lib/MC/ELFObjectWriter.cpp

   1 //===- lib/MC/ELFObjectWriter.cpp - ELF File Writer -------------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements ELF object file writer information.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "llvm/MC/ELFObjectWriter.h"
  15 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  16 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  17 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  18 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  19 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  20 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  21 #include "llvm/MC/MCELFSymbolFlags.h"
  22 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  23 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  24 #include "llvm/MC/MCSectionELF.h"
  25 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  26 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  27 #include "llvm/Support/Debug.h"
  28 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  29 #include "llvm/Support/ELF.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetAsmBackend.h"
  31
  32 #include "../Target/X86/X86FixupKinds.h"
  33
  34 #include <vector>
  35 using namespace llvm;
  36
  37 static unsigned GetType(const MCSymbolData &SD) {
  38   uint32_t Type = (SD.getFlags() & (0xf << ELF_STT_Shift)) >> ELF_STT_Shift;
  39   assert(Type == ELF::STT_NOTYPE || Type == ELF::STT_OBJECT ||
  40          Type == ELF::STT_FUNC || Type == ELF::STT_SECTION ||
  41          Type == ELF::STT_FILE || Type == ELF::STT_COMMON ||
  42          Type == ELF::STT_TLS);
  43   return Type;
  44 }
  45
  46 static unsigned GetBinding(const MCSymbolData &SD) {
  47   uint32_t Binding = (SD.getFlags() & (0xf << ELF_STB_Shift)) >> ELF_STB_Shift;
  48   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
  49          Binding == ELF::STB_WEAK);
  50   return Binding;
  51 }
  52
  53 static void SetBinding(MCSymbolData &SD, unsigned Binding) {
  54   assert(Binding == ELF::STB_LOCAL || Binding == ELF::STB_GLOBAL ||
  55          Binding == ELF::STB_WEAK);
  56   uint32_t OtherFlags = SD.getFlags() & ~(0xf << ELF_STB_Shift);
  57   SD.setFlags(OtherFlags | (Binding << ELF_STB_Shift));
  58 }
  59
  60 static bool isFixupKindX86PCRel(unsigned Kind) {
  61   switch (Kind) {
  62   default:
  63     return false;
  64   case X86::reloc_pcrel_1byte:
  65   case X86::reloc_pcrel_4byte:
  66   case X86::reloc_riprel_4byte:
  67   case X86::reloc_riprel_4byte_movq_load:
  68     return true;
  69   }
  70 }
  71
  72 namespace {
  73
  74   class ELFObjectWriterImpl {
  75     /*static bool isFixupKindX86RIPRel(unsigned Kind) {
  76       return Kind == X86::reloc_riprel_4byte ||
  77         Kind == X86::reloc_riprel_4byte_movq_load;
  78     }*/
  79
  80
  81     /// ELFSymbolData - Helper struct for containing some precomputed information
  82     /// on symbols.
  83     struct ELFSymbolData {
  84       MCSymbolData *SymbolData;
  85       uint64_t StringIndex;
  86       uint32_t SectionIndex;
  87
  88       // Support lexicographic sorting.
  89       bool operator<(const ELFSymbolData &RHS) const {
  90         if (GetType(*SymbolData) == ELF::STT_FILE)
  91           return true;
  92         if (GetType(*RHS.SymbolData) == ELF::STT_FILE)
  93           return false;
  94         return SymbolData->getSymbol().getName() <
  95                RHS.SymbolData->getSymbol().getName();
  96       }
  97     };
  98
  99     /// @name Relocation Data
 100     /// @{
 101
 102     struct ELFRelocationEntry {
 103       // Make these big enough for both 32-bit and 64-bit
 104       uint64_t r_offset;
 105       uint64_t r_info;
 106       uint64_t r_addend;
 107
 108       // Support lexicographic sorting.
 109       bool operator<(const ELFRelocationEntry &RE) const {
 110         return RE.r_offset < r_offset;
 111       }
 112     };
 113
 114     llvm::DenseMap<const MCSectionData*,
 115                    std::vector<ELFRelocationEntry> > Relocations;
 116     DenseMap<const MCSection*, uint64_t> SectionStringTableIndex;
 117
 118     /// @}
 119     /// @name Symbol Table Data
 120     /// @{
 121
 122     SmallString<256> StringTable;
 123     std::vector<ELFSymbolData> LocalSymbolData;
 124     std::vector<ELFSymbolData> ExternalSymbolData;
 125     std::vector<ELFSymbolData> UndefinedSymbolData;
 126
 127     /// @}
 128
 129     ELFObjectWriter *Writer;
 130
 131     raw_ostream &OS;
 132
 133     unsigned Is64Bit : 1;
 134
 135     bool HasRelocationAddend;
 136
 137     Triple::OSType OSType;
 138
 139     // This holds the symbol table index of the last local symbol.
 140     unsigned LastLocalSymbolIndex;
 141     // This holds the .strtab section index.
