset);
1759     IRB.CreateStore(OverflowSize, MS.VAArgOverflowSizeTLS);
1760   }
1761
1762   /// \brief Compute the shadow address for a given va_arg.
1763   Value *getShadowPtrForVAArgument(Value *A, IRBuilder<> &IRB,
1764                                    int ArgOffset) {
1765     Value *Base = IRB.CreatePointerCast(MS.VAArgTLS, MS.IntptrTy);
1766     Base = IRB.CreateAdd(Base, ConstantInt::get(MS.IntptrTy, ArgOffset));
1767     return IRB.CreateIntToPtr(Base, PointerType::get(MSV.getShadowTy(A), 0),
1768                               "_msarg");
1769   }
1770
1771   void visitVAStartInst(VAStartInst &I) {
1772     IRBuilder<> IRB(&I);
1773     VAStartInstrumentationList.push_back(&I);
1774     Value *VAListTag = I.getArgOperand(0);
1775     Value *ShadowPtr = MSV.getShadowPtr(VAListTag, IRB.getInt8Ty(), IRB);
1776
1777     // Unpoison the whole __va_list_tag.
1778     // FIXME: magic ABI constants.
1779     IRB.CreateMemSet(ShadowPtr, Constant::getNullValue(IRB.getInt8Ty()),
1780                      /* size */24, /* alignment */8, false);
1781   }
1782
1783   void visitVACopyInst(VACopyInst &I) {
1784     IRBuilder<> IRB(&I);
1785     Value *VAListTag = I.getArgOperand(0);
1786     Value *ShadowPtr = MSV.getShadowPtr(VAListTag, IRB.getInt8Ty(), IRB);
1787
1788     // Unpoison the whole __va_list_tag.
1789     // FIXME: magic ABI constants.
1790     IRB.CreateMemSet(ShadowPtr, Constant::getNullValue(IRB.getInt8Ty()),
1791                      /* size */24, /* alignment */8, false);
1792   }
1793
1794   void finalizeInstrumentation() {
1795     assert(!VAArgOverflowSize && !VAArgTLSCopy &&
1796            "finalizeInstrumentation called twice");
1797     if (!VAStartInstrumentationList.empty()) {
1798       // If there is a va_start in this function, make a backup copy of
1799       // va_arg_tls somewhere in the function entry block.
1800       IRBuilder<> IRB(F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1801       VAArgOverflowSize = IRB.CreateLoad(MS.VAArgOverflowSizeTLS);
1802       Value *CopySize =
1803         IRB.CreateAdd(ConstantInt::get(MS.IntptrTy, AMD64FpEndOffset),
1804                       VAArgOverflowSize);
1805       VAArgTLSCopy = IRB.CreateAlloca(Type::getInt8Ty(*MS.C), CopySize);
1806       IRB.CreateMemCpy(VAArgTLSCopy, MS.VAArgTLS, CopySize, 8);
1807     }
1808
1809     // Instrument va_start.
1810     // Copy va_list shadow from the backup copy of the TLS contents.
1811     for (size_t i = 0, n = VAStartInstrumentationList.size(); i < n; i++) {
1812       CallInst *OrigInst = VAStartInstrumentationList[i];
1813       IRBuilder<> IRB(OrigInst->getNextNode());
1814       Value *VAListTag = OrigInst->getArgOperand(0);
1815
1816       Value *RegSaveAreaPtrPtr =
1817         IRB.CreateIntToPtr(
1818           IRB.CreateAdd(IRB.CreatePtrToInt(VAListTag, MS.IntptrTy),
1819                         ConstantInt::get(MS.IntptrTy, 16)),
1820           Type::getInt64PtrTy(*MS.C));
1821       Value *RegSaveAreaPtr = IRB.CreateLoad(RegSaveAreaPtrPtr);
1822       Value *RegSaveAreaShadowPtr =
1823         MSV.getShadowPtr(RegSaveAreaPtr, IRB.getInt8Ty(), IRB);
1824       IRB.CreateMemCpy(RegSaveAreaShadowPtr, VAArgTLSCopy,
1825                        AMD64FpEndOffset, 16);
1826
1827       Value *OverflowArgAreaPtrPtr =
1828         IRB.CreateIntToPtr(
1829           IRB.CreateAdd(IRB.CreatePtrToInt(VAListTag, MS.IntptrTy),
1830                         ConstantInt::get(MS.IntptrTy, 8)),
1831           Type::getInt64PtrTy(*MS.C));
1832       Value *OverflowArgAreaPtr = IRB.CreateLoad(OverflowArgAreaPtrPtr);
1833       Value *OverflowArgAreaShadowPtr =
1834         MSV.getShadowPtr(OverflowArgAreaPtr, IRB.getInt8Ty(), IRB);
1835       Value *SrcPtr =
1836         getShadowPtrForVAArgument(VAArgTLSCopy, IRB, AMD64FpEndOffset);
1837       IRB.CreateMemCpy(OverflowArgAreaShadowPtr, SrcPtr, VAArgOverflowSize, 16);
1838     }
1839   }
1840 };
1841
1842 VarArgHelper* CreateVarArgHelper(Function &Func, MemorySanitizer &Msan,
1843                                  MemorySanitizerVisitor &Visitor) {
1844   return new VarArgAMD64Helper(Func, Msan, Visitor);
1845 }
1846
1847 }  // namespace
1848
1849 bool MemorySanitizer::runOnFunction(Function &F) {
1850   MemorySanitizerVisitor Visitor(F, *this);
1851
1852   // Clear out readonly/readnone attributes.
1853   AttrBuilder B;
1854   B.addAttribute(Attribute::ReadOnly)
1855     .addAttribute(Attribute::ReadNone);
1856   F.removeAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1857                     Attribute::get(F.getContext(), B));
1858
1859   return Visitor.runOnFunction();
1860 }