lib/Transforms/Instrumentation/SafeStack.cpp

   1 //===-- SafeStack.cpp - Safe Stack Insertion ------------------------------===//
   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 pass splits the stack into the safe stack (kept as-is for LLVM backend)
  11 // and the unsafe stack (explicitly allocated and managed through the runtime
  12 // support library).
  13 //
  14 // http://clang.llvm.org/docs/SafeStack.html
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
  19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  20 #include "llvm/ADT/Triple.h"
  21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  23 #include "llvm/IR/Constants.h"
  24 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  25 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  26 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
  27 #include "llvm/IR/Function.h"
  28 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
  29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  30 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  31 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
  32 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  33 #include "llvm/IR/Module.h"
  34 #include "llvm/Pass.h"
  35 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  36 #include "llvm/Support/Debug.h"
  37 #include "llvm/Support/Format.h"
  38 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  39 #include "llvm/Support/raw_os_ostream.h"
  40 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
  41 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
  42 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  43 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
  44
  45 using namespace llvm;
  46
  47 #define DEBUG_TYPE "safestack"
  48
  49 static const char *const kUnsafeStackPtrVar = "__safestack_unsafe_stack_ptr";
  50 static const char *const kUnsafeStackPtrAddrFn = "__safestack_pointer_address";
  51
  52 namespace llvm {
  53
  54 STATISTIC(NumFunctions, "Total number of functions");
  55 STATISTIC(NumUnsafeStackFunctions, "Number of functions with unsafe stack");
  56 STATISTIC(NumUnsafeStackRestorePointsFunctions,
  57           "Number of functions that use setjmp or exceptions");
  58
  59 STATISTIC(NumAllocas, "Total number of allocas");
  60 STATISTIC(NumUnsafeStaticAllocas, "Number of unsafe static allocas");
  61 STATISTIC(NumUnsafeDynamicAllocas, "Number of unsafe dynamic allocas");
  62 STATISTIC(NumUnsafeStackRestorePoints, "Number of setjmps and landingpads");
  63
  64 } // namespace llvm
  65
  66 namespace {
  67
  68 /// Check whether a given alloca instruction (AI) should be put on the safe
  69 /// stack or not. The function analyzes all uses of AI and checks whether it is
  70 /// only accessed in a memory safe way (as decided statically).
  71 bool IsSafeStackAlloca(const AllocaInst *AI) {
  72   // Go through all uses of this alloca and check whether all accesses to the
  73   // allocated object are statically known to be memory safe and, hence, the
  74   // object can be placed on the safe stack.
  75
  76   SmallPtrSet<const Value *, 16> Visited;
  77   SmallVector<const Instruction *, 8> WorkList;
  78   WorkList.push_back(AI);
  79
  80   // A DFS search through all uses of the alloca in bitcasts/PHI/GEPs/etc.
  81   while (!WorkList.empty()) {
  82     const Instruction *V = WorkList.pop_back_val();
  83     for (const Use &UI : V->uses()) {
  84       auto I = cast<const Instruction>(UI.getUser());
  85       assert(V == UI.get());
  86
  87       switch (I->getOpcode()) {
  88       case Instruction::Load:
  89         // Loading from a pointer is safe.
  90         break;
  91       case Instruction::VAArg:
  92         // "va-arg" from a pointer is safe.
  93         break;
  94       case Instruction::Store:
  95         if (V == I->getOperand(0))
  96           // Stored the pointer - conservatively assume it may be unsafe.
  97           return false;
  98         // Storing to the pointee is safe.
  99         break;
 100
 101       case Instruction::GetElementPtr:
 102         if (!cast<const GetElementPtrInst>(I)->hasAllConstantIndices())
 103           // GEP with non-constant indices can lead to memory errors.
 104           // This also applies to inbounds GEPs, as the inbounds attribute
 105           // represents an assumption that the address is in bounds, rather than
 106           // an assertion that it is.
 107           return false;
 108
 109         // We assume that GEP on static alloca with constant indices is safe,
 110         // otherwise a compiler would detect it and warn during compilation.