 142     unsigned StringTableIndex;
 143
 144     unsigned ShstrtabIndex;
 145
 146   public:
 147     ELFObjectWriterImpl(ELFObjectWriter *_Writer, bool _Is64Bit,
 148                         bool _HasRelAddend, Triple::OSType _OSType)
 149       : Writer(_Writer), OS(Writer->getStream()),
 150         Is64Bit(_Is64Bit), HasRelocationAddend(_HasRelAddend),
 151         OSType(_OSType) {
 152     }
 153
 154     void Write8(uint8_t Value) { Writer->Write8(Value); }
 155     void Write16(uint16_t Value) { Writer->Write16(Value); }
 156     void Write32(uint32_t Value) { Writer->Write32(Value); }
 157     //void Write64(uint64_t Value) { Writer->Write64(Value); }
 158     void WriteZeros(unsigned N) { Writer->WriteZeros(N); }
 159     //void WriteBytes(StringRef Str, unsigned ZeroFillSize = 0) {
 160     //  Writer->WriteBytes(Str, ZeroFillSize);
 161     //}
 162
 163     void WriteWord(uint64_t W) {
 164       if (Is64Bit)
 165         Writer->Write64(W);
 166       else
 167         Writer->Write32(W);
 168     }
 169
 170     void String8(char *buf, uint8_t Value) {
 171       buf[0] = Value;
 172     }
 173
 174     void StringLE16(char *buf, uint16_t Value) {
 175       buf[0] = char(Value >> 0);
 176       buf[1] = char(Value >> 8);
 177     }
 178
 179     void StringLE32(char *buf, uint32_t Value) {
 180       StringLE16(buf, uint16_t(Value >> 0));
 181       StringLE16(buf + 2, uint16_t(Value >> 16));
 182     }
 183
 184     void StringLE64(char *buf, uint64_t Value) {
 185       StringLE32(buf, uint32_t(Value >> 0));
 186       StringLE32(buf + 4, uint32_t(Value >> 32));
 187     }
 188
 189     void StringBE16(char *buf ,uint16_t Value) {
 190       buf[0] = char(Value >> 8);
 191       buf[1] = char(Value >> 0);
 192     }
 193
 194     void StringBE32(char *buf, uint32_t Value) {
 195       StringBE16(buf, uint16_t(Value >> 16));
 196       StringBE16(buf + 2, uint16_t(Value >> 0));
 197     }
 198
 199     void StringBE64(char *buf, uint64_t Value) {
 200       StringBE32(buf, uint32_t(Value >> 32));
 201       StringBE32(buf + 4, uint32_t(Value >> 0));
 202     }
 203
 204     void String16(char *buf, uint16_t Value) {
 205       if (Writer->isLittleEndian())
 206         StringLE16(buf, Value);
 207       else
 208         StringBE16(buf, Value);
 209     }
 210
 211     void String32(char *buf, uint32_t Value) {
 212       if (Writer->isLittleEndian())
 213         StringLE32(buf, Value);
 214       else
 215         StringBE32(buf, Value);
 216     }
 217
 218     void String64(char *buf, uint64_t Value) {
 219       if (Writer->isLittleEndian())
 220         StringLE64(buf, Value);
 221       else
 222         StringBE64(buf, Value);
 223     }
 224
 225     void WriteHeader(uint64_t SectionDataSize, unsigned NumberOfSections);
 226
 227     void WriteSymbolEntry(MCDataFragment *F, uint64_t name, uint8_t info,
 228                           uint64_t value, uint64_t size,
 229                           uint8_t other, uint16_t shndx);
 230
 231     void WriteSymbol(MCDataFragment *F, ELFSymbolData &MSD,
 232                      const MCAsmLayout &Layout);
 233
 234     void WriteSymbolTable(MCDataFragment *F, const MCAssembler &Asm,
 235                           const MCAsmLayout &Layout,
 236                           unsigned NumRegularSections);
 237
 238     void RecordRelocation(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 239                           const MCFragment *Fragment, const MCFixup &Fixup,
 240                           MCValue Target, uint64_t &FixedValue);
 241
 242     uint64_t getSymbolIndexInSymbolTable(const MCAssembler &Asm,
 243                                          const MCSymbol *S);
 244
 245     /// ComputeSymbolTable - Compute the symbol table data
 246     ///
 247     /// \param StringTable [out] - The string table data.
 248     /// \param StringIndexMap [out] - Map from symbol names to offsets in the
 249     /// string table.
 250     void ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm);
 251
 252     void WriteRelocation(MCAssembler &Asm, MCAsmLayout &Layout,
 253                          const MCSectionData &SD);
 254
 255     void WriteRelocations(MCAssembler &Asm, MCAsmLayout &Layout) {
 256       for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 257              ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 258         WriteRelocation(Asm, Layout, *it);
 259       }
 260     }
 261
 262     void CreateMetadataSections(MCAssembler &Asm, MCAsmLayout &Layout);
 263
 264     void ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm) {
 265       // Compute symbol table information.
 266       ComputeSymbolTable(Asm);
 267     }
 268
 269     void WriteSecHdrEntry(uint32_t Name, uint32_t Type, uint64_t Flags,
 270                           uint64_t Address, uint64_t Offset,
 271                           uint64_t Size, uint32_t Link, uint32_t Info,
 272                           uint64_t Alignment, uint64_t EntrySize);
 273
 274     void WriteRelocationsFragment(const MCAssembler &Asm, MCDataFragment *F,
 275                                   const MCSectionData *SD);
 276
 277     bool IsFixupFullyResolved(const MCAssembler &Asm,
 278                               const MCValue Target,
 279                               bool IsPCRel,
 280                               const MCFragment *DF) const;
 281
 282     void WriteObject(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout);
 283   };
 284
 285 }
 286
 287 // Emit the ELF header.
 288 void ELFObjectWriterImpl::WriteHeader(uint64_t SectionDataSize,
 289                                       unsigned NumberOfSections) {
 290   // ELF Header
 291   // ----------
 292   //
 293   // Note
 294   // ----
 295   // emitWord method behaves differently for ELF32 and ELF64, writing
 296   // 4 bytes in the former and 8 in the latter.
