lib/Transforms/Instrumentation/AddressSanitizer.cpp

   1 //===-- AddressSanitizer.cpp - memory error detector ------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file is a part of AddressSanitizer, an address sanity checker.
  11 // Details of the algorithm:
  12 //  http://code.google.com/p/address-sanitizer/wiki/AddressSanitizerAlgorithm
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Instrumentation.h"
  17 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
  18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
  20 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
  22 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  23 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  26 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
  27 #include "llvm/ADT/Triple.h"
  28 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  31 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  32 #include "llvm/IR/DIBuilder.h"
  33 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  34 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  35 #include "llvm/IR/Function.h"
  36 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
  37 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
  38 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  39 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  40 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  41 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
  42 #include "llvm/IR/Module.h"
  43 #include "llvm/IR/Type.h"
  44 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  45 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  46 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  47 #include "llvm/Support/Debug.h"
  48 #include "llvm/Support/Endian.h"
  49 #include "llvm/Support/SwapByteOrder.h"
  50 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  51 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  52 #include "llvm/Transforms/Utils/ASanStackFrameLayout.h"
  53 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
  54 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
  55 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
  56 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
  57 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
  58 #include <algorithm>
  59 #include <string>
  60 #include <system_error>
  61
  62 using namespace llvm;
  63
  64 #define DEBUG_TYPE "asan"
  65
  66 // VMA size definition for architecture that support multiple sizes.
  67 // AArch64 has 3 VMA sizes: 39, 42 and 48.
  68 #ifndef SANITIZER_AARCH64_VMA
  69 # define SANITIZER_AARCH64_VMA 39
  70 #else
  71 # if SANITIZER_AARCH64_VMA != 39 && SANITIZER_AARCH64_VMA != 42
  72 #  error "invalid SANITIZER_AARCH64_VMA size"
  73 # endif
  74 #endif
  75
  76 static const uint64_t kDefaultShadowScale = 3;
  77 static const uint64_t kDefaultShadowOffset32 = 1ULL << 29;
  78 static const uint64_t kIOSShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  79 static const uint64_t kDefaultShadowOffset64 = 1ULL << 44;
  80 static const uint64_t kSmallX86_64ShadowOffset = 0x7FFF8000;  // < 2G.
  81 static const uint64_t kLinuxKasan_ShadowOffset64 = 0xdffffc0000000000;
  82 static const uint64_t kPPC64_ShadowOffset64 = 1ULL << 41;
  83 static const uint64_t kMIPS32_ShadowOffset32 = 0x0aaa0000;
  84 static const uint64_t kMIPS64_ShadowOffset64 = 1ULL << 37;
  85 #if SANITIZER_AARCH64_VMA == 39
  86 static const uint64_t kAArch64_ShadowOffset64 = 1ULL << 36;
  87 #elif SANITIZER_AARCH64_VMA == 42
  88 static const uint64_t kAArch64_ShadowOffset64 = 1ULL << 39;
  89 #endif
  90 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset32 = 1ULL << 30;
  91 static const uint64_t kFreeBSD_ShadowOffset64 = 1ULL << 46;
  92 static const uint64_t kWindowsShadowOffset32 = 3ULL << 28;
  93
  94 static const size_t kMinStackMallocSize = 1 << 6;   // 64B
  95 static const size_t kMaxStackMallocSize = 1 << 16;  // 64K
  96 static const uintptr_t kCurrentStackFrameMagic = 0x41B58AB3;
  97 static const uintptr_t kRetiredStackFrameMagic = 0x45E0360E;
  98
  99 static const char *const kAsanModuleCtorName = "asan.module_ctor";
 100 static const char *const kAsanModuleDtorName = "asan.module_dtor";
 101 static const uint64_t kAsanCtorAndDtorPriority = 1;
 102 static const char *const kAsanReportErrorTemplate = "__asan_report_";
 103 static const char *const kAsanRegisterGlobalsName = "__asan_register_globals";
 104 static const char *const kAsanUnregisterGlobalsName =
 105     "__asan_unregister_globals";
 106 static const char *const kAsanPoisonGlobalsName = "__asan_before_dynamic_init";
 107 static const char *const kAsanUnpoisonGlobalsName = "__asan_after_dynamic_init";
 108 static const char *const kAsanInitName = "__asan_init";
 109 static const char *const kAsanVersionCheckName =
 110     "__asan_version_mismatch_check_v6";
 111 static const char *const kAsanPtrCmp = "__sanitizer_ptr_cmp";
 112 static const char *const kAsanPtrSub = "__sanitizer_ptr_sub";
 113 static const char *const kAsanHandleNoReturnName = "__asan_handle_no_return";
 114 static const int kMaxAsanStackMallocSizeClass = 10;
 115 static const char *const kAsanStackMallocNameTemplate = "__asan_stack_malloc_";
 116 static const char *const kAsanStackFreeNameTemplate = "__asan_stack_free_";
 117 static const char *const kAsanGenPrefix = "__asan_gen_";
 118 static const char *const kSanCovGenPrefix = "__sancov_gen_";
 119 static const char *const kAsanPoisonStackMemoryName =
 120     "__asan_poison_stack_memory";
 121 static const char *const kAsanUnpoisonStackMemoryName =
 122     "__asan_unpoison_stack_memory";
 123
 124 static const char *const kAsanOptionDetectUAR =
 125     "__asan_option_detect_stack_use_after_return";
 126
 127 static const char *const kAsanAllocaPoison = "__asan_alloca_poison";
 128 static const char *const kAsanAllocasUnpoison = "__asan_allocas_unpoison";
 129
 130 // Accesses sizes are powers of two: 1, 2, 4, 8, 16.
 131 static const size_t kNumberOfAccessSizes = 5;
 132
 133 static const unsigned kAllocaRzSize = 32;
 134
 135 // Command-line flags.
 136 static cl::opt<bool> ClEnableKasan(
 137     "asan-kernel", cl::desc("Enable KernelAddressSanitizer instrumentation"),
 138     cl::Hidden, cl::init(false));
 139
 140 // This flag may need to be replaced with -f[no-]asan-reads.
 141 static cl::opt<bool> ClInstrumentReads("asan-instrument-reads",
 142                                        cl::desc("instrument read instructions"),
 143                                        cl::Hidden, cl::init(true));
 144 static cl::opt<bool> ClInstrumentWrites(
 145     "asan-instrument-writes", cl::desc("instrument write instructions"),
 146     cl::Hidden, cl::init(true));
 147 static cl::opt<bool> ClInstrumentAtomics(
 148     "asan-instrument-atomics",
 149     cl::desc("instrument atomic instructions (rmw, cmpxchg)"), cl::Hidden,
 150     cl::init(true));
 151 static cl::opt<bool> ClAlwaysSlowPath(
 152     "asan-always-slow-path",
 153     cl::desc("use instrumentation with slow path for all accesses"), cl::Hidden,
 154     cl::init(false));
 155 // This flag limits the number of instructions to be instrumented
 156 // in any given BB. Normally, this should be set to unlimited (INT_MAX),
 157 // but due to http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=12652 we temporary
 158 // set it to 10000.
 159 static cl::opt<int> ClMaxInsnsToInstrumentPerBB(
 160     "asan-max-ins-per-bb", cl::init(10000),
 161     cl::desc("maximal number of instructions to instrument in any given BB"),
 162     cl::Hidden);
 163 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-stack.
 164 static cl::opt<bool> ClStack("asan-stack", cl::desc("Handle stack memory"),
 165                              cl::Hidden, cl::init(true));
 166 static cl::opt<bool> ClUseAfterReturn("asan-use-after-return",
 167                                       cl::desc("Check return-after-free"),
 168                                       cl::Hidden, cl::init(true));
 169 // This flag may need to be replaced with -f[no]asan-globals.
 170 static cl::opt<bool> ClGlobals("asan-globals",
 171                                cl::desc("Handle global objects"), cl::Hidden,
 172                                cl::init(true));
 173 static cl::opt<bool> ClInitializers("asan-initialization-order",
 174                                     cl::desc("Handle C++ initializer order"),
 175                                     cl::Hidden, cl::init(true));
 176 static cl::opt<bool> ClInvalidPointerPairs(
 177     "asan-detect-invalid-pointer-pair",
 178     cl::desc("Instrument <, <=, >, >=, - with pointer operands"), cl::Hidden,
 179     cl::init(false));
 180 static cl::opt<unsigned> ClRealignStack(
 181     "asan-realign-stack",
 182     cl::desc("Realign stack to the value of this flag (power of two)"),
 183     cl::Hidden, cl::init(32));
 184 static cl::opt<int> ClInstrumentationWithCallsThreshold(
 185     "asan-instrumentation-with-call-threshold",
 186     cl::desc(
 187         "If the function being instrumented contains more than "
 188         "this number of memory accesses, use callbacks instead of "
 189         "inline checks (-1 means never use callbacks)."),
 190     cl::Hidden, cl::init(7000));
 191 static cl::opt<std::string> ClMemoryAccessCallbackPrefix(
 192     "asan-memory-access-callback-prefix",
 193     cl::desc("Prefix for memory access callbacks"), cl::Hidden,
 194     cl::init("__asan_"));
 195 static cl::opt<bool> ClInstrumentAllocas("asan-instrument-allocas",
 196                                          cl::desc("instrument dynamic allocas"),
 197                                          cl::Hidden, cl::init(false));
 198 static cl::opt<bool> ClSkipPromotableAllocas(
 199     "asan-skip-promotable-allocas",
 200     cl::desc("Do not instrument promotable allocas"), cl::Hidden,
 201     cl::init(true));
 202
 203 // These flags allow to change the shadow mapping.
 204 // The shadow mapping looks like
 205 //    Shadow = (Mem >> scale) + (1 << offset_log)
 206 static cl::opt<int> ClMappingScale("asan-mapping-scale",
 207                                    cl::desc("scale of asan shadow mapping"),
 208                                    cl::Hidden, cl::init(0));
 209
 210 // Optimization flags. Not user visible, used mostly for testing
 211 // and benchmarking the tool.