 111
 112         if (!isa<const ConstantInt>(AI->getArraySize()))
 113           // However, if the array size itself is not constant, the access
 114           // might still be unsafe at runtime.
 115           return false;
 116
 117       /* fallthrough */
 118
 119       case Instruction::BitCast:
 120       case Instruction::IntToPtr:
 121       case Instruction::PHI:
 122       case Instruction::PtrToInt:
 123       case Instruction::Select:
 124         // The object can be safe or not, depending on how the result of the
 125         // instruction is used.
 126         if (Visited.insert(I).second)
 127           WorkList.push_back(cast<const Instruction>(I));
 128         break;
 129
 130       case Instruction::Call:
 131       case Instruction::Invoke: {
 132         // FIXME: add support for memset and memcpy intrinsics.
 133         ImmutableCallSite CS(I);
 134
 135         // LLVM 'nocapture' attribute is only set for arguments whose address
 136         // is not stored, passed around, or used in any other non-trivial way.
 137         // We assume that passing a pointer to an object as a 'nocapture'
 138         // argument is safe.
 139         // FIXME: a more precise solution would require an interprocedural
 140         // analysis here, which would look at all uses of an argument inside
 141         // the function being called.
 142         ImmutableCallSite::arg_iterator B = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
 143         for (ImmutableCallSite::arg_iterator A = B; A != E; ++A)
 144           if (A->get() == V && !CS.doesNotCapture(A - B))
 145             // The parameter is not marked 'nocapture' - unsafe.
 146             return false;
 147         continue;
 148       }
 149
 150       default:
 151         // The object is unsafe if it is used in any other way.
 152         return false;
 153       }
 154     }
 155   }
 156
 157   // All uses of the alloca are safe, we can place it on the safe stack.
 158   return true;
 159 }
 160
 161 /// The SafeStack pass splits the stack of each function into the
 162 /// safe stack, which is only accessed through memory safe dereferences
 163 /// (as determined statically), and the unsafe stack, which contains all
 164 /// local variables that are accessed in unsafe ways.
 165 class SafeStack : public FunctionPass {
 166   const TargetMachine *TM;
 167   const TargetLoweringBase *TLI;
 168   const DataLayout *DL;
 169
 170   Type *StackPtrTy;
 171   Type *IntPtrTy;
 172   Type *Int32Ty;
 173   Type *Int8Ty;
 174
 175   Value *UnsafeStackPtr = nullptr;
 176
 177   /// Unsafe stack alignment. Each stack frame must ensure that the stack is
 178   /// aligned to this value. We need to re-align the unsafe stack if the
 179   /// alignment of any object on the stack exceeds this value.
 180   ///
 181   /// 16 seems like a reasonable upper bound on the alignment of objects that we
 182   /// might expect to appear on the stack on most common targets.
 183   enum { StackAlignment = 16 };
 184
 185   /// \brief Build a constant representing a pointer to the unsafe stack
 186   /// pointer.
 187   Value *getOrCreateUnsafeStackPtr(IRBuilder<> &IRB, Function &F);
 188
 189   /// \brief Find all static allocas, dynamic allocas, return instructions and
 190   /// stack restore points (exception unwind blocks and setjmp calls) in the
 191   /// given function and append them to the respective vectors.
 192   void findInsts(Function &F, SmallVectorImpl<AllocaInst *> &StaticAllocas,
 193                  SmallVectorImpl<AllocaInst *> &DynamicAllocas,
 194                  SmallVectorImpl<ReturnInst *> &Returns,
 195                  SmallVectorImpl<Instruction *> &StackRestorePoints);
 196
 197   /// \brief Allocate space for all static allocas in \p StaticAllocas,
 198   /// replace allocas with pointers into the unsafe stack and generate code to
 199   /// restore the stack pointer before all return instructions in \p Returns.
 200   ///
 201   /// \returns A pointer to the top of the unsafe stack after all unsafe static
 202   /// allocas are allocated.
 203   Value *moveStaticAllocasToUnsafeStack(IRBuilder<> &IRB, Function &F,
 204                                         ArrayRef<AllocaInst *> StaticAllocas,
 205                                         ArrayRef<ReturnInst *> Returns);
 206
 207   /// \brief Generate code to restore the stack after all stack restore points
 208   /// in \p StackRestorePoints.