 297
 298   Write8(0x7f); // e_ident[EI_MAG0]
 299   Write8('E');  // e_ident[EI_MAG1]
 300   Write8('L');  // e_ident[EI_MAG2]
 301   Write8('F');  // e_ident[EI_MAG3]
 302
 303   Write8(Is64Bit ? ELF::ELFCLASS64 : ELF::ELFCLASS32); // e_ident[EI_CLASS]
 304
 305   // e_ident[EI_DATA]
 306   Write8(Writer->isLittleEndian() ? ELF::ELFDATA2LSB : ELF::ELFDATA2MSB);
 307
 308   Write8(ELF::EV_CURRENT);        // e_ident[EI_VERSION]
 309   // e_ident[EI_OSABI]
 310   switch (OSType) {
 311     case Triple::FreeBSD:  Write8(ELF::ELFOSABI_FREEBSD); break;
 312     case Triple::Linux:    Write8(ELF::ELFOSABI_LINUX); break;
 313     default:               Write8(ELF::ELFOSABI_NONE); break;
 314   }
 315   Write8(0);                  // e_ident[EI_ABIVERSION]
 316
 317   WriteZeros(ELF::EI_NIDENT - ELF::EI_PAD);
 318
 319   Write16(ELF::ET_REL);             // e_type
 320
 321   // FIXME: Make this configurable
 322   Write16(Is64Bit ? ELF::EM_X86_64 : ELF::EM_386); // e_machine = target
 323
 324   Write32(ELF::EV_CURRENT);         // e_version
 325   WriteWord(0);                    // e_entry, no entry point in .o file
 326   WriteWord(0);                    // e_phoff, no program header for .o
 327   WriteWord(SectionDataSize + (Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Ehdr) :
 328             sizeof(ELF::Elf32_Ehdr)));  // e_shoff = sec hdr table off in bytes
 329
 330   // FIXME: Make this configurable.
 331   Write32(0);   // e_flags = whatever the target wants
 332
 333   // e_ehsize = ELF header size
 334   Write16(Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Ehdr) : sizeof(ELF::Elf32_Ehdr));
 335
 336   Write16(0);                  // e_phentsize = prog header entry size
 337   Write16(0);                  // e_phnum = # prog header entries = 0
 338
 339   // e_shentsize = Section header entry size
 340   Write16(Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Shdr) : sizeof(ELF::Elf32_Shdr));
 341
 342   // e_shnum     = # of section header ents
 343   Write16(NumberOfSections);
 344
 345   // e_shstrndx  = Section # of '.shstrtab'
 346   Write16(ShstrtabIndex);
 347 }
 348
 349 void ELFObjectWriterImpl::WriteSymbolEntry(MCDataFragment *F, uint64_t name,
 350                                            uint8_t info, uint64_t value,
 351                                            uint64_t size, uint8_t other,
 352                                            uint16_t shndx) {
 353   if (Is64Bit) {
 354     char buf[8];
 355
 356     String32(buf, name);
 357     F->getContents() += StringRef(buf, 4); // st_name
 358
 359     String8(buf, info);
 360     F->getContents() += StringRef(buf, 1);  // st_info
 361
 362     String8(buf, other);
 363     F->getContents() += StringRef(buf, 1); // st_other
 364
 365     String16(buf, shndx);
 366     F->getContents() += StringRef(buf, 2); // st_shndx
 367
 368     String64(buf, value);
 369     F->getContents() += StringRef(buf, 8); // st_value
 370
 371     String64(buf, size);
 372     F->getContents() += StringRef(buf, 8);  // st_size
 373   } else {
 374     char buf[4];
 375
 376     String32(buf, name);
 377     F->getContents() += StringRef(buf, 4);  // st_name
 378
 379     String32(buf, value);
 380     F->getContents() += StringRef(buf, 4); // st_value
 381
 382     String32(buf, size);
 383     F->getContents() += StringRef(buf, 4);  // st_size
 384
 385     String8(buf, info);
 386     F->getContents() += StringRef(buf, 1);  // st_info
 387
 388     String8(buf, other);
 389     F->getContents() += StringRef(buf, 1); // st_other
 390
 391     String16(buf, shndx);
 392     F->getContents() += StringRef(buf, 2); // st_shndx
 393   }
 394 }
 395
 396 static uint64_t SymbolValue(MCSymbolData &Data, const MCAsmLayout &Layout) {
 397   if (Data.isCommon() && Data.isExternal())
 398     return Data.getCommonAlignment();
 399
 400   const MCSymbol &Symbol = Data.getSymbol();
 401   if (!Symbol.isInSection())
 402     return 0;
 403
 404   if (!Data.isCommon() && !(Data.getFlags() & ELF_STB_Weak))
 405     if (MCFragment *FF = Data.getFragment())
 406       return Layout.getSymbolAddress(&Data) -
 407              Layout.getSectionAddress(FF->getParent());
 408
 409   return 0;
 410 }
 411
 412 void ELFObjectWriterImpl::WriteSymbol(MCDataFragment *F, ELFSymbolData &MSD,
 413                                       const MCAsmLayout &Layout) {
 414   MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
 415   uint8_t Info = (Data.getFlags() & 0xff);
 416   uint8_t Other = ((Data.getFlags() & 0xf00) >> ELF_STV_Shift);
 417   uint64_t Value = SymbolValue(Data, Layout);
 418   uint64_t Size = 0;
 419   const MCExpr *ESize;
 420
 421   assert(!(Data.isCommon() && !Data.isExternal()));
 422
 423   ESize = Data.getSize();
 424   if (Data.getSize()) {
 425     MCValue Res;
 426     if (ESize->getKind() == MCExpr::Binary) {
 427       const MCBinaryExpr *BE = static_cast<const MCBinaryExpr *>(ESize);
 428
 429       if (BE->EvaluateAsRelocatable(Res, &Layout)) {
 430         MCSymbolData &A =
 431           Layout.getAssembler().getSymbolData(Res.getSymA()->getSymbol());
 432         MCSymbolData &B =
 433           Layout.getAssembler().getSymbolData(Res.getSymB()->getSymbol());
 434
 435         Size = Layout.getSymbolAddress(&A) - Layout.getSymbolAddress(&B);
 436       }
 437     } else if (ESize->getKind() == MCExpr::Constant) {
 438       Size = static_cast<const MCConstantExpr *>(ESize)->getValue();
 439     } else {
 440       assert(0 && "Unsupported size expression");
 441     }
 442   }
 443
 444   // Write out the symbol table entry
 445   WriteSymbolEntry(F, MSD.StringIndex, Info, Value,
 446                    Size, Other, MSD.SectionIndex);
 447 }
 448
 449 void ELFObjectWriterImpl::WriteSymbolTable(MCDataFragment *F,
 450                                            const MCAssembler &Asm,
 451                                            const MCAsmLayout &Layout,
 452                                            unsigned NumRegularSections) {
 453   // The string table must be emitted first because we need the index
 454   // into the string table for all the symbol names.