 212 static cl::opt<bool> ClOpt("asan-opt", cl::desc("Optimize instrumentation"),
 213                            cl::Hidden, cl::init(true));
 214 static cl::opt<bool> ClOptSameTemp(
 215     "asan-opt-same-temp", cl::desc("Instrument the same temp just once"),
 216     cl::Hidden, cl::init(true));
 217 static cl::opt<bool> ClOptGlobals("asan-opt-globals",
 218                                   cl::desc("Don't instrument scalar globals"),
 219                                   cl::Hidden, cl::init(true));
 220 static cl::opt<bool> ClOptStack(
 221     "asan-opt-stack", cl::desc("Don't instrument scalar stack variables"),
 222     cl::Hidden, cl::init(false));
 223
 224 static cl::opt<bool> ClCheckLifetime(
 225     "asan-check-lifetime",
 226     cl::desc("Use llvm.lifetime intrinsics to insert extra checks"), cl::Hidden,
 227     cl::init(false));
 228
 229 static cl::opt<bool> ClDynamicAllocaStack(
 230     "asan-stack-dynamic-alloca",
 231     cl::desc("Use dynamic alloca to represent stack variables"), cl::Hidden,
 232     cl::init(true));
 233
 234 static cl::opt<uint32_t> ClForceExperiment(
 235     "asan-force-experiment",
 236     cl::desc("Force optimization experiment (for testing)"), cl::Hidden,
 237     cl::init(0));
 238
 239 // Debug flags.
 240 static cl::opt<int> ClDebug("asan-debug", cl::desc("debug"), cl::Hidden,
 241                             cl::init(0));
 242 static cl::opt<int> ClDebugStack("asan-debug-stack", cl::desc("debug stack"),
 243                                  cl::Hidden, cl::init(0));
 244 static cl::opt<std::string> ClDebugFunc("asan-debug-func", cl::Hidden,
 245                                         cl::desc("Debug func"));
 246 static cl::opt<int> ClDebugMin("asan-debug-min", cl::desc("Debug min inst"),
 247                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 248 static cl::opt<int> ClDebugMax("asan-debug-max", cl::desc("Debug man inst"),
 249                                cl::Hidden, cl::init(-1));
 250
 251 STATISTIC(NumInstrumentedReads, "Number of instrumented reads");
 252 STATISTIC(NumInstrumentedWrites, "Number of instrumented writes");
 253 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToGlobalVar,
 254           "Number of optimized accesses to global vars");
 255 STATISTIC(NumOptimizedAccessesToStackVar,
 256           "Number of optimized accesses to stack vars");
 257
 258 namespace {
 259 /// Frontend-provided metadata for source location.
 260 struct LocationMetadata {
 261   StringRef Filename;
 262   int LineNo;
 263   int ColumnNo;
 264
 265   LocationMetadata() : Filename(), LineNo(0), ColumnNo(0) {}
 266
 267   bool empty() const { return Filename.empty(); }
 268
 269   void parse(MDNode *MDN) {
 270     assert(MDN->getNumOperands() == 3);
 271     MDString *DIFilename = cast<MDString>(MDN->getOperand(0));
 272     Filename = DIFilename->getString();
 273     LineNo =
 274         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(1))->getLimitedValue();
 275     ColumnNo =
 276         mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(2))->getLimitedValue();
 277   }
 278 };
 279
 280 /// Frontend-provided metadata for global variables.
 281 class GlobalsMetadata {
 282  public:
 283   struct Entry {
 284     Entry() : SourceLoc(), Name(), IsDynInit(false), IsBlacklisted(false) {}
 285     LocationMetadata SourceLoc;
 286     StringRef Name;
 287     bool IsDynInit;
 288     bool IsBlacklisted;
 289   };
 290
 291   GlobalsMetadata() : inited_(false) {}
 292
 293   void init(Module &M) {
 294     assert(!inited_);
 295     inited_ = true;
 296     NamedMDNode *Globals = M.getNamedMetadata("llvm.asan.globals");
 297     if (!Globals) return;
 298     for (auto MDN : Globals->operands()) {
 299       // Metadata node contains the global and the fields of "Entry".
 300       assert(MDN->getNumOperands() == 5);
 301       auto *GV = mdconst::extract_or_null<GlobalVariable>(MDN->getOperand(0));
 302       // The optimizer may optimize away a global entirely.
 303       if (!GV) continue;
 304       // We can already have an entry for GV if it was merged with another
 305       // global.
 306       Entry &E = Entries[GV];
 307       if (auto *Loc = cast_or_null<MDNode>(MDN->getOperand(1)))
 308         E.SourceLoc.parse(Loc);
 309       if (auto *Name = cast_or_null<MDString>(MDN->getOperand(2)))
 310         E.Name = Name->getString();
 311       ConstantInt *IsDynInit =
 312           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(3));
 313       E.IsDynInit |= IsDynInit->isOne();
 314       ConstantInt *IsBlacklisted =
 315           mdconst::extract<ConstantInt>(MDN->getOperand(4));
 316       E.IsBlacklisted |= IsBlacklisted->isOne();
 317     }
 318   }
 319
 320   /// Returns metadata entry for a given global.
 321   Entry get(GlobalVariable *G) const {
 322     auto Pos = Entries.find(G);
 323     return (Pos != Entries.end()) ? Pos->second : Entry();
 324   }
 325
 326  private:
 327   bool inited_;
 328   DenseMap<GlobalVariable *, Entry> Entries;
 329 };
 330
 331 /// This struct defines the shadow mapping using the rule:
 332 ///   shadow = (mem >> Scale) ADD-or-OR Offset.
 333 struct ShadowMapping {
 334   int Scale;
 335   uint64_t Offset;
 336   bool OrShadowOffset;
 337 };
 338
 339 static ShadowMapping getShadowMapping(Triple &TargetTriple, int LongSize,
 340                                       bool IsKasan) {
 341   bool IsAndroid = TargetTriple.getEnvironment() == llvm::Triple::Android;
 342   bool IsIOS = TargetTriple.isiOS();
 343   bool IsFreeBSD = TargetTriple.isOSFreeBSD();
 344   bool IsLinux = TargetTriple.isOSLinux();
 345   bool IsPPC64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64 ||
 346                  TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::ppc64le;
 347   bool IsX86_64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::x86_64;
 348   bool IsMIPS32 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips ||
 349                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mipsel;
 350   bool IsMIPS64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64 ||
 351                   TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::mips64el;
 352   bool IsAArch64 = TargetTriple.getArch() == llvm::Triple::aarch64;
 353   bool IsWindows = TargetTriple.isOSWindows();
 354
 355   ShadowMapping Mapping;
 356
 357   if (LongSize == 32) {
 358     // Android is always PIE, which means that the beginning of the address
 359     // space is always available.
 360     if (IsAndroid)
 361       Mapping.Offset = 0;
 362     else if (IsMIPS32)
 363       Mapping.Offset = kMIPS32_ShadowOffset32;
 364     else if (IsFreeBSD)
 365       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset32;
 366     else if (IsIOS)
 367       Mapping.Offset = kIOSShadowOffset32;
 368     else if (IsWindows)
 369       Mapping.Offset = kWindowsShadowOffset32;
 370     else
 371       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset32;
 372   } else {  // LongSize == 64
 373     if (IsPPC64)
 374       Mapping.Offset = kPPC64_ShadowOffset64;
 375     else if (IsFreeBSD)
 376       Mapping.Offset = kFreeBSD_ShadowOffset64;
 377     else if (IsLinux && IsX86_64) {
 378       if (IsKasan)
 379         Mapping.Offset = kLinuxKasan_ShadowOffset64;
 380       else
 381         Mapping.Offset = kSmallX86_64ShadowOffset;
 382     } else if (IsMIPS64)
 383       Mapping.Offset = kMIPS64_ShadowOffset64;
 384     else if (IsAArch64)
 385       Mapping.Offset = kAArch64_ShadowOffset64;
 386     else
 387       Mapping.Offset = kDefaultShadowOffset64;
 388   }
 389
 390   Mapping.Scale = kDefaultShadowScale;
 391   if (ClMappingScale) {
 392     Mapping.Scale = ClMappingScale;
 393   }
 394
 395   // OR-ing shadow offset if more efficient (at least on x86) if the offset
 396   // is a power of two, but on ppc64 we have to use add since the shadow
 397   // offset is not necessary 1/8-th of the address space.
 398   Mapping.OrShadowOffset = !IsPPC64 && !(Mapping.Offset & (Mapping.Offset - 1));
 399
 400   return Mapping;
 401 }
 402
 403 static size_t RedzoneSizeForScale(int MappingScale) {
 404   // Redzone used for stack and globals is at least 32 bytes.
 405   // For scales 6 and 7, the redzone has to be 64 and 128 bytes respectively.
 406   return std::max(32U, 1U << MappingScale);
 407 }
 408
 409 /// AddressSanitizer: instrument the code in module to find memory bugs.
 410 struct AddressSanitizer : public FunctionPass {
 411   explicit AddressSanitizer(bool CompileKernel = false)
 412       : FunctionPass(ID), CompileKernel(CompileKernel || ClEnableKasan) {
 413     initializeAddressSanitizerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 414   }
 415   const char *getPassName() const override {
 416     return "AddressSanitizerFunctionPass";
 417   }
 418   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 419     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
 420     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
 421   }
 422   uint64_t getAllocaSizeInBytes(AllocaInst *AI) const {
 423     Type *Ty = AI->getAllocatedType();
 424     uint64_t SizeInBytes =
 425         AI->getModule()->getDataLayout().getTypeAllocSize(Ty);
 426     return SizeInBytes;
 427   }
 428   /// Check if we want (and can) handle this alloca.
 429   bool isInterestingAlloca(AllocaInst &AI);
 430
 431   // Check if we have dynamic alloca.
 432   bool isDynamicAlloca(AllocaInst &AI) const {
 433     return AI.isArrayAllocation() || !AI.isStaticAlloca();
 434   }
 435
 436   /// If it is an interesting memory access, return the PointerOperand
 437   /// and set IsWrite/Alignment. Otherwise return nullptr.