 209   ///
 210   /// \returns A local variable in which to maintain the dynamic top of the
 211   /// unsafe stack if needed.
 212   AllocaInst *
 213   createStackRestorePoints(Function &F,
 214                            ArrayRef<Instruction *> StackRestorePoints,
 215                            Value *StaticTop, bool NeedDynamicTop);
 216
 217   /// \brief Replace all allocas in \p DynamicAllocas with code to allocate
 218   /// space dynamically on the unsafe stack and store the dynamic unsafe stack
 219   /// top to \p DynamicTop if non-null.
 220   void moveDynamicAllocasToUnsafeStack(Function &F, Value *UnsafeStackPtr,
 221                                        AllocaInst *DynamicTop,
 222                                        ArrayRef<AllocaInst *> DynamicAllocas);
 223
 224 public:
 225   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid.
 226   SafeStack(const TargetMachine *TM)
 227       : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(nullptr), DL(nullptr) {
 228     initializeSafeStackPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 229   }
 230   SafeStack() : SafeStack(nullptr) {}
 231
 232   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 233     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
 234   }
 235
 236   bool doInitialization(Module &M) override {
 237     DL = &M.getDataLayout();
 238
 239     StackPtrTy = Type::getInt8PtrTy(M.getContext());
 240     IntPtrTy = DL->getIntPtrType(M.getContext());
 241     Int32Ty = Type::getInt32Ty(M.getContext());
 242     Int8Ty = Type::getInt8Ty(M.getContext());
 243
 244     return false;
 245   }
 246
 247   bool runOnFunction(Function &F) override;
 248 }; // class SafeStack
 249
 250 Value *SafeStack::getOrCreateUnsafeStackPtr(IRBuilder<> &IRB, Function &F) {
 251   Module &M = *F.getParent();
 252   Triple TargetTriple(M.getTargetTriple());
 253
 254   unsigned Offset;
 255   unsigned AddressSpace;
 256   // Check if the target keeps the unsafe stack pointer at a fixed offset.
 257   if (TLI && TLI->getSafeStackPointerLocation(Offset, AddressSpace)) {
 258     Constant *OffsetVal =
 259         ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(F.getContext()), Offset);
 260     return ConstantExpr::getIntToPtr(OffsetVal,
 261                                      StackPtrTy->getPointerTo(AddressSpace));
 262   }
 263
 264   // Android provides a libc function that returns the stack pointer address.
 265   if (TargetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::Android) {
 266     Value *Fn = M.getOrInsertFunction(kUnsafeStackPtrAddrFn,
 267                                       StackPtrTy->getPointerTo(0), nullptr);
 268     return IRB.CreateCall(Fn);
 269   } else {
 270     // Otherwise, declare a thread-local variable with a magic name.
 271     auto UnsafeStackPtr =
 272         dyn_cast_or_null<GlobalVariable>(M.getNamedValue(kUnsafeStackPtrVar));
 273
 274     if (!UnsafeStackPtr) {
 275       // The global variable is not defined yet, define it ourselves.
 276       // We use the initial-exec TLS model because we do not support the
 277       // variable living anywhere other than in the main executable.
 278       UnsafeStackPtr = new GlobalVariable(
 279           /*Module=*/M, /*Type=*/StackPtrTy,
 280           /*isConstant=*/false, /*Linkage=*/GlobalValue::ExternalLinkage,
 281           /*Initializer=*/0, /*Name=*/kUnsafeStackPtrVar,
 282           /*InsertBefore=*/nullptr,
 283           /*ThreadLocalMode=*/GlobalValue::InitialExecTLSModel);
 284     } else {
 285       // The variable exists, check its type and attributes.