 455   assert(StringTable.size() && "Missing string table");
 456
 457   // FIXME: Make sure the start of the symbol table is aligned.
 458
 459   // The first entry is the undefined symbol entry.
 460   unsigned EntrySize = Is64Bit ? ELF::SYMENTRY_SIZE64 : ELF::SYMENTRY_SIZE32;
 461   F->getContents().append(EntrySize, '\x00');
 462
 463   // Write the symbol table entries.
 464   LastLocalSymbolIndex = LocalSymbolData.size() + 1;
 465   for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i) {
 466     ELFSymbolData &MSD = LocalSymbolData[i];
 467     WriteSymbol(F, MSD, Layout);
 468   }
 469
 470   // Write out a symbol table entry for each regular section.
 471   unsigned Index = 1;
 472   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin();
 473        Index <= NumRegularSections; ++it, ++Index) {
 474     const MCSectionELF &Section =
 475       static_cast<const MCSectionELF&>(it->getSection());
 476     // Leave out relocations so we don't have indexes within
 477     // the relocations messed up
 478     if (Section.getType() == ELF::SHT_RELA || Section.getType() == ELF::SHT_REL)
 479       continue;
 480     WriteSymbolEntry(F, 0, ELF::STT_SECTION, 0, 0, ELF::STV_DEFAULT, Index);
 481     LastLocalSymbolIndex++;
 482   }
 483
 484   for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i) {
 485     ELFSymbolData &MSD = ExternalSymbolData[i];
 486     MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
 487     assert((Data.getFlags() & ELF_STB_Global) &&
 488            "External symbol requires STB_GLOBAL flag");
 489     WriteSymbol(F, MSD, Layout);
 490     if (GetBinding(Data) == ELF::STB_LOCAL)
 491       LastLocalSymbolIndex++;
 492   }
 493
 494   for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i) {
 495     ELFSymbolData &MSD = UndefinedSymbolData[i];
 496     MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
 497     WriteSymbol(F, MSD, Layout);
 498     if (GetBinding(Data) == ELF::STB_LOCAL)
 499       LastLocalSymbolIndex++;
 500   }
 501 }
 502
 503 static bool ShouldRelocOnSymbol(const MCSymbolData &SD,
 504                                 const MCValue &Target) {
 505   const MCSymbol &Symbol = SD.getSymbol();
 506   if (Symbol.isUndefined())
 507     return true;
 508
 509   const MCSectionELF &Section =
 510     static_cast<const MCSectionELF&>(Symbol.getSection());
 511
 512   if (Section.getFlags() & MCSectionELF::SHF_MERGE)
 513     return Target.getConstant() != 0;
 514
 515   if (SD.isExternal())
 516     return true;
 517
 518   return false;
 519 }
 520
 521 // FIXME: this is currently X86/X86_64 only
 522 void ELFObjectWriterImpl::RecordRelocation(const MCAssembler &Asm,
 523                                            const MCAsmLayout &Layout,
 524                                            const MCFragment *Fragment,
 525                                            const MCFixup &Fixup,
 526                                            MCValue Target,
 527                                            uint64_t &FixedValue) {
 528   int64_t Addend = 0;
 529   unsigned Index = 0;
 530   int64_t Value = Target.getConstant();
 531
 532   bool IsPCRel = isFixupKindX86PCRel(Fixup.getKind());
 533   if (!Target.isAbsolute()) {
 534     const MCSymbol *Symbol = &Target.getSymA()->getSymbol();
 535     MCSymbolData &SD = Asm.getSymbolData(*Symbol);
 536     MCFragment *F = SD.getFragment();
 537
 538     if (const MCSymbolRefExpr *RefB = Target.getSymB()) {
 539       const MCSymbol &SymbolB = RefB->getSymbol();
 540       MCSymbolData &SDB = Asm.getSymbolData(SymbolB);
 541       IsPCRel = true;
 542       MCSectionData *Sec = Fragment->getParent();
 543
 544       // Offset of the symbol in the section
 545       int64_t a = Layout.getSymbolAddress(&SDB) - Layout.getSectionAddress(Sec);
 546
 547       // Ofeset of the relocation in the section
 548       int64_t b = Layout.getFragmentOffset(Fragment) + Fixup.getOffset();
 549       Value += b - a;
 550     }
 551
 552     // Check that this case has already been fully resolved before we get
 553     // here.