 438   Value *isInterestingMemoryAccess(Instruction *I, bool *IsWrite,
 439                                    uint64_t *TypeSize, unsigned *Alignment);
 440   void instrumentMop(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis, Instruction *I,
 441                      bool UseCalls, const DataLayout &DL);
 442   void instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I);
 443   void instrumentAddress(Instruction *OrigIns, Instruction *InsertBefore,
 444                          Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 445                          Value *SizeArgument, bool UseCalls, uint32_t Exp);
 446   void instrumentUnusualSizeOrAlignment(Instruction *I, Value *Addr,
 447                                         uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
 448                                         Value *SizeArgument, bool UseCalls,
 449                                         uint32_t Exp);
 450   Value *createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
 451                            Value *ShadowValue, uint32_t TypeSize);
 452   Instruction *generateCrashCode(Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
 453                                  bool IsWrite, size_t AccessSizeIndex,
 454                                  Value *SizeArgument, uint32_t Exp);
 455   void instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI);
 456   Value *memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB);
 457   bool runOnFunction(Function &F) override;
 458   bool maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F);
 459   void markEscapedLocalAllocas(Function &F);
 460   bool doInitialization(Module &M) override;
 461   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 462
 463   DominatorTree &getDominatorTree() const { return *DT; }
 464
 465  private:
 466   void initializeCallbacks(Module &M);
 467
 468   bool LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I);
 469   bool GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G);
 470   bool isSafeAccess(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis, Value *Addr,
 471                     uint64_t TypeSize) const;
 472
 473   /// Helper to cleanup per-function state.
 474   struct FunctionStateRAII {
 475     AddressSanitizer *Pass;
 476     FunctionStateRAII(AddressSanitizer *Pass) : Pass(Pass) {
 477       assert(Pass->ProcessedAllocas.empty() &&
 478              "last pass forgot to clear cache");
 479     }
 480     ~FunctionStateRAII() { Pass->ProcessedAllocas.clear(); }
 481   };
 482
 483   LLVMContext *C;
 484   Triple TargetTriple;
 485   int LongSize;
 486   bool CompileKernel;
 487   Type *IntptrTy;
 488   ShadowMapping Mapping;
 489   DominatorTree *DT;
 490   Function *AsanCtorFunction = nullptr;
 491   Function *AsanInitFunction = nullptr;
 492   Function *AsanHandleNoReturnFunc;
 493   Function *AsanPtrCmpFunction, *AsanPtrSubFunction;
 494   // This array is indexed by AccessIsWrite, Experiment and log2(AccessSize).
 495   Function *AsanErrorCallback[2][2][kNumberOfAccessSizes];
 496   Function *AsanMemoryAccessCallback[2][2][kNumberOfAccessSizes];
 497   // This array is indexed by AccessIsWrite and Experiment.
 498   Function *AsanErrorCallbackSized[2][2];
 499   Function *AsanMemoryAccessCallbackSized[2][2];
 500   Function *AsanMemmove, *AsanMemcpy, *AsanMemset;
 501   InlineAsm *EmptyAsm;
 502   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 503   DenseMap<AllocaInst *, bool> ProcessedAllocas;
 504
 505   friend struct FunctionStackPoisoner;
 506 };
 507
 508 class AddressSanitizerModule : public ModulePass {
 509  public:
 510   explicit AddressSanitizerModule(bool CompileKernel = false)
 511       : ModulePass(ID), CompileKernel(CompileKernel || ClEnableKasan) {}
 512   bool runOnModule(Module &M) override;
 513   static char ID;  // Pass identification, replacement for typeid
 514   const char *getPassName() const override { return "AddressSanitizerModule"; }
 515
 516  private:
 517   void initializeCallbacks(Module &M);
 518
 519   bool InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M);
 520   bool ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G);
 521   void poisonOneInitializer(Function &GlobalInit, GlobalValue *ModuleName);
 522   void createInitializerPoisonCalls(Module &M, GlobalValue *ModuleName);
 523   size_t MinRedzoneSizeForGlobal() const {
 524     return RedzoneSizeForScale(Mapping.Scale);
 525   }
 526
 527   GlobalsMetadata GlobalsMD;
 528   bool CompileKernel;
 529   Type *IntptrTy;
 530   LLVMContext *C;
 531   Triple TargetTriple;
 532   ShadowMapping Mapping;
 533   Function *AsanPoisonGlobals;
 534   Function *AsanUnpoisonGlobals;
 535   Function *AsanRegisterGlobals;
 536   Function *AsanUnregisterGlobals;
 537 };
 538
 539 // Stack poisoning does not play well with exception handling.
 540 // When an exception is thrown, we essentially bypass the code
 541 // that unpoisones the stack. This is why the run-time library has
 542 // to intercept __cxa_throw (as well as longjmp, etc) and unpoison the entire
 543 // stack in the interceptor. This however does not work inside the
 544 // actual function which catches the exception. Most likely because the
 545 // compiler hoists the load of the shadow value somewhere too high.
 546 // This causes asan to report a non-existing bug on 453.povray.
 547 // It sounds like an LLVM bug.
 548 struct FunctionStackPoisoner : public InstVisitor<FunctionStackPoisoner> {
 549   Function &F;
 550   AddressSanitizer &ASan;
 551   DIBuilder DIB;
 552   LLVMContext *C;
 553   Type *IntptrTy;
 554   Type *IntptrPtrTy;
 555   ShadowMapping Mapping;
 556
 557   SmallVector<AllocaInst *, 16> AllocaVec;
 558   SmallSetVector<AllocaInst *, 16> NonInstrumentedStaticAllocaVec;
 559   SmallVector<Instruction *, 8> RetVec;
 560   unsigned StackAlignment;
 561
 562   Function *AsanStackMallocFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1],
 563       *AsanStackFreeFunc[kMaxAsanStackMallocSizeClass + 1];
 564   Function *AsanPoisonStackMemoryFunc, *AsanUnpoisonStackMemoryFunc;
 565   Function *AsanAllocaPoisonFunc, *AsanAllocasUnpoisonFunc;
 566
 567   // Stores a place and arguments of poisoning/unpoisoning call for alloca.
 568   struct AllocaPoisonCall {
 569     IntrinsicInst *InsBefore;
 570     AllocaInst *AI;
 571     uint64_t Size;
 572     bool DoPoison;
 573   };
 574   SmallVector<AllocaPoisonCall, 8> AllocaPoisonCallVec;
 575
 576   SmallVector<AllocaInst *, 1> DynamicAllocaVec;
 577   SmallVector<IntrinsicInst *, 1> StackRestoreVec;
 578   AllocaInst *DynamicAllocaLayout = nullptr;
 579   IntrinsicInst *LocalEscapeCall = nullptr;
 580
 581   // Maps Value to an AllocaInst from which the Value is originated.
 582   typedef DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaForValueMapTy;
 583   AllocaForValueMapTy AllocaForValue;
 584
 585   bool HasNonEmptyInlineAsm = false;
 586   bool HasReturnsTwiceCall = false;
 587   std::unique_ptr<CallInst> EmptyInlineAsm;
 588
 589   FunctionStackPoisoner(Function &F, AddressSanitizer &ASan)
 590       : F(F),
 591         ASan(ASan),
 592         DIB(*F.getParent(), /*AllowUnresolved*/ false),
 593         C(ASan.C),
 594         IntptrTy(ASan.IntptrTy),
 595         IntptrPtrTy(PointerType::get(IntptrTy, 0)),
 596         Mapping(ASan.Mapping),
 597         StackAlignment(1 << Mapping.Scale),
 598         EmptyInlineAsm(CallInst::Create(ASan.EmptyAsm)) {}
 599
 600   bool runOnFunction() {
 601     if (!ClStack) return false;
 602     // Collect alloca, ret, lifetime instructions etc.
 603     for (BasicBlock *BB : depth_first(&F.getEntryBlock())) visit(*BB);
 604
 605     if (AllocaVec.empty() && DynamicAllocaVec.empty()) return false;
 606
 607     initializeCallbacks(*F.getParent());
 608
 609     poisonStack();
 610
 611     if (ClDebugStack) {
 612       DEBUG(dbgs() << F);
 613     }
 614     return true;
 615   }
 616
 617   // Finds all Alloca instructions and puts
 618   // poisoned red zones around all of them.
 619   // Then unpoison everything back before the function returns.
 620   void poisonStack();
 621
 622   void createDynamicAllocasInitStorage();
 623
 624   // ----------------------- Visitors.
 625   /// \brief Collect all Ret instructions.
 626   void visitReturnInst(ReturnInst &RI) { RetVec.push_back(&RI); }
 627
 628   void unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(Instruction *InstBefore,
 629                                         Value *SavedStack) {
 630     IRBuilder<> IRB(InstBefore);
 631     IRB.CreateCall(AsanAllocasUnpoisonFunc,
 632                    {IRB.CreateLoad(DynamicAllocaLayout),
 633                     IRB.CreatePtrToInt(SavedStack, IntptrTy)});
 634   }
 635
 636   // Unpoison dynamic allocas redzones.
 637   void unpoisonDynamicAllocas() {
 638     for (auto &Ret : RetVec)
 639       unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(Ret, DynamicAllocaLayout);
 640
 641     for (auto &StackRestoreInst : StackRestoreVec)
 642       unpoisonDynamicAllocasBeforeInst(StackRestoreInst,
 643                                        StackRestoreInst->getOperand(0));
 644   }
 645
 646   // Deploy and poison redzones around dynamic alloca call. To do this, we
 647   // should replace this call with another one with changed parameters and
 648   // replace all its uses with new address, so
 649   //   addr = alloca type, old_size, align
 650   // is replaced by
 651   //   new_size = (old_size + additional_size) * sizeof(type)
 652   //   tmp = alloca i8, new_size, max(align, 32)
 653   //   addr = tmp + 32 (first 32 bytes are for the left redzone).
 654   // Additional_size is added to make new memory allocation contain not only
 655   // requested memory, but also left, partial and right redzones.
 656   void handleDynamicAllocaCall(AllocaInst *AI);
 657
 658   /// \brief Collect Alloca instructions we want (and can) handle.
