tools/llvm-objdump/COFFDump.cpp

   1 //===-- COFFDump.cpp - COFF-specific dumper ---------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 ///
  10 /// \file
  11 /// \brief This file implements the COFF-specific dumper for llvm-objdump.
  12 /// It outputs the Win64 EH data structures as plain text.
  13 /// The encoding of the unwind codes is described in MSDN:
  14 /// http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ck9asaa9.aspx
  15 ///
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #include "llvm-objdump.h"
  19 #include "llvm/Object/COFF.h"
  20 #include "llvm/Object/ObjectFile.h"
  21 #include "llvm/Support/Format.h"
  22 #include "llvm/Support/SourceMgr.h"
  23 #include "llvm/Support/Win64EH.h"
  24 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  25 #include <algorithm>
  26 #include <cstring>
  27 #include <system_error>
  28
  29 using namespace llvm;
  30 using namespace object;
  31 using namespace llvm::Win64EH;
  32
  33 // Returns the name of the unwind code.
  34 static StringRef getUnwindCodeTypeName(uint8_t Code) {
  35   switch(Code) {
  36   default: llvm_unreachable("Invalid unwind code");
  37   case UOP_PushNonVol: return "UOP_PushNonVol";
  38   case UOP_AllocLarge: return "UOP_AllocLarge";
  39   case UOP_AllocSmall: return "UOP_AllocSmall";
  40   case UOP_SetFPReg: return "UOP_SetFPReg";
  41   case UOP_SaveNonVol: return "UOP_SaveNonVol";
  42   case UOP_SaveNonVolBig: return "UOP_SaveNonVolBig";
  43   case UOP_SaveXMM128: return "UOP_SaveXMM128";
  44   case UOP_SaveXMM128Big: return "UOP_SaveXMM128Big";
  45   case UOP_PushMachFrame: return "UOP_PushMachFrame";
  46   }
  47 }
  48
  49 // Returns the name of a referenced register.
  50 static StringRef getUnwindRegisterName(uint8_t Reg) {
  51   switch(Reg) {
  52   default: llvm_unreachable("Invalid register");
  53   case 0: return "RAX";
  54   case 1: return "RCX";
  55   case 2: return "RDX";
  56   case 3: return "RBX";
  57   case 4: return "RSP";
  58   case 5: return "RBP";
  59   case 6: return "RSI";
  60   case 7: return "RDI";
  61   case 8: return "R8";
  62   case 9: return "R9";
  63   case 10: return "R10";
  64   case 11: return "R11";
  65   case 12: return "R12";
  66   case 13: return "R13";
  67   case 14: return "R14";
  68   case 15: return "R15";
  69   }
  70 }
  71
  72 // Calculates the number of array slots required for the unwind code.
  73 static unsigned getNumUsedSlots(const UnwindCode &UnwindCode) {
  74   switch (UnwindCode.getUnwindOp()) {
  75   default: llvm_unreachable("Invalid unwind code");
  76   case UOP_PushNonVol:
  77   case UOP_AllocSmall:
  78   case UOP_SetFPReg:
  79   case UOP_PushMachFrame:
  80     return 1;
  81   case UOP_SaveNonVol:
  82   case UOP_SaveXMM128:
  83     return 2;
  84   case UOP_SaveNonVolBig:
  85   case UOP_SaveXMM128Big:
  86     return 3;
  87   case UOP_AllocLarge:
  88     return (UnwindCode.getOpInfo() == 0) ? 2 : 3;
  89   }
  90 }
  91
  92 // Prints one unwind code. Because an unwind code can occupy up to 3 slots in
  93 // the unwind codes array, this function requires that the correct number of
  94 // slots is provided.