 286       if (UnsafeStackPtr->getValueType() != StackPtrTy) {
 287         report_fatal_error(Twine(kUnsafeStackPtrVar) + " must have void* type");
 288       }
 289
 290       if (!UnsafeStackPtr->isThreadLocal()) {
 291         report_fatal_error(Twine(kUnsafeStackPtrVar) + " must be thread-local");
 292       }
 293     }
 294     return UnsafeStackPtr;
 295   }
 296 }
 297
 298 void SafeStack::findInsts(Function &F,
 299                           SmallVectorImpl<AllocaInst *> &StaticAllocas,
 300                           SmallVectorImpl<AllocaInst *> &DynamicAllocas,
 301                           SmallVectorImpl<ReturnInst *> &Returns,
 302                           SmallVectorImpl<Instruction *> &StackRestorePoints) {
 303   for (Instruction &I : instructions(&F)) {
 304     if (auto AI = dyn_cast<AllocaInst>(&I)) {
 305       ++NumAllocas;
 306
 307       if (IsSafeStackAlloca(AI))
 308         continue;
 309
 310       if (AI->isStaticAlloca()) {
 311         ++NumUnsafeStaticAllocas;
 312         StaticAllocas.push_back(AI);
 313       } else {
 314         ++NumUnsafeDynamicAllocas;
 315         DynamicAllocas.push_back(AI);
 316       }
 317     } else if (auto RI = dyn_cast<ReturnInst>(&I)) {
 318       Returns.push_back(RI);
 319     } else if (auto CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
 320       // setjmps require stack restore.
 321       if (CI->getCalledFunction() && CI->canReturnTwice())
 322         StackRestorePoints.push_back(CI);
 323     } else if (auto LP = dyn_cast<LandingPadInst>(&I)) {
 324       // Exception landing pads require stack restore.
 325       StackRestorePoints.push_back(LP);
 326     } else if (auto II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I)) {
 327       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::gcroot)
 328         llvm::report_fatal_error(
 329             "gcroot intrinsic not compatible with safestack attribute");
 330     }
 331   }
 332 }
 333
 334 AllocaInst *
 335 SafeStack::createStackRestorePoints(Function &F,
 336                                     ArrayRef<Instruction *> StackRestorePoints,
 337                                     Value *StaticTop, bool NeedDynamicTop) {
 338   if (StackRestorePoints.empty())
 339     return nullptr;
 340
 341   IRBuilder<> IRB(StaticTop
 342                       ? cast<Instruction>(StaticTop)->getNextNode()
 343                       : (Instruction *)F.getEntryBlock().getFirstInsertionPt());
 344
 345   // We need the current value of the shadow stack pointer to restore
 346   // after longjmp or exception catching.
 347
 348   // FIXME: On some platforms this could be handled by the longjmp/exception
 349   // runtime itself.
 350
 351   AllocaInst *DynamicTop = nullptr;
 352   if (NeedDynamicTop)
 353     // If we also have dynamic alloca's, the stack pointer value changes
 354     // throughout the function. For now we store it in an alloca.
 355     DynamicTop = IRB.CreateAlloca(StackPtrTy, /*ArraySize=*/nullptr,
 356                                   "unsafe_stack_dynamic_ptr");
 357
 358   if (!StaticTop)
 359     // We need the original unsafe stack pointer value, even if there are
 360     // no unsafe static allocas.
 361     StaticTop = IRB.CreateLoad(UnsafeStackPtr, false, "unsafe_stack_ptr");
 362
 363   if (NeedDynamicTop)
 364     IRB.CreateStore(StaticTop, DynamicTop);
 365
 366   // Restore current stack pointer after longjmp/exception catch.
 367   for (Instruction *I : StackRestorePoints) {
 368     ++NumUnsafeStackRestorePoints;
 369
 370     IRB.SetInsertPoint(cast<Instruction>(I->getNextNode()));
 371     Value *CurrentTop = DynamicTop ? IRB.CreateLoad(DynamicTop) : StaticTop;
 372     IRB.CreateStore(CurrentTop, UnsafeStackPtr);
 373   }
 374
 375   return DynamicTop;
 376 }
 377
 378 Value *
 379 SafeStack::moveStaticAllocasToUnsafeStack(IRBuilder<> &IRB, Function &F,
 380                                           ArrayRef<AllocaInst *> StaticAllocas,
 381                                           ArrayRef<ReturnInst *> Returns) {
 382   if (StaticAllocas.empty())
 383     return nullptr;
 384
 385   DIBuilder DIB(*F.getParent());
 386
 387   // We explicitly compute and set the unsafe stack layout for all unsafe
 388   // static alloca instructions. We save the unsafe "base pointer" in the
 389   // prologue into a local variable and restore it in the epilogue.