 659   void visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
 660     if (!ASan.isInterestingAlloca(AI)) {
 661       if (AI.isStaticAlloca()) NonInstrumentedStaticAllocaVec.insert(&AI);
 662       return;
 663     }
 664
 665     StackAlignment = std::max(StackAlignment, AI.getAlignment());
 666     if (ASan.isDynamicAlloca(AI))
 667       DynamicAllocaVec.push_back(&AI);
 668     else
 669       AllocaVec.push_back(&AI);
 670   }
 671
 672   /// \brief Collect lifetime intrinsic calls to check for use-after-scope
 673   /// errors.
 674   void visitIntrinsicInst(IntrinsicInst &II) {
 675     Intrinsic::ID ID = II.getIntrinsicID();
 676     if (ID == Intrinsic::stackrestore) StackRestoreVec.push_back(&II);
 677     if (ID == Intrinsic::localescape) LocalEscapeCall = &II;
 678     if (!ClCheckLifetime) return;
 679     if (ID != Intrinsic::lifetime_start && ID != Intrinsic::lifetime_end)
 680       return;
 681     // Found lifetime intrinsic, add ASan instrumentation if necessary.
 682     ConstantInt *Size = dyn_cast<ConstantInt>(II.getArgOperand(0));
 683     // If size argument is undefined, don't do anything.
 684     if (Size->isMinusOne()) return;
 685     // Check that size doesn't saturate uint64_t and can
 686     // be stored in IntptrTy.
 687     const uint64_t SizeValue = Size->getValue().getLimitedValue();
 688     if (SizeValue == ~0ULL ||
 689         !ConstantInt::isValueValidForType(IntptrTy, SizeValue))
 690       return;
 691     // Find alloca instruction that corresponds to llvm.lifetime argument.
 692     AllocaInst *AI = findAllocaForValue(II.getArgOperand(1));
 693     if (!AI) return;
 694     bool DoPoison = (ID == Intrinsic::lifetime_end);
 695     AllocaPoisonCall APC = {&II, AI, SizeValue, DoPoison};
 696     AllocaPoisonCallVec.push_back(APC);
 697   }
 698
 699   void visitCallSite(CallSite CS) {
 700     Instruction *I = CS.getInstruction();
 701     if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
 702       HasNonEmptyInlineAsm |=
 703           CI->isInlineAsm() && !CI->isIdenticalTo(EmptyInlineAsm.get());
 704       HasReturnsTwiceCall |= CI->canReturnTwice();
 705     }
 706   }
 707
 708   // ---------------------- Helpers.
 709   void initializeCallbacks(Module &M);
 710
 711   bool doesDominateAllExits(const Instruction *I) const {
 712     for (auto Ret : RetVec) {
 713       if (!ASan.getDominatorTree().dominates(I, Ret)) return false;
 714     }
 715     return true;
 716   }
 717
 718   /// Finds alloca where the value comes from.
 719   AllocaInst *findAllocaForValue(Value *V);
 720   void poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes, IRBuilder<> &IRB,
 721                       Value *ShadowBase, bool DoPoison);
 722   void poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size, IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison);
 723
 724   void SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
 725                                           int Size);
 726   Value *createAllocaForLayout(IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L,
 727                                bool Dynamic);
 728   PHINode *createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond, Value *ValueIfTrue,
 729                      Instruction *ThenTerm, Value *ValueIfFalse);
 730 };
 731
 732 }  // namespace
 733
 734 char AddressSanitizer::ID = 0;
 735 INITIALIZE_PASS_BEGIN(
 736     AddressSanitizer, "asan",
 737     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.", false,
 738     false)
 739 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
 740 INITIALIZE_PASS_END(
 741     AddressSanitizer, "asan",
 742     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs.", false,
 743     false)
 744 FunctionPass *llvm::createAddressSanitizerFunctionPass(bool CompileKernel) {
 745   return new AddressSanitizer(CompileKernel);
 746 }
 747
 748 char AddressSanitizerModule::ID = 0;
 749 INITIALIZE_PASS(
 750     AddressSanitizerModule, "asan-module",
 751     "AddressSanitizer: detects use-after-free and out-of-bounds bugs."
 752     "ModulePass",
 753     false, false)
 754 ModulePass *llvm::createAddressSanitizerModulePass(bool CompileKernel) {
 755   return new AddressSanitizerModule(CompileKernel);
 756 }
 757
 758 static size_t TypeSizeToSizeIndex(uint32_t TypeSize) {
 759   size_t Res = countTrailingZeros(TypeSize / 8);
 760   assert(Res < kNumberOfAccessSizes);
 761   return Res;
 762 }
 763
 764 // \brief Create a constant for Str so that we can pass it to the run-time lib.
 765 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForString(Module &M, StringRef Str,
 766                                                     bool AllowMerging) {
 767   Constant *StrConst = ConstantDataArray::getString(M.getContext(), Str);
 768   // We use private linkage for module-local strings. If they can be merged
 769   // with another one, we set the unnamed_addr attribute.
 770   GlobalVariable *GV =
 771       new GlobalVariable(M, StrConst->getType(), true,
 772                          GlobalValue::PrivateLinkage, StrConst, kAsanGenPrefix);
 773   if (AllowMerging) GV->setUnnamedAddr(true);
 774   GV->setAlignment(1);  // Strings may not be merged w/o setting align 1.
 775   return GV;
 776 }
 777
 778 /// \brief Create a global describing a source location.
 779 static GlobalVariable *createPrivateGlobalForSourceLoc(Module &M,
 780                                                        LocationMetadata MD) {
 781   Constant *LocData[] = {
 782       createPrivateGlobalForString(M, MD.Filename, true),
 783       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.LineNo),
 784       ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(M.getContext()), MD.ColumnNo),
 785   };
 786   auto LocStruct = ConstantStruct::getAnon(LocData);
 787   auto GV = new GlobalVariable(M, LocStruct->getType(), true,
 788                                GlobalValue::PrivateLinkage, LocStruct,
 789                                kAsanGenPrefix);
 790   GV->setUnnamedAddr(true);
 791   return GV;
 792 }
 793
 794 static bool GlobalWasGeneratedByAsan(GlobalVariable *G) {
 795   return G->getName().find(kAsanGenPrefix) == 0 ||
 796          G->getName().find(kSanCovGenPrefix) == 0;
 797 }
 798
 799 Value *AddressSanitizer::memToShadow(Value *Shadow, IRBuilder<> &IRB) {
 800   // Shadow >> scale
 801   Shadow = IRB.CreateLShr(Shadow, Mapping.Scale);
 802   if (Mapping.Offset == 0) return Shadow;
 803   // (Shadow >> scale) | offset
 804   if (Mapping.OrShadowOffset)
 805     return IRB.CreateOr(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 806   else
 807     return IRB.CreateAdd(Shadow, ConstantInt::get(IntptrTy, Mapping.Offset));
 808 }
 809
 810 // Instrument memset/memmove/memcpy
 811 void AddressSanitizer::instrumentMemIntrinsic(MemIntrinsic *MI) {
 812   IRBuilder<> IRB(MI);
 813   if (isa<MemTransferInst>(MI)) {
 814     IRB.CreateCall(
 815         isa<MemMoveInst>(MI) ? AsanMemmove : AsanMemcpy,
 816         {IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 817          IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt8PtrTy()),
 818          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false)});
 819   } else if (isa<MemSetInst>(MI)) {
 820     IRB.CreateCall(
 821         AsanMemset,
 822         {IRB.CreatePointerCast(MI->getOperand(0), IRB.getInt8PtrTy()),
 823          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(1), IRB.getInt32Ty(), false),
 824          IRB.CreateIntCast(MI->getOperand(2), IntptrTy, false)});
 825   }
 826   MI->eraseFromParent();
 827 }
 828
 829 /// Check if we want (and can) handle this alloca.
 830 bool AddressSanitizer::isInterestingAlloca(AllocaInst &AI) {
 831   auto PreviouslySeenAllocaInfo = ProcessedAllocas.find(&AI);
 832
 833   if (PreviouslySeenAllocaInfo != ProcessedAllocas.end())
 834     return PreviouslySeenAllocaInfo->getSecond();
 835
 836   bool IsInteresting =
 837       (AI.getAllocatedType()->isSized() &&
 838        // alloca() may be called with 0 size, ignore it.
 839        getAllocaSizeInBytes(&AI) > 0 &&
 840        // We are only interested in allocas not promotable to registers.
 841        // Promotable allocas are common under -O0.
 842        (!ClSkipPromotableAllocas || !isAllocaPromotable(&AI) ||
 843         isDynamicAlloca(AI)));
 844
 845   ProcessedAllocas[&AI] = IsInteresting;
 846   return IsInteresting;
 847 }
 848
 849 /// If I is an interesting memory access, return the PointerOperand
 850 /// and set IsWrite/Alignment. Otherwise return nullptr.
 851 Value *AddressSanitizer::isInterestingMemoryAccess(Instruction *I,
 852                                                    bool *IsWrite,
 853                                                    uint64_t *TypeSize,
 854                                                    unsigned *Alignment) {
 855   // Skip memory accesses inserted by another instrumentation.
 856   if (I->getMetadata("nosanitize")) return nullptr;
 857
 858   Value *PtrOperand = nullptr;
 859   const DataLayout &DL = I->getModule()->getDataLayout();
 860   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
 861     if (!ClInstrumentReads) return nullptr;
 862     *IsWrite = false;
 863     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(LI->getType());
 864     *Alignment = LI->getAlignment();
 865     PtrOperand = LI->getPointerOperand();
 866   } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
 867     if (!ClInstrumentWrites) return nullptr;
 868     *IsWrite = true;
 869     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(SI->getValueOperand()->getType());
 870     *Alignment = SI->getAlignment();
 871     PtrOperand = SI->getPointerOperand();
 872   } else if (AtomicRMWInst *RMW = dyn_cast<AtomicRMWInst>(I)) {
 873     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 874     *IsWrite = true;
 875     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(RMW->getValOperand()->getType());
 876     *Alignment = 0;
 877     PtrOperand = RMW->getPointerOperand();
 878   } else if (AtomicCmpXchgInst *XCHG = dyn_cast<AtomicCmpXchgInst>(I)) {
 879     if (!ClInstrumentAtomics) return nullptr;
 880     *IsWrite = true;
 881     *TypeSize = DL.getTypeStoreSizeInBits(XCHG->getCompareOperand()->getType());
 882     *Alignment = 0;
 883     PtrOperand = XCHG->getPointerOperand();
 884   }
 885
 886   // Treat memory accesses to promotable allocas as non-interesting since they
 887   // will not cause memory violations. This greatly speeds up the instrumented
 888   // executable at -O0.