  95 static void printUnwindCode(ArrayRef<UnwindCode> UCs) {
  96   assert(UCs.size() >= getNumUsedSlots(UCs[0]));
  97   outs() <<  format("      0x%02x: ", unsigned(UCs[0].u.CodeOffset))
  98          << getUnwindCodeTypeName(UCs[0].getUnwindOp());
  99   switch (UCs[0].getUnwindOp()) {
 100   case UOP_PushNonVol:
 101     outs() << " " << getUnwindRegisterName(UCs[0].getOpInfo());
 102     break;
 103   case UOP_AllocLarge:
 104     if (UCs[0].getOpInfo() == 0) {
 105       outs() << " " << UCs[1].FrameOffset;
 106     } else {
 107       outs() << " " << UCs[1].FrameOffset
 108                        + (static_cast<uint32_t>(UCs[2].FrameOffset) << 16);
 109     }
 110     break;
 111   case UOP_AllocSmall:
 112     outs() << " " << ((UCs[0].getOpInfo() + 1) * 8);
 113     break;
 114   case UOP_SetFPReg:
 115     outs() << " ";
 116     break;
 117   case UOP_SaveNonVol:
 118     outs() << " " << getUnwindRegisterName(UCs[0].getOpInfo())
 119            << format(" [0x%04x]", 8 * UCs[1].FrameOffset);
 120     break;
 121   case UOP_SaveNonVolBig:
 122     outs() << " " << getUnwindRegisterName(UCs[0].getOpInfo())
 123            << format(" [0x%08x]", UCs[1].FrameOffset
 124                     + (static_cast<uint32_t>(UCs[2].FrameOffset) << 16));
 125     break;
 126   case UOP_SaveXMM128:
 127     outs() << " XMM" << static_cast<uint32_t>(UCs[0].getOpInfo())
 128            << format(" [0x%04x]", 16 * UCs[1].FrameOffset);
 129     break;
 130   case UOP_SaveXMM128Big:
 131     outs() << " XMM" << UCs[0].getOpInfo()
 132            << format(" [0x%08x]", UCs[1].FrameOffset
 133                            + (static_cast<uint32_t>(UCs[2].FrameOffset) << 16));
 134     break;
 135   case UOP_PushMachFrame:
 136     outs() << " " << (UCs[0].getOpInfo() ? "w/o" : "w")
 137            << " error code";
 138     break;
 139   }
 140   outs() << "\n";
 141 }
 142
 143 static void printAllUnwindCodes(ArrayRef<UnwindCode> UCs) {
 144   for (const UnwindCode *I = UCs.begin(), *E = UCs.end(); I < E; ) {
 145     unsigned UsedSlots = getNumUsedSlots(*I);
 146     if (UsedSlots > UCs.size()) {
 147       outs() << "Unwind data corrupted: Encountered unwind op "
 148              << getUnwindCodeTypeName((*I).getUnwindOp())
 149              << " which requires " << UsedSlots
 150              << " slots, but only " << UCs.size()
 151              << " remaining in buffer";
 152       return ;
 153     }
 154     printUnwindCode(ArrayRef<UnwindCode>(I, E));
 155     I += UsedSlots;
 156   }
 157 }
 158
 159 // Given a symbol sym this functions returns the address and section of it.
 160 static std::error_code
 161 resolveSectionAndAddress(const COFFObjectFile *Obj, const SymbolRef &Sym,
 162                          const coff_section *&ResolvedSection,
 163                          uint64_t &ResolvedAddr) {
 164   if (std::error_code EC = Sym.getAddress(ResolvedAddr))
 165     return EC;
 166   section_iterator iter(Obj->section_begin());
 167   if (std::error_code EC = Sym.getSection(iter))
 168     return EC;
 169   ResolvedSection = Obj->getCOFFSection(*iter);
 170   return std::error_code();
 171 }
 172
 173 // Given a vector of relocations for a section and an offset into this section
 174 // the function returns the symbol used for the relocation at the offset.
 175 static std::error_code resolveSymbol(const std::vector<RelocationRef> &Rels,
 176                                      uint64_t Offset, SymbolRef &Sym) {
 177   for (std::vector<RelocationRef>::const_iterator I = Rels.begin(),
 178                                                   E = Rels.end();
 179                                                   I != E; ++I) {
 180     uint64_t Ofs = I->getOffset();
 181     if (Ofs == Offset) {
 182       Sym = *I->getSymbol();
 183       return std::error_code();
 184     }
 185   }
 186   return object_error::parse_failed;
 187 }
 188
 189 // Given a vector of relocations for a section and an offset into this section
 190 // the function resolves the symbol used for the relocation at the offset and
 191 // returns the section content and the address inside the content pointed to
 192 // by the symbol.