 554     if (Symbol->isDefined() && !SD.isExternal() &&
 555         IsPCRel &&
 556         &Fragment->getParent()->getSection() == &Symbol->getSection()) {
 557       llvm_unreachable("We don't need a relocation in this case.");
 558       return;
 559     }
 560
 561     bool RelocOnSymbol = ShouldRelocOnSymbol(SD, Target);
 562     if (!RelocOnSymbol) {
 563       Index = F->getParent()->getOrdinal() + LocalSymbolData.size() + 1;
 564
 565       MCSectionData *FSD = F->getParent();
 566       // Offset of the symbol in the section
 567       Value += Layout.getSymbolAddress(&SD) - Layout.getSectionAddress(FSD);
 568     } else
 569       Index = getSymbolIndexInSymbolTable(Asm, Symbol);
 570     Addend = Value;
 571     // Compensate for the addend on i386.
 572     if (Is64Bit)
 573       Value = 0;
 574   }
 575
 576   FixedValue = Value;
 577
 578   // determine the type of the relocation
 579
 580   MCSymbolRefExpr::VariantKind Modifier = Target.getSymA()->getKind();
 581   unsigned Type;
 582   if (Is64Bit) {
 583     if (IsPCRel) {
 584       switch (Modifier) {
 585       case MCSymbolRefExpr::VK_None:
 586         Type = ELF::R_X86_64_PC32;
 587         break;
 588       case MCSymbolRefExpr::VK_PLT:
 589         Type = ELF::R_X86_64_PLT32;
 590         break;
 591       default:
 592         llvm_unreachable("Unimplemented");
 593       }
 594     } else {
 595       switch ((unsigned)Fixup.getKind()) {
 596       default: llvm_unreachable("invalid fixup kind!");
 597       case FK_Data_8: Type = ELF::R_X86_64_64; break;
 598       case X86::reloc_signed_4byte:
 599       case X86::reloc_pcrel_4byte:
 600         assert(isInt<32>(Target.getConstant()));
 601         switch (Modifier) {
 602         case MCSymbolRefExpr::VK_None:
 603           Type = ELF::R_X86_64_32S;
 604           break;
 605         case MCSymbolRefExpr::VK_GOT:
 606           Type = ELF::R_X86_64_GOT32;
 607           break;
 608         default:
 609           llvm_unreachable("Unimplemented");
 610         }
 611         break;
 612       case FK_Data_4:
 613         Type = ELF::R_X86_64_32;
 614         break;
 615       case FK_Data_2: Type = ELF::R_X86_64_16; break;
 616       case X86::reloc_pcrel_1byte:
 617       case FK_Data_1: Type = ELF::R_X86_64_8; break;
 618       }
 619     }
 620   } else {
 621     if (IsPCRel) {
 622       Type = ELF::R_386_PC32;
 623     } else {
 624       switch ((unsigned)Fixup.getKind()) {
 625       default: llvm_unreachable("invalid fixup kind!");
 626
 627       // FIXME: Should we avoid selecting reloc_signed_4byte in 32 bit mode
 628       // instead?
 629       case X86::reloc_signed_4byte:
 630       case X86::reloc_pcrel_4byte:
 631       case FK_Data_4: Type = ELF::R_386_32; break;
 632       case FK_Data_2: Type = ELF::R_386_16; break;
 633       case X86::reloc_pcrel_1byte:
 634       case FK_Data_1: Type = ELF::R_386_8; break;
 635       }
 636     }
 637   }
 638
 639   ELFRelocationEntry ERE;
 640
 641   if (Is64Bit) {
 642     struct ELF::Elf64_Rela ERE64;
 643     ERE64.setSymbolAndType(Index, Type);
 644     ERE.r_info = ERE64.r_info;
 645   } else {
 646     struct ELF::Elf32_Rela ERE32;
 647     ERE32.setSymbolAndType(Index, Type);
 648     ERE.r_info = ERE32.r_info;
 649   }
 650
 651   ERE.r_offset = Layout.getFragmentOffset(Fragment) + Fixup.getOffset();
 652
 653   if (HasRelocationAddend)
 654     ERE.r_addend = Addend;
 655   else
 656     ERE.r_addend = 0; // Silence compiler warning.
 657
 658   Relocations[Fragment->getParent()].push_back(ERE);
 659 }
 660
 661 uint64_t
 662 ELFObjectWriterImpl::getSymbolIndexInSymbolTable(const MCAssembler &Asm,
 663                                                  const MCSymbol *S) {
 664   MCSymbolData &SD = Asm.getSymbolData(*S);
 665
 666   // Local symbol.
 667   if (!SD.isExternal() && !S->isUndefined())
 668     return SD.getIndex() + /* empty symbol */ 1;
 669
 670   // External or undefined symbol.
 671   return SD.getIndex() + Asm.size() + /* empty symbol */ 1;
 672 }
 673
 674 void ELFObjectWriterImpl::ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm) {
 675   // Build section lookup table.
 676   DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
 677   unsigned Index = 1;
 678   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 679          ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
 680     SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index;
 681
 682   // Index 0 is always the empty string.
 683   StringMap<uint64_t> StringIndexMap;
 684   StringTable += '\x00';
 685
 686   // Add the data for local symbols.
 687   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 688          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 689     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 690
 691     // Ignore non-linker visible symbols.
 692     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(Symbol))
 693       continue;
 694
 695     if (it->isExternal() || Symbol.isUndefined())
 696       continue;
 697
 698     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 699     if (!Entry) {
 700       Entry = StringTable.size();
 701       StringTable += Symbol.getName();
 702       StringTable += '\x00';
 703     }
 704
 705     ELFSymbolData MSD;
 706     MSD.SymbolData = it;
 707     MSD.StringIndex = Entry;
 708
 709     if (Symbol.isAbsolute()) {
 710       MSD.SectionIndex = ELF::SHN_ABS;
 711       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 712     } else {
 713       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 714       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 715       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 716     }
 717   }
 718
 719   // Now add non-local symbols.