 889   if (ClSkipPromotableAllocas)
 890     if (auto AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(PtrOperand))
 891       return isInterestingAlloca(*AI) ? AI : nullptr;
 892
 893   return PtrOperand;
 894 }
 895
 896 static bool isPointerOperand(Value *V) {
 897   return V->getType()->isPointerTy() || isa<PtrToIntInst>(V);
 898 }
 899
 900 // This is a rough heuristic; it may cause both false positives and
 901 // false negatives. The proper implementation requires cooperation with
 902 // the frontend.
 903 static bool isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(Instruction *I) {
 904   if (ICmpInst *Cmp = dyn_cast<ICmpInst>(I)) {
 905     if (!Cmp->isRelational()) return false;
 906   } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(I)) {
 907     if (BO->getOpcode() != Instruction::Sub) return false;
 908   } else {
 909     return false;
 910   }
 911   if (!isPointerOperand(I->getOperand(0)) ||
 912       !isPointerOperand(I->getOperand(1)))
 913     return false;
 914   return true;
 915 }
 916
 917 bool AddressSanitizer::GlobalIsLinkerInitialized(GlobalVariable *G) {
 918   // If a global variable does not have dynamic initialization we don't
 919   // have to instrument it.  However, if a global does not have initializer
 920   // at all, we assume it has dynamic initializer (in other TU).
 921   return G->hasInitializer() && !GlobalsMD.get(G).IsDynInit;
 922 }
 923
 924 void AddressSanitizer::instrumentPointerComparisonOrSubtraction(
 925     Instruction *I) {
 926   IRBuilder<> IRB(I);
 927   Function *F = isa<ICmpInst>(I) ? AsanPtrCmpFunction : AsanPtrSubFunction;
 928   Value *Param[2] = {I->getOperand(0), I->getOperand(1)};
 929   for (int i = 0; i < 2; i++) {
 930     if (Param[i]->getType()->isPointerTy())
 931       Param[i] = IRB.CreatePointerCast(Param[i], IntptrTy);
 932   }
 933   IRB.CreateCall(F, Param);
 934 }
 935
 936 void AddressSanitizer::instrumentMop(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis,
 937                                      Instruction *I, bool UseCalls,
 938                                      const DataLayout &DL) {
 939   bool IsWrite = false;
 940   unsigned Alignment = 0;
 941   uint64_t TypeSize = 0;
 942   Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(I, &IsWrite, &TypeSize, &Alignment);
 943   assert(Addr);
 944
 945   // Optimization experiments.
 946   // The experiments can be used to evaluate potential optimizations that remove
 947   // instrumentation (assess false negatives). Instead of completely removing
 948   // some instrumentation, you set Exp to a non-zero value (mask of optimization
 949   // experiments that want to remove instrumentation of this instruction).
 950   // If Exp is non-zero, this pass will emit special calls into runtime
 951   // (e.g. __asan_report_exp_load1 instead of __asan_report_load1). These calls
 952   // make runtime terminate the program in a special way (with a different
 953   // exit status). Then you run the new compiler on a buggy corpus, collect
 954   // the special terminations (ideally, you don't see them at all -- no false
 955   // negatives) and make the decision on the optimization.
 956   uint32_t Exp = ClForceExperiment;
 957
 958   if (ClOpt && ClOptGlobals) {
 959     // If initialization order checking is disabled, a simple access to a
 960     // dynamically initialized global is always valid.
 961     GlobalVariable *G = dyn_cast<GlobalVariable>(GetUnderlyingObject(Addr, DL));
 962     if (G != NULL && (!ClInitializers || GlobalIsLinkerInitialized(G)) &&
 963         isSafeAccess(ObjSizeVis, Addr, TypeSize)) {
 964       NumOptimizedAccessesToGlobalVar++;
 965       return;
 966     }
 967   }
 968
 969   if (ClOpt && ClOptStack) {
 970     // A direct inbounds access to a stack variable is always valid.
 971     if (isa<AllocaInst>(GetUnderlyingObject(Addr, DL)) &&
 972         isSafeAccess(ObjSizeVis, Addr, TypeSize)) {
 973       NumOptimizedAccessesToStackVar++;
 974       return;
 975     }
 976   }
 977
 978   if (IsWrite)
 979     NumInstrumentedWrites++;
 980   else
 981     NumInstrumentedReads++;
 982
 983   unsigned Granularity = 1 << Mapping.Scale;
 984   // Instrument a 1-, 2-, 4-, 8-, or 16- byte access with one check
 985   // if the data is properly aligned.
 986   if ((TypeSize == 8 || TypeSize == 16 || TypeSize == 32 || TypeSize == 64 ||
 987        TypeSize == 128) &&
 988       (Alignment >= Granularity || Alignment == 0 || Alignment >= TypeSize / 8))
 989     return instrumentAddress(I, I, Addr, TypeSize, IsWrite, nullptr, UseCalls,
 990                              Exp);
 991   instrumentUnusualSizeOrAlignment(I, Addr, TypeSize, IsWrite, nullptr,
 992                                    UseCalls, Exp);
 993 }
 994
 995 Instruction *AddressSanitizer::generateCrashCode(Instruction *InsertBefore,
 996                                                  Value *Addr, bool IsWrite,
 997                                                  size_t AccessSizeIndex,
 998                                                  Value *SizeArgument,
 999                                                  uint32_t Exp) {
1000   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
1001   Value *ExpVal = Exp == 0 ? nullptr : ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp);
1002   CallInst *Call = nullptr;
1003   if (SizeArgument) {
1004     if (Exp == 0)
1005       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallbackSized[IsWrite][0],
1006                             {Addr, SizeArgument});
1007     else
1008       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallbackSized[IsWrite][1],
1009                             {Addr, SizeArgument, ExpVal});
1010   } else {
1011     if (Exp == 0)
1012       Call =
1013           IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][0][AccessSizeIndex], Addr);
1014     else
1015       Call = IRB.CreateCall(AsanErrorCallback[IsWrite][1][AccessSizeIndex],
1016                             {Addr, ExpVal});
1017   }
1018
1019   // We don't do Call->setDoesNotReturn() because the BB already has
1020   // UnreachableInst at the end.
1021   // This EmptyAsm is required to avoid callback merge.
1022   IRB.CreateCall(EmptyAsm, {});
1023   return Call;
1024 }
1025
1026 Value *AddressSanitizer::createSlowPathCmp(IRBuilder<> &IRB, Value *AddrLong,
1027                                            Value *ShadowValue,
1028                                            uint32_t TypeSize) {
1029   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
1030   // Addr & (Granularity - 1)
1031   Value *LastAccessedByte =
1032       IRB.CreateAnd(AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, Granularity - 1));
1033   // (Addr & (Granularity - 1)) + size - 1
1034   if (TypeSize / 8 > 1)
1035     LastAccessedByte = IRB.CreateAdd(
1036         LastAccessedByte, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1));
1037   // (uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)
1038   LastAccessedByte =
1039       IRB.CreateIntCast(LastAccessedByte, ShadowValue->getType(), false);
1040   // ((uint8_t) ((Addr & (Granularity-1)) + size - 1)) >= ShadowValue
1041   return IRB.CreateICmpSGE(LastAccessedByte, ShadowValue);
1042 }
1043
1044 void AddressSanitizer::instrumentAddress(Instruction *OrigIns,
1045                                          Instruction *InsertBefore, Value *Addr,
1046                                          uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
1047                                          Value *SizeArgument, bool UseCalls,
1048                                          uint32_t Exp) {
1049   IRBuilder<> IRB(InsertBefore);
1050   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
1051   size_t AccessSizeIndex = TypeSizeToSizeIndex(TypeSize);
1052
1053   if (UseCalls) {
1054     if (Exp == 0)
1055       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallback[IsWrite][0][AccessSizeIndex],
1056                      AddrLong);
1057     else
1058       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallback[IsWrite][1][AccessSizeIndex],
1059                      {AddrLong, ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp)});
1060     return;
1061   }
1062
1063   Type *ShadowTy =
1064       IntegerType::get(*C, std::max(8U, TypeSize >> Mapping.Scale));
1065   Type *ShadowPtrTy = PointerType::get(ShadowTy, 0);
1066   Value *ShadowPtr = memToShadow(AddrLong, IRB);
1067   Value *CmpVal = Constant::getNullValue(ShadowTy);
1068   Value *ShadowValue =
1069       IRB.CreateLoad(IRB.CreateIntToPtr(ShadowPtr, ShadowPtrTy));
1070
1071   Value *Cmp = IRB.CreateICmpNE(ShadowValue, CmpVal);
1072   size_t Granularity = 1 << Mapping.Scale;
1073   TerminatorInst *CrashTerm = nullptr;
1074
1075   if (ClAlwaysSlowPath || (TypeSize < 8 * Granularity)) {
1076     // We use branch weights for the slow path check, to indicate that the slow
1077     // path is rarely taken. This seems to be the case for SPEC benchmarks.
1078     TerminatorInst *CheckTerm = SplitBlockAndInsertIfThen(
1079         Cmp, InsertBefore, false, MDBuilder(*C).createBranchWeights(1, 100000));
1080     assert(cast<BranchInst>(CheckTerm)->isUnconditional());
1081     BasicBlock *NextBB = CheckTerm->getSuccessor(0);
1082     IRB.SetInsertPoint(CheckTerm);
1083     Value *Cmp2 = createSlowPathCmp(IRB, AddrLong, ShadowValue, TypeSize);
1084     BasicBlock *CrashBlock =
1085         BasicBlock::Create(*C, "", NextBB->getParent(), NextBB);
1086     CrashTerm = new UnreachableInst(*C, CrashBlock);
1087     BranchInst *NewTerm = BranchInst::Create(CrashBlock, NextBB, Cmp2);
1088     ReplaceInstWithInst(CheckTerm, NewTerm);
1089   } else {
1090     CrashTerm = SplitBlockAndInsertIfThen(Cmp, InsertBefore, true);
1091   }
1092
1093   Instruction *Crash = generateCrashCode(CrashTerm, AddrLong, IsWrite,
1094                                          AccessSizeIndex, SizeArgument, Exp);
1095   Crash->setDebugLoc(OrigIns->getDebugLoc());
1096 }
1097
1098 // Instrument unusual size or unusual alignment.