 390
 391   // Load the current stack pointer (we'll also use it as a base pointer).
 392   // FIXME: use a dedicated register for it ?
 393   Instruction *BasePointer =
 394       IRB.CreateLoad(UnsafeStackPtr, false, "unsafe_stack_ptr");
 395   assert(BasePointer->getType() == StackPtrTy);
 396
 397   for (ReturnInst *RI : Returns) {
 398     IRB.SetInsertPoint(RI);
 399     IRB.CreateStore(BasePointer, UnsafeStackPtr);
 400   }
 401
 402   // Compute maximum alignment among static objects on the unsafe stack.
 403   unsigned MaxAlignment = 0;
 404   for (AllocaInst *AI : StaticAllocas) {
 405     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 406     unsigned Align =
 407         std::max((unsigned)DL->getPrefTypeAlignment(Ty), AI->getAlignment());
 408     if (Align > MaxAlignment)
 409       MaxAlignment = Align;
 410   }
 411
 412   if (MaxAlignment > StackAlignment) {
 413     // Re-align the base pointer according to the max requested alignment.
 414     assert(isPowerOf2_32(MaxAlignment));
 415     IRB.SetInsertPoint(cast<Instruction>(BasePointer->getNextNode()));
 416     BasePointer = cast<Instruction>(IRB.CreateIntToPtr(
 417         IRB.CreateAnd(IRB.CreatePtrToInt(BasePointer, IntPtrTy),
 418                       ConstantInt::get(IntPtrTy, ~uint64_t(MaxAlignment - 1))),
 419         StackPtrTy));
 420   }
 421
 422   // Allocate space for every unsafe static AllocaInst on the unsafe stack.
 423   int64_t StaticOffset = 0; // Current stack top.
 424   for (AllocaInst *AI : StaticAllocas) {
 425     IRB.SetInsertPoint(AI);
 426
 427     auto CArraySize = cast<ConstantInt>(AI->getArraySize());
 428     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 429
 430     uint64_t Size = DL->getTypeAllocSize(Ty) * CArraySize->getZExtValue();
 431     if (Size == 0)
 432       Size = 1; // Don't create zero-sized stack objects.
 433
 434     // Ensure the object is properly aligned.
 435     unsigned Align =
 436         std::max((unsigned)DL->getPrefTypeAlignment(Ty), AI->getAlignment());
 437
 438     // Add alignment.
 439     // NOTE: we ensure that BasePointer itself is aligned to >= Align.
 440     StaticOffset += Size;
 441     StaticOffset = RoundUpToAlignment(StaticOffset, Align);
 442
 443     Value *Off = IRB.CreateGEP(BasePointer, // BasePointer is i8*
 444                                ConstantInt::get(Int32Ty, -StaticOffset));
 445     Value *NewAI = IRB.CreateBitCast(Off, AI->getType(), AI->getName());
 446     if (AI->hasName() && isa<Instruction>(NewAI))
 447       cast<Instruction>(NewAI)->takeName(AI);
 448
 449     // Replace alloc with the new location.
 450     replaceDbgDeclareForAlloca(AI, NewAI, DIB, /*Deref=*/true);
 451     AI->replaceAllUsesWith(NewAI);
 452     AI->eraseFromParent();
 453   }
 454
 455   // Re-align BasePointer so that our callees would see it aligned as
 456   // expected.
 457   // FIXME: no need to update BasePointer in leaf functions.
 458   StaticOffset = RoundUpToAlignment(StaticOffset, StackAlignment);
 459
 460   // Update shadow stack pointer in the function epilogue.