 193 static std::error_code
 194 getSectionContents(const COFFObjectFile *Obj,
 195                    const std::vector<RelocationRef> &Rels, uint64_t Offset,
 196                    ArrayRef<uint8_t> &Contents, uint64_t &Addr) {
 197   SymbolRef Sym;
 198   if (std::error_code EC = resolveSymbol(Rels, Offset, Sym))
 199     return EC;
 200   const coff_section *Section;
 201   if (std::error_code EC = resolveSectionAndAddress(Obj, Sym, Section, Addr))
 202     return EC;
 203   if (std::error_code EC = Obj->getSectionContents(Section, Contents))
 204     return EC;
 205   return std::error_code();
 206 }
 207
 208 // Given a vector of relocations for a section and an offset into this section
 209 // the function returns the name of the symbol used for the relocation at the
 210 // offset.
 211 static std::error_code resolveSymbolName(const std::vector<RelocationRef> &Rels,
 212                                          uint64_t Offset, StringRef &Name) {
 213   SymbolRef Sym;
 214   if (std::error_code EC = resolveSymbol(Rels, Offset, Sym))
 215     return EC;
 216   ErrorOr<StringRef> NameOrErr = Sym.getName();
 217   if (std::error_code EC = NameOrErr.getError())
 218     return EC;
 219   Name = *NameOrErr;
 220   return std::error_code();
 221 }
 222
 223 static void printCOFFSymbolAddress(llvm::raw_ostream &Out,
 224                                    const std::vector<RelocationRef> &Rels,
 225                                    uint64_t Offset, uint32_t Disp) {
 226   StringRef Sym;
 227   if (!resolveSymbolName(Rels, Offset, Sym)) {
 228     Out << Sym;
 229     if (Disp > 0)
 230       Out << format(" + 0x%04x", Disp);
 231   } else {
 232     Out << format("0x%04x", Disp);
 233   }
 234 }
 235
 236 static void
 237 printSEHTable(const COFFObjectFile *Obj, uint32_t TableVA, int Count) {
 238   if (Count == 0)
 239     return;
 240
 241   const pe32_header *PE32Header;
 242   if (error(Obj->getPE32Header(PE32Header)))
 243     return;
 244   uint32_t ImageBase = PE32Header->ImageBase;
 245   uintptr_t IntPtr = 0;
 246   if (error(Obj->getVaPtr(TableVA, IntPtr)))
 247     return;
 248   const support::ulittle32_t *P = (const support::ulittle32_t *)IntPtr;
 249   outs() << "SEH Table:";
 250   for (int I = 0; I < Count; ++I)
 251     outs() << format(" 0x%x", P[I] + ImageBase);
 252   outs() << "\n\n";
 253 }
 254
 255 static void printLoadConfiguration(const COFFObjectFile *Obj) {
 256   // Skip if it's not executable.
 257   const pe32_header *PE32Header;
 258   if (error(Obj->getPE32Header(PE32Header)))
 259     return;
 260   if (!PE32Header)
 261     return;
 262
 263   // Currently only x86 is supported
 264   if (Obj->getMachine() != COFF::IMAGE_FILE_MACHINE_I386)
 265     return;
 266
 267   const data_directory *DataDir;
 268   if (error(Obj->getDataDirectory(COFF::LOAD_CONFIG_TABLE, DataDir)))
 269     return;
 270   uintptr_t IntPtr = 0;
 271   if (DataDir->RelativeVirtualAddress == 0)
 272     return;
 273   if (error(Obj->getRvaPtr(DataDir->RelativeVirtualAddress, IntPtr)))
 274     return;
 275
 276   auto *LoadConf = reinterpret_cast<const coff_load_configuration32 *>(IntPtr);
 277   outs() << "Load configuration:"
 278          << "\n  Timestamp: " << LoadConf->TimeDateStamp
 279          << "\n  Major Version: " << LoadConf->MajorVersion
 280          << "\n  Minor Version: " << LoadConf->MinorVersion
 281          << "\n  GlobalFlags Clear: " << LoadConf->GlobalFlagsClear
 282          << "\n  GlobalFlags Set: " << LoadConf->GlobalFlagsSet
 283          << "\n  Critical Section Default Timeout: " << LoadConf->CriticalSectionDefaultTimeout
 284          << "\n  Decommit Free Block Threshold: " << LoadConf->DeCommitFreeBlockThreshold
 285          << "\n  Decommit Total Free Threshold: " << LoadConf->DeCommitTotalFreeThreshold