1099 // We can not do it with a single check, so we do 1-byte check for the first
1100 // and the last bytes. We call __asan_report_*_n(addr, real_size) to be able
1101 // to report the actual access size.
1102 void AddressSanitizer::instrumentUnusualSizeOrAlignment(
1103     Instruction *I, Value *Addr, uint32_t TypeSize, bool IsWrite,
1104     Value *SizeArgument, bool UseCalls, uint32_t Exp) {
1105   IRBuilder<> IRB(I);
1106   Value *Size = ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8);
1107   Value *AddrLong = IRB.CreatePointerCast(Addr, IntptrTy);
1108   if (UseCalls) {
1109     if (Exp == 0)
1110       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallbackSized[IsWrite][0],
1111                      {AddrLong, Size});
1112     else
1113       IRB.CreateCall(AsanMemoryAccessCallbackSized[IsWrite][1],
1114                      {AddrLong, Size, ConstantInt::get(IRB.getInt32Ty(), Exp)});
1115   } else {
1116     Value *LastByte = IRB.CreateIntToPtr(
1117         IRB.CreateAdd(AddrLong, ConstantInt::get(IntptrTy, TypeSize / 8 - 1)),
1118         Addr->getType());
1119     instrumentAddress(I, I, Addr, 8, IsWrite, Size, false, Exp);
1120     instrumentAddress(I, I, LastByte, 8, IsWrite, Size, false, Exp);
1121   }
1122 }
1123
1124 void AddressSanitizerModule::poisonOneInitializer(Function &GlobalInit,
1125                                                   GlobalValue *ModuleName) {
1126   // Set up the arguments to our poison/unpoison functions.
1127   IRBuilder<> IRB(GlobalInit.begin()->getFirstInsertionPt());
1128
1129   // Add a call to poison all external globals before the given function starts.
1130   Value *ModuleNameAddr = ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy);
1131   IRB.CreateCall(AsanPoisonGlobals, ModuleNameAddr);
1132
1133   // Add calls to unpoison all globals before each return instruction.
1134   for (auto &BB : GlobalInit.getBasicBlockList())
1135     if (ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB.getTerminator()))
1136       CallInst::Create(AsanUnpoisonGlobals, "", RI);
1137 }
1138
1139 void AddressSanitizerModule::createInitializerPoisonCalls(
1140     Module &M, GlobalValue *ModuleName) {
1141   GlobalVariable *GV = M.getGlobalVariable("llvm.global_ctors");
1142
1143   ConstantArray *CA = cast<ConstantArray>(GV->getInitializer());
1144   for (Use &OP : CA->operands()) {
1145     if (isa<ConstantAggregateZero>(OP)) continue;
1146     ConstantStruct *CS = cast<ConstantStruct>(OP);
1147
1148     // Must have a function or null ptr.
1149     if (Function *F = dyn_cast<Function>(CS->getOperand(1))) {
1150       if (F->getName() == kAsanModuleCtorName) continue;
1151       ConstantInt *Priority = dyn_cast<ConstantInt>(CS->getOperand(0));
1152       // Don't instrument CTORs that will run before asan.module_ctor.
1153       if (Priority->getLimitedValue() <= kAsanCtorAndDtorPriority) continue;
1154       poisonOneInitializer(*F, ModuleName);
1155     }
1156   }
1157 }
1158
1159 bool AddressSanitizerModule::ShouldInstrumentGlobal(GlobalVariable *G) {
1160   Type *Ty = cast<PointerType>(G->getType())->getElementType();
1161   DEBUG(dbgs() << "GLOBAL: " << *G << "\n");
1162
1163   if (GlobalsMD.get(G).IsBlacklisted) return false;
1164   if (!Ty->isSized()) return false;
1165   if (!G->hasInitializer()) return false;
1166   if (GlobalWasGeneratedByAsan(G)) return false;  // Our own global.
1167   // Touch only those globals that will not be defined in other modules.
1168   // Don't handle ODR linkage types and COMDATs since other modules may be built
1169   // without ASan.
1170   if (G->getLinkage() != GlobalVariable::ExternalLinkage &&
1171       G->getLinkage() != GlobalVariable::PrivateLinkage &&
1172       G->getLinkage() != GlobalVariable::InternalLinkage)
1173     return false;
1174   if (G->hasComdat()) return false;
1175   // Two problems with thread-locals:
1176   //   - The address of the main thread's copy can't be computed at link-time.
1177   //   - Need to poison all copies, not just the main thread's one.
1178   if (G->isThreadLocal()) return false;
1179   // For now, just ignore this Global if the alignment is large.
1180   if (G->getAlignment() > MinRedzoneSizeForGlobal()) return false;
1181
1182   if (G->hasSection()) {
1183     StringRef Section(G->getSection());
1184
1185     // Globals from llvm.metadata aren't emitted, do not instrument them.
1186     if (Section == "llvm.metadata") return false;
1187     // Do not instrument globals from special LLVM sections.
1188     if (Section.find("__llvm") != StringRef::npos) return false;
1189
1190     // Do not instrument function pointers to initialization and termination
1191     // routines: dynamic linker will not properly handle redzones.
1192     if (Section.startswith(".preinit_array") ||
1193         Section.startswith(".init_array") ||
1194         Section.startswith(".fini_array")) {
1195       return false;
1196     }
1197
1198     // Callbacks put into the CRT initializer/terminator sections
1199     // should not be instrumented.
1200     // See https://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=305
1201     // and http://msdn.microsoft.com/en-US/en-en/library/bb918180(v=vs.120).aspx
1202     if (Section.startswith(".CRT")) {
1203       DEBUG(dbgs() << "Ignoring a global initializer callback: " << *G << "\n");
1204       return false;
1205     }
1206
1207     if (TargetTriple.isOSBinFormatMachO()) {
1208       StringRef ParsedSegment, ParsedSection;
1209       unsigned TAA = 0, StubSize = 0;
1210       bool TAAParsed;
1211       std::string ErrorCode = MCSectionMachO::ParseSectionSpecifier(
1212           Section, ParsedSegment, ParsedSection, TAA, TAAParsed, StubSize);
1213       if (!ErrorCode.empty()) {
1214         assert(false && "Invalid section specifier.");
1215         return false;
1216       }
1217
1218       // Ignore the globals from the __OBJC section. The ObjC runtime assumes
1219       // those conform to /usr/lib/objc/runtime.h, so we can't add redzones to
1220       // them.
1221       if (ParsedSegment == "__OBJC" ||
1222           (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection.startswith("__objc_"))) {
1223         DEBUG(dbgs() << "Ignoring ObjC runtime global: " << *G << "\n");
1224         return false;
1225       }
1226       // See http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=32
1227       // Constant CFString instances are compiled in the following way:
1228       //  -- the string buffer is emitted into
1229       //     __TEXT,__cstring,cstring_literals
1230       //  -- the constant NSConstantString structure referencing that buffer
1231       //     is placed into __DATA,__cfstring
1232       // Therefore there's no point in placing redzones into __DATA,__cfstring.
1233       // Moreover, it causes the linker to crash on OS X 10.7
1234       if (ParsedSegment == "__DATA" && ParsedSection == "__cfstring") {
1235         DEBUG(dbgs() << "Ignoring CFString: " << *G << "\n");
1236         return false;
1237       }
1238       // The linker merges the contents of cstring_literals and removes the
1239       // trailing zeroes.
1240       if (ParsedSegment == "__TEXT" && (TAA & MachO::S_CSTRING_LITERALS)) {
1241         DEBUG(dbgs() << "Ignoring a cstring literal: " << *G << "\n");
1242         return false;
1243       }
1244     }
1245   }
1246
1247   return true;
1248 }
1249
1250 void AddressSanitizerModule::initializeCallbacks(Module &M) {
1251   IRBuilder<> IRB(*C);
1252   // Declare our poisoning and unpoisoning functions.
1253   AsanPoisonGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1254       kAsanPoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, nullptr));
1255   AsanPoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1256   AsanUnpoisonGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1257       kAsanUnpoisonGlobalsName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1258   AsanUnpoisonGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1259   // Declare functions that register/unregister globals.
1260   AsanRegisterGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1261       kAsanRegisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1262   AsanRegisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1263   AsanUnregisterGlobals = checkSanitizerInterfaceFunction(
1264       M.getOrInsertFunction(kAsanUnregisterGlobalsName, IRB.getVoidTy(),
1265                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1266   AsanUnregisterGlobals->setLinkage(Function::ExternalLinkage);
1267 }
1268
1269 // This function replaces all global variables with new variables that have
1270 // trailing redzones. It also creates a function that poisons
1271 // redzones and inserts this function into llvm.global_ctors.
1272 bool AddressSanitizerModule::InstrumentGlobals(IRBuilder<> &IRB, Module &M) {
1273   GlobalsMD.init(M);
1274
1275   SmallVector<GlobalVariable *, 16> GlobalsToChange;
1276
1277   for (auto &G : M.globals()) {
1278     if (ShouldInstrumentGlobal(&G)) GlobalsToChange.push_back(&G);
1279   }
1280
1281   size_t n = GlobalsToChange.size();
1282   if (n == 0) return false;
1283
1284   // A global is described by a structure
1285   //   size_t beg;
1286   //   size_t size;
1287   //   size_t size_with_redzone;
1288   //   const char *name;
1289   //   const char *module_name;
1290   //   size_t has_dynamic_init;
1291   //   void *source_location;
1292   // We initialize an array of such structures and pass it to a run-time call.
1293   StructType *GlobalStructTy =
1294       StructType::get(IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy, IntptrTy,
1295                       IntptrTy, IntptrTy, nullptr);
1296   SmallVector<Constant *, 16> Initializers(n);
1297
1298   bool HasDynamicallyInitializedGlobals = false;
1299
1300   // We shouldn't merge same module names, as this string serves as unique
1301   // module ID in runtime.