 461   IRB.SetInsertPoint(cast<Instruction>(BasePointer->getNextNode()));
 462
 463   Value *StaticTop =
 464       IRB.CreateGEP(BasePointer, ConstantInt::get(Int32Ty, -StaticOffset),
 465                     "unsafe_stack_static_top");
 466   IRB.CreateStore(StaticTop, UnsafeStackPtr);
 467   return StaticTop;
 468 }
 469
 470 void SafeStack::moveDynamicAllocasToUnsafeStack(
 471     Function &F, Value *UnsafeStackPtr, AllocaInst *DynamicTop,
 472     ArrayRef<AllocaInst *> DynamicAllocas) {
 473   DIBuilder DIB(*F.getParent());
 474
 475   for (AllocaInst *AI : DynamicAllocas) {
 476     IRBuilder<> IRB(AI);
 477
 478     // Compute the new SP value (after AI).
 479     Value *ArraySize = AI->getArraySize();
 480     if (ArraySize->getType() != IntPtrTy)
 481       ArraySize = IRB.CreateIntCast(ArraySize, IntPtrTy, false);
 482
 483     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 484     uint64_t TySize = DL->getTypeAllocSize(Ty);
 485     Value *Size = IRB.CreateMul(ArraySize, ConstantInt::get(IntPtrTy, TySize));
 486
 487     Value *SP = IRB.CreatePtrToInt(IRB.CreateLoad(UnsafeStackPtr), IntPtrTy);
 488     SP = IRB.CreateSub(SP, Size);
 489
 490     // Align the SP value to satisfy the AllocaInst, type and stack alignments.
 491     unsigned Align = std::max(
 492         std::max((unsigned)DL->getPrefTypeAlignment(Ty), AI->getAlignment()),
 493         (unsigned)StackAlignment);
 494
 495     assert(isPowerOf2_32(Align));
 496     Value *NewTop = IRB.CreateIntToPtr(
 497         IRB.CreateAnd(SP, ConstantInt::get(IntPtrTy, ~uint64_t(Align - 1))),
 498         StackPtrTy);
 499
 500     // Save the stack pointer.
 501     IRB.CreateStore(NewTop, UnsafeStackPtr);
 502     if (DynamicTop)
 503       IRB.CreateStore(NewTop, DynamicTop);
 504
 505     Value *NewAI = IRB.CreateIntToPtr(SP, AI->getType());
 506     if (AI->hasName() && isa<Instruction>(NewAI))
 507       NewAI->takeName(AI);
 508
 509     replaceDbgDeclareForAlloca(AI, NewAI, DIB, /*Deref=*/true);
 510     AI->replaceAllUsesWith(NewAI);
 511     AI->eraseFromParent();
 512   }
 513
 514   if (!DynamicAllocas.empty()) {
 515     // Now go through the instructions again, replacing stacksave/stackrestore.
 516     for (inst_iterator It = inst_begin(&F), Ie = inst_end(&F); It != Ie;) {
 517       Instruction *I = &*(It++);
 518       auto II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I);
 519       if (!II)
 520         continue;
 521
 522       if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::stacksave) {
 523         IRBuilder<> IRB(II);
 524         Instruction *LI = IRB.CreateLoad(UnsafeStackPtr);
 525         LI->takeName(II);
 526         II->replaceAllUsesWith(LI);
 527         II->eraseFromParent();
 528       } else if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::stackrestore) {
 529         IRBuilder<> IRB(II);
 530         Instruction *SI = IRB.CreateStore(II->getArgOperand(0), UnsafeStackPtr);
 531         SI->takeName(II);
 532         assert(II->use_empty());
 533         II->eraseFromParent();
 534       }
 535     }
 536   }
 537 }
 538
 539 bool SafeStack::runOnFunction(Function &F) {
 540   DEBUG(dbgs() << "[SafeStack] Function: " << F.getName() << "\n");
 541
 542   if (!F.hasFnAttribute(Attribute::SafeStack)) {
 543     DEBUG(dbgs() << "[SafeStack]     safestack is not requested"
 544                     " for this function\n");
 545     return false;
 546   }
 547
 548   if (F.isDeclaration()) {
 549     DEBUG(dbgs() << "[SafeStack]     function definition"
 550                     " is not available\n");
 551     return false;
 552   }
 553
 554   auto AA = &getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
 555
 556   TLI = TM ? TM->getSubtargetImpl(F)->getTargetLowering() : nullptr;
 557
 558   {
 559     // Make sure the regular stack protector won't run on this function
 560     // (safestack attribute takes precedence).