 286          << "\n  Lock Prefix Table: " << LoadConf->LockPrefixTable
 287          << "\n  Maximum Allocation Size: " << LoadConf->MaximumAllocationSize
 288          << "\n  Virtual Memory Threshold: " << LoadConf->VirtualMemoryThreshold
 289          << "\n  Process Affinity Mask: " << LoadConf->ProcessAffinityMask
 290          << "\n  Process Heap Flags: " << LoadConf->ProcessHeapFlags
 291          << "\n  CSD Version: " << LoadConf->CSDVersion
 292          << "\n  Security Cookie: " << LoadConf->SecurityCookie
 293          << "\n  SEH Table: " << LoadConf->SEHandlerTable
 294          << "\n  SEH Count: " << LoadConf->SEHandlerCount
 295          << "\n\n";
 296   printSEHTable(Obj, LoadConf->SEHandlerTable, LoadConf->SEHandlerCount);
 297   outs() << "\n";
 298 }
 299
 300 // Prints import tables. The import table is a table containing the list of
 301 // DLL name and symbol names which will be linked by the loader.
 302 static void printImportTables(const COFFObjectFile *Obj) {
 303   import_directory_iterator I = Obj->import_directory_begin();
 304   import_directory_iterator E = Obj->import_directory_end();
 305   if (I == E)
 306     return;
 307   outs() << "The Import Tables:\n";
 308   for (; I != E; I = ++I) {
 309     const import_directory_table_entry *Dir;
 310     StringRef Name;
 311     if (I->getImportTableEntry(Dir)) return;
 312     if (I->getName(Name)) return;
 313
 314     outs() << format("  lookup %08x time %08x fwd %08x name %08x addr %08x\n\n",
 315                      static_cast<uint32_t>(Dir->ImportLookupTableRVA),
 316                      static_cast<uint32_t>(Dir->TimeDateStamp),
 317                      static_cast<uint32_t>(Dir->ForwarderChain),
 318                      static_cast<uint32_t>(Dir->NameRVA),
 319                      static_cast<uint32_t>(Dir->ImportAddressTableRVA));
 320     outs() << "    DLL Name: " << Name << "\n";
 321     outs() << "    Hint/Ord  Name\n";
 322     const import_lookup_table_entry32 *entry;
 323     if (I->getImportLookupEntry(entry))
 324       return;
 325     for (; entry->Data; ++entry) {
 326       if (entry->isOrdinal()) {
 327         outs() << format("      % 6d\n", entry->getOrdinal());
 328         continue;
 329       }
 330       uint16_t Hint;
 331       StringRef Name;
 332       if (Obj->getHintName(entry->getHintNameRVA(), Hint, Name))
 333         return;
 334       outs() << format("      % 6d  ", Hint) << Name << "\n";
 335     }
 336     outs() << "\n";
 337   }
 338 }
 339
 340 // Prints export tables. The export table is a table containing the list of
 341 // exported symbol from the DLL.
 342 static void printExportTable(const COFFObjectFile *Obj) {
 343   outs() << "Export Table:\n";
 344   export_directory_iterator I = Obj->export_directory_begin();
 345   export_directory_iterator E = Obj->export_directory_end();
 346   if (I == E)
 347     return;
 348   StringRef DllName;
 349   uint32_t OrdinalBase;
 350   if (I->getDllName(DllName))
 351     return;
 352   if (I->getOrdinalBase(OrdinalBase))
 353     return;
 354   outs() << " DLL name: " << DllName << "\n";
 355   outs() << " Ordinal base: " << OrdinalBase << "\n";
 356   outs() << " Ordinal      RVA  Name\n";
 357   for (; I != E; I = ++I) {
 358     uint32_t Ordinal;
 359     if (I->getOrdinal(Ordinal))
 360       return;
 361     uint32_t RVA;
 362     if (I->getExportRVA(RVA))
 363       return;
 364     outs() << format("    % 4d %# 8x", Ordinal, RVA);
 365
 366     StringRef Name;
 367     if (I->getSymbolName(Name))
 368       continue;
 369     if (!Name.empty())
 370       outs() << "  " << Name;
 371     outs() << "\n";
 372   }
 373 }
 374
 375 // Given the COFF object file, this function returns the relocations for .pdata
 376 // and the pointer to "runtime function" structs.