 720   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 721          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 722     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 723
 724     // Ignore non-linker visible symbols.
 725     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(Symbol) && !Symbol.isUndefined())
 726       continue;
 727
 728     if (!it->isExternal() && !Symbol.isUndefined())
 729       continue;
 730
 731     if (Symbol.isVariable())
 732       continue;
 733
 734     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 735     if (!Entry) {
 736       Entry = StringTable.size();
 737       StringTable += Symbol.getName();
 738       StringTable += '\x00';
 739     }
 740
 741     ELFSymbolData MSD;
 742     MSD.SymbolData = it;
 743     MSD.StringIndex = Entry;
 744
 745     if (it->isCommon()) {
 746       MSD.SectionIndex = ELF::SHN_COMMON;
 747       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 748     } else if (Symbol.isUndefined()) {
 749       MSD.SectionIndex = ELF::SHN_UNDEF;
 750       // FIXME: Undefined symbols are global, but this is the first place we
 751       // are able to set it.
 752       if (GetBinding(*it) == ELF::STB_LOCAL)
 753         SetBinding(*it, ELF::STB_GLOBAL);
 754       UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
 755     } else if (Symbol.isAbsolute()) {
 756       MSD.SectionIndex = ELF::SHN_ABS;
 757       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 758     } else {
 759       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 760       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 761       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 762     }
 763   }
 764
 765   // Symbols are required to be in lexicographic order.
 766   array_pod_sort(LocalSymbolData.begin(), LocalSymbolData.end());
 767   array_pod_sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
 768   array_pod_sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
 769
 770   // Set the symbol indices. Local symbols must come before all other
 771   // symbols with non-local bindings.
 772   Index = 0;
 773   for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 774     LocalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 775   for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 776     ExternalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 777   for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 778     UndefinedSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 779 }
 780
 781 void ELFObjectWriterImpl::WriteRelocation(MCAssembler &Asm, MCAsmLayout &Layout,
 782                                           const MCSectionData &SD) {
 783   if (!Relocations[&SD].empty()) {
 784     MCContext &Ctx = Asm.getContext();
 785     const MCSection *RelaSection;
 786     const MCSectionELF &Section =
 787       static_cast<const MCSectionELF&>(SD.getSection());
 788
 789     const StringRef SectionName = Section.getSectionName();
 790     std::string RelaSectionName = HasRelocationAddend ? ".rela" : ".rel";
 791     RelaSectionName += SectionName;
 792
 793     unsigned EntrySize;
 794     if (HasRelocationAddend)
 795       EntrySize = Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Rela) : sizeof(ELF::Elf32_Rela);
 796     else
 797       EntrySize = Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Rel) : sizeof(ELF::Elf32_Rel);
 798
 799     RelaSection = Ctx.getELFSection(RelaSectionName, HasRelocationAddend ?
 800                                     ELF::SHT_RELA : ELF::SHT_REL, 0,
 801                                     SectionKind::getReadOnly(),
 802                                     false, EntrySize);
 803
 804     MCSectionData &RelaSD = Asm.getOrCreateSectionData(*RelaSection);
 805     RelaSD.setAlignment(Is64Bit ? 8 : 4);
 806
 807     MCDataFragment *F = new MCDataFragment(&RelaSD);
 808
 809     WriteRelocationsFragment(Asm, F, &SD);
 810
 811     Asm.AddSectionToTheEnd(*Writer, RelaSD, Layout);
 812   }
 813 }
 814
 815 void ELFObjectWriterImpl::WriteSecHdrEntry(uint32_t Name, uint32_t Type,
 816                                            uint64_t Flags, uint64_t Address,
 817                                            uint64_t Offset, uint64_t Size,
 818                                            uint32_t Link, uint32_t Info,
 819                                            uint64_t Alignment,
 820                                            uint64_t EntrySize) {
 821   Write32(Name);        // sh_name: index into string table
 822   Write32(Type);        // sh_type
 823   WriteWord(Flags);     // sh_flags
 824   WriteWord(Address);   // sh_addr
 825   WriteWord(Offset);    // sh_offset
 826   WriteWord(Size);      // sh_size
 827   Write32(Link);        // sh_link
 828   Write32(Info);        // sh_info
 829   WriteWord(Alignment); // sh_addralign
 830   WriteWord(EntrySize); // sh_entsize
 831 }
 832
 833 void ELFObjectWriterImpl::WriteRelocationsFragment(const MCAssembler &Asm,
 834                                                    MCDataFragment *F,
 835                                                    const MCSectionData *SD) {
 836   std::vector<ELFRelocationEntry> &Relocs = Relocations[SD];
 837   // sort by the r_offset just like gnu as does
 838   array_pod_sort(Relocs.begin(), Relocs.end());
 839
 840   for (unsigned i = 0, e = Relocs.size(); i != e; ++i) {
 841     ELFRelocationEntry entry = Relocs[e - i - 1];
 842
 843     if (Is64Bit) {
 844       char buf[8];
 845
 846       String64(buf, entry.r_offset);
 847       F->getContents() += StringRef(buf, 8);
 848
 849       String64(buf, entry.r_info);
 850       F->getContents() += StringRef(buf, 8);
 851
 852       if (HasRelocationAddend) {
 853         String64(buf, entry.r_addend);
 854         F->getContents() += StringRef(buf, 8);
 855       }
 856     } else {
 857       char buf[4];
 858
 859       String32(buf, entry.r_offset);
 860       F->getContents() += StringRef(buf, 4);
 861
 862       String32(buf, entry.r_info);
 863       F->getContents() += StringRef(buf, 4);
 864
 865       if (HasRelocationAddend) {
 866         String32(buf, entry.r_addend);
 867         F->getContents() += StringRef(buf, 4);
 868       }
 869     }
 870   }
 871 }
 872
 873 void ELFObjectWriterImpl::CreateMetadataSections(MCAssembler &Asm,
 874                                                  MCAsmLayout &Layout) {
 875   MCContext &Ctx = Asm.getContext();
 876   MCDataFragment *F;
 877
 878   const MCSection *SymtabSection;
 879   unsigned EntrySize = Is64Bit ? ELF::SYMENTRY_SIZE64 : ELF::SYMENTRY_SIZE32;
 880
 881   unsigned NumRegularSections = Asm.size();
 882
 883   // We construct .shstrtab, .symtab and .strtab in this order to match gnu as.