 561     AttrBuilder B;
 562     B.addAttribute(Attribute::StackProtect)
 563         .addAttribute(Attribute::StackProtectReq)
 564         .addAttribute(Attribute::StackProtectStrong);
 565     F.removeAttributes(
 566         AttributeSet::FunctionIndex,
 567         AttributeSet::get(F.getContext(), AttributeSet::FunctionIndex, B));
 568   }
 569
 570   if (AA->onlyReadsMemory(&F)) {
 571     // XXX: we don't protect against information leak attacks for now.
 572     DEBUG(dbgs() << "[SafeStack]     function only reads memory\n");
 573     return false;
 574   }
 575
 576   ++NumFunctions;
 577
 578   SmallVector<AllocaInst *, 16> StaticAllocas;
 579   SmallVector<AllocaInst *, 4> DynamicAllocas;
 580   SmallVector<ReturnInst *, 4> Returns;
 581
 582   // Collect all points where stack gets unwound and needs to be restored
 583   // This is only necessary because the runtime (setjmp and unwind code) is
 584   // not aware of the unsafe stack and won't unwind/restore it prorerly.
 585   // To work around this problem without changing the runtime, we insert
 586   // instrumentation to restore the unsafe stack pointer when necessary.
 587   SmallVector<Instruction *, 4> StackRestorePoints;
 588
 589   // Find all static and dynamic alloca instructions that must be moved to the
 590   // unsafe stack, all return instructions and stack restore points.
 591   findInsts(F, StaticAllocas, DynamicAllocas, Returns, StackRestorePoints);
 592
 593   if (StaticAllocas.empty() && DynamicAllocas.empty() &&
 594       StackRestorePoints.empty())
 595     return false; // Nothing to do in this function.
 596
 597   if (!StaticAllocas.empty() || !DynamicAllocas.empty())
 598     ++NumUnsafeStackFunctions; // This function has the unsafe stack.
 599
 600   if (!StackRestorePoints.empty())
 601     ++NumUnsafeStackRestorePointsFunctions;
 602
 603   IRBuilder<> IRB(F.begin()->getFirstInsertionPt());
 604   UnsafeStackPtr = getOrCreateUnsafeStackPtr(IRB, F);
 605
 606   // The top of the unsafe stack after all unsafe static allocas are allocated.
 607   Value *StaticTop = moveStaticAllocasToUnsafeStack(IRB, F, StaticAllocas, Returns);
 608
 609   // Safe stack object that stores the current unsafe stack top. It is updated
 610   // as unsafe dynamic (non-constant-sized) allocas are allocated and freed.
 611   // This is only needed if we need to restore stack pointer after longjmp
 612   // or exceptions, and we have dynamic allocations.
 613   // FIXME: a better alternative might be to store the unsafe stack pointer
 614   // before setjmp / invoke instructions.
 615   AllocaInst *DynamicTop = createStackRestorePoints(
 616       F, StackRestorePoints, StaticTop, !DynamicAllocas.empty());
 617
 618   // Handle dynamic allocas.
 619   moveDynamicAllocasToUnsafeStack(F, UnsafeStackPtr, DynamicTop,
 620                                   DynamicAllocas);
 621
 622   DEBUG(dbgs() << "[SafeStack]     safestack applied\n");
 623   return true;
 624 }
 625
 626 } // end anonymous namespace
 627
 628 char SafeStack::ID = 0;
 629 INITIALIZE_TM_PASS_BEGIN(SafeStack, "safe-stack",
 630                          "Safe Stack instrumentation pass", false, false)
 631 INITIALIZE_TM_PASS_END(SafeStack, "safe-stack",
 632                        "Safe Stack instrumentation pass", false, false)
 633
 634 FunctionPass *llvm::createSafeStackPass(const llvm::TargetMachine *TM) {
 635   return new SafeStack(TM);
 636 }