 377 static bool getPDataSection(const COFFObjectFile *Obj,
 378                             std::vector<RelocationRef> &Rels,
 379                             const RuntimeFunction *&RFStart, int &NumRFs) {
 380   for (const SectionRef &Section : Obj->sections()) {
 381     StringRef Name;
 382     if (error(Section.getName(Name)))
 383       continue;
 384     if (Name != ".pdata")
 385       continue;
 386
 387     const coff_section *Pdata = Obj->getCOFFSection(Section);
 388     for (const RelocationRef &Reloc : Section.relocations())
 389       Rels.push_back(Reloc);
 390
 391     // Sort relocations by address.
 392     std::sort(Rels.begin(), Rels.end(), RelocAddressLess);
 393
 394     ArrayRef<uint8_t> Contents;
 395     if (error(Obj->getSectionContents(Pdata, Contents)))
 396       continue;
 397     if (Contents.empty())
 398       continue;
 399
 400     RFStart = reinterpret_cast<const RuntimeFunction *>(Contents.data());
 401     NumRFs = Contents.size() / sizeof(RuntimeFunction);
 402     return true;
 403   }
 404   return false;
 405 }
 406
 407 static void printWin64EHUnwindInfo(const Win64EH::UnwindInfo *UI) {
 408   // The casts to int are required in order to output the value as number.
 409   // Without the casts the value would be interpreted as char data (which
 410   // results in garbage output).
 411   outs() << "    Version: " << static_cast<int>(UI->getVersion()) << "\n";
 412   outs() << "    Flags: " << static_cast<int>(UI->getFlags());
 413   if (UI->getFlags()) {
 414     if (UI->getFlags() & UNW_ExceptionHandler)
 415       outs() << " UNW_ExceptionHandler";
 416     if (UI->getFlags() & UNW_TerminateHandler)
 417       outs() << " UNW_TerminateHandler";
 418     if (UI->getFlags() & UNW_ChainInfo)
 419       outs() << " UNW_ChainInfo";
 420   }
 421   outs() << "\n";
 422   outs() << "    Size of prolog: " << static_cast<int>(UI->PrologSize) << "\n";
 423   outs() << "    Number of Codes: " << static_cast<int>(UI->NumCodes) << "\n";
 424   // Maybe this should move to output of UOP_SetFPReg?
 425   if (UI->getFrameRegister()) {
 426     outs() << "    Frame register: "
 427            << getUnwindRegisterName(UI->getFrameRegister()) << "\n";
 428     outs() << "    Frame offset: " << 16 * UI->getFrameOffset() << "\n";
 429   } else {
 430     outs() << "    No frame pointer used\n";
 431   }
 432   if (UI->getFlags() & (UNW_ExceptionHandler | UNW_TerminateHandler)) {
 433     // FIXME: Output exception handler data
 434   } else if (UI->getFlags() & UNW_ChainInfo) {
 435     // FIXME: Output chained unwind info
 436   }
 437
 438   if (UI->NumCodes)
 439     outs() << "    Unwind Codes:\n";
 440
 441   printAllUnwindCodes(ArrayRef<UnwindCode>(&UI->UnwindCodes[0], UI->NumCodes));
 442
 443   outs() << "\n";
 444   outs().flush();
 445 }
 446
 447 /// Prints out the given RuntimeFunction struct for x64, assuming that Obj is
 448 /// pointing to an executable file.