1302   GlobalVariable *ModuleName = createPrivateGlobalForString(
1303       M, M.getModuleIdentifier(), /*AllowMerging*/ false);
1304
1305   auto &DL = M.getDataLayout();
1306   for (size_t i = 0; i < n; i++) {
1307     static const uint64_t kMaxGlobalRedzone = 1 << 18;
1308     GlobalVariable *G = GlobalsToChange[i];
1309
1310     auto MD = GlobalsMD.get(G);
1311     // Create string holding the global name (use global name from metadata
1312     // if it's available, otherwise just write the name of global variable).
1313     GlobalVariable *Name = createPrivateGlobalForString(
1314         M, MD.Name.empty() ? G->getName() : MD.Name,
1315         /*AllowMerging*/ true);
1316
1317     PointerType *PtrTy = cast<PointerType>(G->getType());
1318     Type *Ty = PtrTy->getElementType();
1319     uint64_t SizeInBytes = DL.getTypeAllocSize(Ty);
1320     uint64_t MinRZ = MinRedzoneSizeForGlobal();
1321     // MinRZ <= RZ <= kMaxGlobalRedzone
1322     // and trying to make RZ to be ~ 1/4 of SizeInBytes.
1323     uint64_t RZ = std::max(
1324         MinRZ, std::min(kMaxGlobalRedzone, (SizeInBytes / MinRZ / 4) * MinRZ));
1325     uint64_t RightRedzoneSize = RZ;
1326     // Round up to MinRZ
1327     if (SizeInBytes % MinRZ) RightRedzoneSize += MinRZ - (SizeInBytes % MinRZ);
1328     assert(((RightRedzoneSize + SizeInBytes) % MinRZ) == 0);
1329     Type *RightRedZoneTy = ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), RightRedzoneSize);
1330
1331     StructType *NewTy = StructType::get(Ty, RightRedZoneTy, nullptr);
1332     Constant *NewInitializer =
1333         ConstantStruct::get(NewTy, G->getInitializer(),
1334                             Constant::getNullValue(RightRedZoneTy), nullptr);
1335
1336     // Create a new global variable with enough space for a redzone.
1337     GlobalValue::LinkageTypes Linkage = G->getLinkage();
1338     if (G->isConstant() && Linkage == GlobalValue::PrivateLinkage)
1339       Linkage = GlobalValue::InternalLinkage;
1340     GlobalVariable *NewGlobal =
1341         new GlobalVariable(M, NewTy, G->isConstant(), Linkage, NewInitializer,
1342                            "", G, G->getThreadLocalMode());
1343     NewGlobal->copyAttributesFrom(G);
1344     NewGlobal->setAlignment(MinRZ);
1345
1346     Value *Indices2[2];
1347     Indices2[0] = IRB.getInt32(0);
1348     Indices2[1] = IRB.getInt32(0);
1349
1350     G->replaceAllUsesWith(
1351         ConstantExpr::getGetElementPtr(NewTy, NewGlobal, Indices2, true));
1352     NewGlobal->takeName(G);
1353     G->eraseFromParent();
1354
1355     Constant *SourceLoc;
1356     if (!MD.SourceLoc.empty()) {
1357       auto SourceLocGlobal = createPrivateGlobalForSourceLoc(M, MD.SourceLoc);
1358       SourceLoc = ConstantExpr::getPointerCast(SourceLocGlobal, IntptrTy);
1359     } else {
1360       SourceLoc = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1361     }
1362
1363     Initializers[i] = ConstantStruct::get(
1364         GlobalStructTy, ConstantExpr::getPointerCast(NewGlobal, IntptrTy),
1365         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes),
1366         ConstantInt::get(IntptrTy, SizeInBytes + RightRedzoneSize),
1367         ConstantExpr::getPointerCast(Name, IntptrTy),
1368         ConstantExpr::getPointerCast(ModuleName, IntptrTy),
1369         ConstantInt::get(IntptrTy, MD.IsDynInit), SourceLoc, nullptr);
1370
1371     if (ClInitializers && MD.IsDynInit) HasDynamicallyInitializedGlobals = true;
1372
1373     DEBUG(dbgs() << "NEW GLOBAL: " << *NewGlobal << "\n");
1374   }
1375
1376   ArrayType *ArrayOfGlobalStructTy = ArrayType::get(GlobalStructTy, n);
1377   GlobalVariable *AllGlobals = new GlobalVariable(
1378       M, ArrayOfGlobalStructTy, false, GlobalVariable::InternalLinkage,
1379       ConstantArray::get(ArrayOfGlobalStructTy, Initializers), "");
1380
1381   // Create calls for poisoning before initializers run and unpoisoning after.
1382   if (HasDynamicallyInitializedGlobals)
1383     createInitializerPoisonCalls(M, ModuleName);
1384   IRB.CreateCall(AsanRegisterGlobals,
1385                  {IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1386                   ConstantInt::get(IntptrTy, n)});
1387
1388   // We also need to unregister globals at the end, e.g. when a shared library
1389   // gets closed.
1390   Function *AsanDtorFunction =
1391       Function::Create(FunctionType::get(Type::getVoidTy(*C), false),
1392                        GlobalValue::InternalLinkage, kAsanModuleDtorName, &M);
1393   BasicBlock *AsanDtorBB = BasicBlock::Create(*C, "", AsanDtorFunction);
1394   IRBuilder<> IRB_Dtor(ReturnInst::Create(*C, AsanDtorBB));
1395   IRB_Dtor.CreateCall(AsanUnregisterGlobals,
1396                       {IRB.CreatePointerCast(AllGlobals, IntptrTy),
1397                        ConstantInt::get(IntptrTy, n)});
1398   appendToGlobalDtors(M, AsanDtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1399
1400   DEBUG(dbgs() << M);
1401   return true;
1402 }
1403
1404 bool AddressSanitizerModule::runOnModule(Module &M) {
1405   C = &(M.getContext());
1406   int LongSize = M.getDataLayout().getPointerSizeInBits();
1407   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1408   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1409   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize, CompileKernel);
1410   initializeCallbacks(M);
1411
1412   bool Changed = false;
1413
1414   // TODO(glider): temporarily disabled globals instrumentation for KASan.
1415   if (ClGlobals && !CompileKernel) {
1416     Function *CtorFunc = M.getFunction(kAsanModuleCtorName);
1417     assert(CtorFunc);
1418     IRBuilder<> IRB(CtorFunc->getEntryBlock().getTerminator());
1419     Changed |= InstrumentGlobals(IRB, M);
1420   }
1421
1422   return Changed;
1423 }
1424
1425 void AddressSanitizer::initializeCallbacks(Module &M) {
1426   IRBuilder<> IRB(*C);
1427   // Create __asan_report* callbacks.
1428   // IsWrite, TypeSize and Exp are encoded in the function name.
1429   for (int Exp = 0; Exp < 2; Exp++) {
1430     for (size_t AccessIsWrite = 0; AccessIsWrite <= 1; AccessIsWrite++) {
1431       const std::string TypeStr = AccessIsWrite ? "store" : "load";
1432       const std::string ExpStr = Exp ? "exp_" : "";
1433       const std::string SuffixStr = CompileKernel ? "N" : "_n";
1434       const std::string EndingStr = CompileKernel ? "_noabort" : "";
1435       Type *ExpType = Exp ? Type::getInt32Ty(*C) : nullptr;
1436       // TODO(glider): for KASan builds add _noabort to error reporting
1437       // functions and make them actually noabort (remove the UnreachableInst).
1438       AsanErrorCallbackSized[AccessIsWrite][Exp] =
1439           checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1440               kAsanReportErrorTemplate + ExpStr + TypeStr + SuffixStr,
1441               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, ExpType, nullptr));
1442       AsanMemoryAccessCallbackSized[AccessIsWrite][Exp] =
1443           checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1444               ClMemoryAccessCallbackPrefix + ExpStr + TypeStr + "N" + EndingStr,
1445               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, ExpType, nullptr));
1446       for (size_t AccessSizeIndex = 0; AccessSizeIndex < kNumberOfAccessSizes;
1447            AccessSizeIndex++) {
1448         const std::string Suffix = TypeStr + itostr(1 << AccessSizeIndex);
1449         AsanErrorCallback[AccessIsWrite][Exp][AccessSizeIndex] =
1450             checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1451                 kAsanReportErrorTemplate + ExpStr + Suffix,
1452                 IRB.getVoidTy(), IntptrTy, ExpType, nullptr));
1453         AsanMemoryAccessCallback[AccessIsWrite][Exp][AccessSizeIndex] =
1454             checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1455                 ClMemoryAccessCallbackPrefix + ExpStr + Suffix + EndingStr,
1456                 IRB.getVoidTy(), IntptrTy, ExpType, nullptr));
1457       }
1458     }
1459   }
1460
1461   const std::string MemIntrinCallbackPrefix =
1462       CompileKernel ? std::string("") : ClMemoryAccessCallbackPrefix;
1463   AsanMemmove = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1464       MemIntrinCallbackPrefix + "memmove", IRB.getInt8PtrTy(),
1465       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1466   AsanMemcpy = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1467       MemIntrinCallbackPrefix + "memcpy", IRB.getInt8PtrTy(),
1468       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt8PtrTy(), IntptrTy, nullptr));
1469   AsanMemset = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1470       MemIntrinCallbackPrefix + "memset", IRB.getInt8PtrTy(),
1471       IRB.getInt8PtrTy(), IRB.getInt32Ty(), IntptrTy, nullptr));
1472
1473   AsanHandleNoReturnFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1474       M.getOrInsertFunction(kAsanHandleNoReturnName, IRB.getVoidTy(), nullptr));
1475
1476   AsanPtrCmpFunction = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1477       kAsanPtrCmp, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1478   AsanPtrSubFunction = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1479       kAsanPtrSub, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1480   // We insert an empty inline asm after __asan_report* to avoid callback merge.
1481   EmptyAsm = InlineAsm::get(FunctionType::get(IRB.getVoidTy(), false),
1482                             StringRef(""), StringRef(""),
1483                             /*hasSideEffects=*/true);
1484 }
1485
1486 // virtual
1487 bool AddressSanitizer::doInitialization(Module &M) {
1488   // Initialize the private fields. No one has accessed them before.