 884   const MCSection *ShstrtabSection;
 885   ShstrtabSection = Ctx.getELFSection(".shstrtab", ELF::SHT_STRTAB, 0,
 886                                       SectionKind::getReadOnly(), false);
 887   MCSectionData &ShstrtabSD = Asm.getOrCreateSectionData(*ShstrtabSection);
 888   ShstrtabSD.setAlignment(1);
 889   ShstrtabIndex = Asm.size();
 890
 891   SymtabSection = Ctx.getELFSection(".symtab", ELF::SHT_SYMTAB, 0,
 892                                     SectionKind::getReadOnly(),
 893                                     false, EntrySize);
 894   MCSectionData &SymtabSD = Asm.getOrCreateSectionData(*SymtabSection);
 895   SymtabSD.setAlignment(Is64Bit ? 8 : 4);
 896
 897   const MCSection *StrtabSection;
 898   StrtabSection = Ctx.getELFSection(".strtab", ELF::SHT_STRTAB, 0,
 899                                     SectionKind::getReadOnly(), false);
 900   MCSectionData &StrtabSD = Asm.getOrCreateSectionData(*StrtabSection);
 901   StrtabSD.setAlignment(1);
 902   StringTableIndex = Asm.size();
 903
 904   WriteRelocations(Asm, Layout);
 905
 906   // Symbol table
 907   F = new MCDataFragment(&SymtabSD);
 908   WriteSymbolTable(F, Asm, Layout, NumRegularSections);
 909   Asm.AddSectionToTheEnd(*Writer, SymtabSD, Layout);
 910
 911   F = new MCDataFragment(&StrtabSD);
 912   F->getContents().append(StringTable.begin(), StringTable.end());
 913   Asm.AddSectionToTheEnd(*Writer, StrtabSD, Layout);
 914
 915   F = new MCDataFragment(&ShstrtabSD);
 916
 917   // Section header string table.
 918   //
 919   // The first entry of a string table holds a null character so skip
 920   // section 0.
 921   uint64_t Index = 1;
 922   F->getContents() += '\x00';
 923
 924   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 925          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 926     const MCSectionELF &Section =
 927       static_cast<const MCSectionELF&>(it->getSection());
 928     // FIXME: We could merge suffixes like in .text and .rela.text.
 929
 930     // Remember the index into the string table so we can write it
 931     // into the sh_name field of the section header table.
 932     SectionStringTableIndex[&it->getSection()] = Index;
 933
 934     Index += Section.getSectionName().size() + 1;
 935     F->getContents() += Section.getSectionName();
 936     F->getContents() += '\x00';
 937   }
 938
 939   Asm.AddSectionToTheEnd(*Writer, ShstrtabSD, Layout);
 940 }
 941
 942 bool ELFObjectWriterImpl::IsFixupFullyResolved(const MCAssembler &Asm,
 943                                                const MCValue Target,
 944                                                bool IsPCRel,
 945                                                const MCFragment *DF) const {
 946   // If this is a PCrel relocation, find the section this fixup value is
 947   // relative to.
 948   const MCSection *BaseSection = 0;
 949   if (IsPCRel) {
 950     BaseSection = &DF->getParent()->getSection();
 951     assert(BaseSection);
 952   }
 953
 954   const MCSection *SectionA = 0;
 955   const MCSymbol *SymbolA = 0;
 956   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
 957     SymbolA = &A->getSymbol();
 958     SectionA = &SymbolA->getSection();
 959   }
 960
 961   const MCSection *SectionB = 0;
 962   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
 963     SectionB = &B->getSymbol().getSection();
 964   }
 965
 966   if (!BaseSection)
 967     return SectionA == SectionB;
 968
 969   const MCSymbolData &DataA = Asm.getSymbolData(*SymbolA);
 970   if (DataA.isExternal())
 971     return false;
 972
 973   return !SectionB && BaseSection == SectionA;
 974 }
 975
 976 void ELFObjectWriterImpl::WriteObject(const MCAssembler &Asm,
 977                                       const MCAsmLayout &Layout) {
 978   CreateMetadataSections(const_cast<MCAssembler&>(Asm),
 979                          const_cast<MCAsmLayout&>(Layout));
 980
 981   // Add 1 for the null section.
 982   unsigned NumSections = Asm.size() + 1;
 983   uint64_t NaturalAlignment = Is64Bit ? 8 : 4;
 984   uint64_t HeaderSize = Is64Bit ? sizeof(ELF::Elf64_Ehdr) : sizeof(ELF::Elf32_Ehdr);
 985   uint64_t FileOff = HeaderSize;
 986
 987   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 988          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 989     const MCSectionData &SD = *it;
 990
 991     FileOff = RoundUpToAlignment(FileOff, SD.getAlignment());
 992
 993     // Get the size of the section in the output file (including padding).
 994     uint64_t Size = Layout.getSectionFileSize(&SD);
 995
 996     FileOff += Size;
 997   }
 998
 999   FileOff = RoundUpToAlignment(FileOff, NaturalAlignment);
1000
1001   // Write out the ELF header ...