 449 static void printRuntimeFunction(const COFFObjectFile *Obj,
 450                                  const RuntimeFunction &RF) {
 451   if (!RF.StartAddress)
 452     return;
 453   outs() << "Function Table:\n"
 454          << format("  Start Address: 0x%04x\n",
 455                    static_cast<uint32_t>(RF.StartAddress))
 456          << format("  End Address: 0x%04x\n",
 457                    static_cast<uint32_t>(RF.EndAddress))
 458          << format("  Unwind Info Address: 0x%04x\n",
 459                    static_cast<uint32_t>(RF.UnwindInfoOffset));
 460   uintptr_t addr;
 461   if (Obj->getRvaPtr(RF.UnwindInfoOffset, addr))
 462     return;
 463   printWin64EHUnwindInfo(reinterpret_cast<const Win64EH::UnwindInfo *>(addr));
 464 }
 465
 466 /// Prints out the given RuntimeFunction struct for x64, assuming that Obj is
 467 /// pointing to an object file. Unlike executable, fields in RuntimeFunction
 468 /// struct are filled with zeros, but instead there are relocations pointing to
 469 /// them so that the linker will fill targets' RVAs to the fields at link
 470 /// time. This function interprets the relocations to find the data to be used
 471 /// in the resulting executable.
 472 static void printRuntimeFunctionRels(const COFFObjectFile *Obj,
 473                                      const RuntimeFunction &RF,
 474                                      uint64_t SectionOffset,
 475                                      const std::vector<RelocationRef> &Rels) {
 476   outs() << "Function Table:\n";
 477   outs() << "  Start Address: ";
 478   printCOFFSymbolAddress(outs(), Rels,
 479                          SectionOffset +
 480                              /*offsetof(RuntimeFunction, StartAddress)*/ 0,
 481                          RF.StartAddress);
 482   outs() << "\n";
 483
 484   outs() << "  End Address: ";
 485   printCOFFSymbolAddress(outs(), Rels,
 486                          SectionOffset +
 487                              /*offsetof(RuntimeFunction, EndAddress)*/ 4,
 488                          RF.EndAddress);
 489   outs() << "\n";
 490
 491   outs() << "  Unwind Info Address: ";
 492   printCOFFSymbolAddress(outs(), Rels,
 493                          SectionOffset +
 494                              /*offsetof(RuntimeFunction, UnwindInfoOffset)*/ 8,
 495                          RF.UnwindInfoOffset);
 496   outs() << "\n";
 497
 498   ArrayRef<uint8_t> XContents;
 499   uint64_t UnwindInfoOffset = 0;
 500   if (error(getSectionContents(
 501           Obj, Rels, SectionOffset +
 502                          /*offsetof(RuntimeFunction, UnwindInfoOffset)*/ 8,
 503           XContents, UnwindInfoOffset)))
 504     return;
 505   if (XContents.empty())
 506     return;
 507
 508   UnwindInfoOffset += RF.UnwindInfoOffset;
 509   if (UnwindInfoOffset > XContents.size())
 510     return;
 511
 512   auto *UI = reinterpret_cast<const Win64EH::UnwindInfo *>(XContents.data() +
 513                                                            UnwindInfoOffset);
 514   printWin64EHUnwindInfo(UI);
 515 }
 516
 517 void llvm::printCOFFUnwindInfo(const COFFObjectFile *Obj) {
 518   if (Obj->getMachine() != COFF::IMAGE_FILE_MACHINE_AMD64) {
 519     errs() << "Unsupported image machine type "
 520               "(currently only AMD64 is supported).\n";
 521     return;
 522   }
 523
 524   std::vector<RelocationRef> Rels;
 525   const RuntimeFunction *RFStart;
 526   int NumRFs;
 527   if (!getPDataSection(Obj, Rels, RFStart, NumRFs))
 528     return;
 529   ArrayRef<RuntimeFunction> RFs(RFStart, NumRFs);
 530
 531   bool IsExecutable = Rels.empty();
 532   if (IsExecutable) {
 533     for (const RuntimeFunction &RF : RFs)
 534       printRuntimeFunction(Obj, RF);
 535     return;
 536   }
 537
 538   for (const RuntimeFunction &RF : RFs) {
 539     uint64_t SectionOffset =
 540         std::distance(RFs.begin(), &RF) * sizeof(RuntimeFunction);
 541     printRuntimeFunctionRels(Obj, RF, SectionOffset, Rels);
 542   }
 543 }
 544
 545 void llvm::printCOFFFileHeader(const object::ObjectFile *Obj) {
 546   const COFFObjectFile *file = dyn_cast<const COFFObjectFile>(Obj);
 547   printLoadConfiguration(file);
 548   printImportTables(file);
 549   printExportTable(file);
 550 }