1002   WriteHeader(FileOff - HeaderSize, NumSections);
1003
1004   FileOff = HeaderSize;
1005
1006   // ... then all of the sections ...
1007   DenseMap<const MCSection*, uint64_t> SectionOffsetMap;
1008
1009   DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
1010
1011   unsigned Index = 1;
1012   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
1013          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
1014     const MCSectionData &SD = *it;
1015
1016     uint64_t Padding = OffsetToAlignment(FileOff, SD.getAlignment());
1017     WriteZeros(Padding);
1018     FileOff += Padding;
1019
1020     // Remember the offset into the file for this section.
1021     SectionOffsetMap[&it->getSection()] = FileOff;
1022     SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index++;
1023
1024     FileOff += Layout.getSectionFileSize(&SD);
1025
1026     Asm.WriteSectionData(it, Layout, Writer);
1027   }
1028
1029   uint64_t Padding = OffsetToAlignment(FileOff, NaturalAlignment);
1030   WriteZeros(Padding);
1031   FileOff += Padding;
1032
1033   // ... and then the section header table.
1034   // Should we align the section header table?
1035   //
1036   // Null section first.
1037   WriteSecHdrEntry(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0);
1038
1039   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
1040          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
1041     const MCSectionData &SD = *it;
1042     const MCSectionELF &Section =
1043       static_cast<const MCSectionELF&>(SD.getSection());
1044
1045     uint64_t sh_link = 0;
1046     uint64_t sh_info = 0;
1047
1048     switch(Section.getType()) {
1049     case ELF::SHT_DYNAMIC:
1050       sh_link = SectionStringTableIndex[&it->getSection()];
1051       sh_info = 0;
1052       break;
1053
1054     case ELF::SHT_REL:
1055     case ELF::SHT_RELA: {
1056       const MCSection *SymtabSection;
1057       const MCSection *InfoSection;
1058
1059       SymtabSection = Asm.getContext().getELFSection(".symtab", ELF::SHT_SYMTAB, 0,
1060                                                      SectionKind::getReadOnly(),
1061                                                      false);
1062       sh_link = SectionIndexMap[SymtabSection];
1063
1064       // Remove ".rel" and ".rela" prefixes.
1065       unsigned SecNameLen = (Section.getType() == ELF::SHT_REL) ? 4 : 5;
1066       StringRef SectionName = Section.getSectionName().substr(SecNameLen);
1067
1068       InfoSection = Asm.getContext().getELFSection(SectionName,
1069                                                    ELF::SHT_PROGBITS, 0,
1070                                                    SectionKind::getReadOnly(),
1071                                                    false);
1072       sh_info = SectionIndexMap[InfoSection];
1073       break;
1074     }
1075
1076     case ELF::SHT_SYMTAB:
1077     case ELF::SHT_DYNSYM:
1078       sh_link = StringTableIndex;
1079       sh_info = LastLocalSymbolIndex;
1080       break;
1081
1082     case ELF::SHT_PROGBITS:
1083     case ELF::SHT_STRTAB:
1084     case ELF::SHT_NOBITS:
1085     case ELF::SHT_NULL:
1086       // Nothing to do.
1087       break;
1088
1089     case ELF::SHT_HASH:
1090     case ELF::SHT_GROUP:
1091     case ELF::SHT_SYMTAB_SHNDX:
1092     default:
1093       assert(0 && "FIXME: sh_type value not supported!");
1094       break;
1095     }
1096
1097     WriteSecHdrEntry(SectionStringTableIndex[&it->getSection()],
1098                      Section.getType(), Section.getFlags(),
1099                      0,
1100                      SectionOffsetMap.lookup(&SD.getSection()),
1101                      Layout.getSectionSize(&SD), sh_link,
1102                      sh_info, SD.getAlignment(),
1103                      Section.getEntrySize());
1104   }
1105 }
1106
1107 ELFObjectWriter::ELFObjectWriter(raw_ostream &OS,
1108                                  bool Is64Bit,
1109                                  Triple::OSType OSType,
1110                                  bool IsLittleEndian,
1111                                  bool HasRelocationAddend)
1112   : MCObjectWriter(OS, IsLittleEndian)
1113 {
1114   Impl = new ELFObjectWriterImpl(this, Is64Bit, HasRelocationAddend, OSType);
1115 }
1116
1117 ELFObjectWriter::~ELFObjectWriter() {
1118   delete (ELFObjectWriterImpl*) Impl;
1119 }
1120
1121 void ELFObjectWriter::ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm) {
1122   ((ELFObjectWriterImpl*) Impl)->ExecutePostLayoutBinding(Asm);
1123 }
1124
1125 void ELFObjectWriter::RecordRelocation(const MCAssembler &Asm,
1126                                        const MCAsmLayout &Layout,
1127                                        const MCFragment *Fragment,
1128                                        const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
1129                                        uint64_t &FixedValue) {
1130   ((ELFObjectWriterImpl*) Impl)->RecordRelocation(Asm, Layout, Fragment, Fixup,
1131                                                   Target, FixedValue);
1132 }
1133
1134 bool ELFObjectWriter::IsFixupFullyResolved(const MCAssembler &Asm,
1135                                            const MCValue Target,
1136                                            bool IsPCRel,
1137                                            const MCFragment *DF) const {
1138   return ((ELFObjectWriterImpl*) Impl)->IsFixupFullyResolved(Asm, Target,
1139                                                              IsPCRel, DF);
1140 }
1141
1142 void ELFObjectWriter::WriteObject(const MCAssembler &Asm,
1143                                   const MCAsmLayout &Layout) {
1144   ((ELFObjectWriterImpl*) Impl)->WriteObject(Asm, Layout);
1145 }