1489
1490   GlobalsMD.init(M);
1491
1492   C = &(M.getContext());
1493   LongSize = M.getDataLayout().getPointerSizeInBits();
1494   IntptrTy = Type::getIntNTy(*C, LongSize);
1495   TargetTriple = Triple(M.getTargetTriple());
1496
1497   if (!CompileKernel) {
1498     std::tie(AsanCtorFunction, AsanInitFunction) =
1499         createSanitizerCtorAndInitFunctions(
1500             M, kAsanModuleCtorName, kAsanInitName,
1501             /*InitArgTypes=*/{}, /*InitArgs=*/{}, kAsanVersionCheckName);
1502     appendToGlobalCtors(M, AsanCtorFunction, kAsanCtorAndDtorPriority);
1503   }
1504   Mapping = getShadowMapping(TargetTriple, LongSize, CompileKernel);
1505   return true;
1506 }
1507
1508 bool AddressSanitizer::maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(Function &F) {
1509   // For each NSObject descendant having a +load method, this method is invoked
1510   // by the ObjC runtime before any of the static constructors is called.
1511   // Therefore we need to instrument such methods with a call to __asan_init
1512   // at the beginning in order to initialize our runtime before any access to
1513   // the shadow memory.
1514   // We cannot just ignore these methods, because they may call other
1515   // instrumented functions.
1516   if (F.getName().find(" load]") != std::string::npos) {
1517     IRBuilder<> IRB(F.begin()->begin());
1518     IRB.CreateCall(AsanInitFunction, {});
1519     return true;
1520   }
1521   return false;
1522 }
1523
1524 void AddressSanitizer::markEscapedLocalAllocas(Function &F) {
1525   // Find the one possible call to llvm.localescape and pre-mark allocas passed
1526   // to it as uninteresting. This assumes we haven't started processing allocas
1527   // yet. This check is done up front because iterating the use list in
1528   // isInterestingAlloca would be algorithmically slower.
1529   assert(ProcessedAllocas.empty() && "must process localescape before allocas");
1530
1531   // Try to get the declaration of llvm.localescape. If it's not in the module,
1532   // we can exit early.
1533   if (!F.getParent()->getFunction("llvm.localescape")) return;
1534
1535   // Look for a call to llvm.localescape call in the entry block. It can't be in
1536   // any other block.
1537   for (Instruction &I : F.getEntryBlock()) {
1538     IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(&I);
1539     if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::localescape) {
1540       // We found a call. Mark all the allocas passed in as uninteresting.
1541       for (Value *Arg : II->arg_operands()) {
1542         AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(Arg->stripPointerCasts());
1543         assert(AI && AI->isStaticAlloca() &&
1544                "non-static alloca arg to localescape");
1545         ProcessedAllocas[AI] = false;
1546       }
1547       break;
1548     }
1549   }
1550 }
1551
1552 bool AddressSanitizer::runOnFunction(Function &F) {
1553   if (&F == AsanCtorFunction) return false;
1554   if (F.getLinkage() == GlobalValue::AvailableExternallyLinkage) return false;
1555   DEBUG(dbgs() << "ASAN instrumenting:\n" << F << "\n");
1556   initializeCallbacks(*F.getParent());
1557
1558   DT = &getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1559
1560   // If needed, insert __asan_init before checking for SanitizeAddress attr.
1561   maybeInsertAsanInitAtFunctionEntry(F);
1562
1563   if (!F.hasFnAttribute(Attribute::SanitizeAddress)) return false;
1564
1565   if (!ClDebugFunc.empty() && ClDebugFunc != F.getName()) return false;
1566
1567   FunctionStateRAII CleanupObj(this);
1568
1569   // We can't instrument allocas used with llvm.localescape. Only static allocas
1570   // can be passed to that intrinsic.
1571   markEscapedLocalAllocas(F);
1572
1573   // We want to instrument every address only once per basic block (unless there
1574   // are calls between uses).
1575   SmallSet<Value *, 16> TempsToInstrument;
1576   SmallVector<Instruction *, 16> ToInstrument;
1577   SmallVector<Instruction *, 8> NoReturnCalls;
1578   SmallVector<BasicBlock *, 16> AllBlocks;
1579   SmallVector<Instruction *, 16> PointerComparisonsOrSubtracts;
1580   int NumAllocas = 0;
1581   bool IsWrite;
1582   unsigned Alignment;
1583   uint64_t TypeSize;
1584
1585   // Fill the set of memory operations to instrument.
1586   for (auto &BB : F) {
1587     AllBlocks.push_back(&BB);
1588     TempsToInstrument.clear();
1589     int NumInsnsPerBB = 0;
1590     for (auto &Inst : BB) {
1591       if (LooksLikeCodeInBug11395(&Inst)) return false;
1592       if (Value *Addr = isInterestingMemoryAccess(&Inst, &IsWrite, &TypeSize,
1593                                                   &Alignment)) {
1594         if (ClOpt && ClOptSameTemp) {
1595           if (!TempsToInstrument.insert(Addr).second)
1596             continue;  // We've seen this temp in the current BB.
1597         }
1598       } else if (ClInvalidPointerPairs &&
1599                  isInterestingPointerComparisonOrSubtraction(&Inst)) {
1600         PointerComparisonsOrSubtracts.push_back(&Inst);
1601         continue;
1602       } else if (isa<MemIntrinsic>(Inst)) {
1603         // ok, take it.
1604       } else {
1605         if (isa<AllocaInst>(Inst)) NumAllocas++;
1606         CallSite CS(&Inst);
1607         if (CS) {
1608           // A call inside BB.
1609           TempsToInstrument.clear();
1610           if (CS.doesNotReturn()) NoReturnCalls.push_back(CS.getInstruction());
1611         }
1612         continue;
1613       }
1614       ToInstrument.push_back(&Inst);
1615       NumInsnsPerBB++;
1616       if (NumInsnsPerBB >= ClMaxInsnsToInstrumentPerBB) break;
1617     }
1618   }
1619
1620   bool UseCalls =
1621       CompileKernel ||
1622       (ClInstrumentationWithCallsThreshold >= 0 &&
1623        ToInstrument.size() > (unsigned)ClInstrumentationWithCallsThreshold);
1624   const TargetLibraryInfo *TLI =
1625       &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
1626   const DataLayout &DL = F.getParent()->getDataLayout();
1627   ObjectSizeOffsetVisitor ObjSizeVis(DL, TLI, F.getContext(),
1628                                      /*RoundToAlign=*/true);
1629
1630   // Instrument.
1631   int NumInstrumented = 0;
1632   for (auto Inst : ToInstrument) {
1633     if (ClDebugMin < 0 || ClDebugMax < 0 ||
1634         (NumInstrumented >= ClDebugMin && NumInstrumented <= ClDebugMax)) {
1635       if (isInterestingMemoryAccess(Inst, &IsWrite, &TypeSize, &Alignment))
1636         instrumentMop(ObjSizeVis, Inst, UseCalls,
1637                       F.getParent()->getDataLayout());
1638       else
1639         instrumentMemIntrinsic(cast<MemIntrinsic>(Inst));
1640     }
1641     NumInstrumented++;
1642   }
1643
1644   FunctionStackPoisoner FSP(F, *this);
1645   bool ChangedStack = FSP.runOnFunction();
1646
1647   // We must unpoison the stack before every NoReturn call (throw, _exit, etc).
1648   // See e.g. http://code.google.com/p/address-sanitizer/issues/detail?id=37
1649   for (auto CI : NoReturnCalls) {
1650     IRBuilder<> IRB(CI);
1651     IRB.CreateCall(AsanHandleNoReturnFunc, {});
1652   }
1653
1654   for (auto Inst : PointerComparisonsOrSubtracts) {
1655     instrumentPointerComparisonOrSubtraction(Inst);
1656     NumInstrumented++;
1657   }
1658
1659   bool res = NumInstrumented > 0 || ChangedStack || !NoReturnCalls.empty();
1660
1661   DEBUG(dbgs() << "ASAN done instrumenting: " << res << " " << F << "\n");
1662
1663   return res;
1664 }
1665
1666 // Workaround for bug 11395: we don't want to instrument stack in functions
1667 // with large assembly blobs (32-bit only), otherwise reg alloc may crash.
1668 // FIXME: remove once the bug 11395 is fixed.
1669 bool AddressSanitizer::LooksLikeCodeInBug11395(Instruction *I) {
1670   if (LongSize != 32) return false;
1671   CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I);
1672   if (!CI || !CI->isInlineAsm()) return false;
1673   if (CI->getNumArgOperands() <= 5) return false;
1674   // We have inline assembly with quite a few arguments.
1675   return true;
1676 }
1677
1678 void FunctionStackPoisoner::initializeCallbacks(Module &M) {
1679   IRBuilder<> IRB(*C);
1680   for (int i = 0; i <= kMaxAsanStackMallocSizeClass; i++) {
1681     std::string Suffix = itostr(i);
1682     AsanStackMallocFunc[i] = checkSanitizerInterfaceFunction(
1683         M.getOrInsertFunction(kAsanStackMallocNameTemplate + Suffix, IntptrTy,
1684                               IntptrTy, nullptr));
1685     AsanStackFreeFunc[i] = checkSanitizerInterfaceFunction(
1686         M.getOrInsertFunction(kAsanStackFreeNameTemplate + Suffix,
1687                               IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1688   }
1689   AsanPoisonStackMemoryFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1690       M.getOrInsertFunction(kAsanPoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1691                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1692   AsanUnpoisonStackMemoryFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(
1693       M.getOrInsertFunction(kAsanUnpoisonStackMemoryName, IRB.getVoidTy(),
1694                             IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1695   AsanAllocaPoisonFunc = checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1696       kAsanAllocaPoison, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1697   AsanAllocasUnpoisonFunc =
1698       checkSanitizerInterfaceFunction(M.getOrInsertFunction(
1699           kAsanAllocasUnpoison, IRB.getVoidTy(), IntptrTy, IntptrTy, nullptr));
1700 }
1701
1702 void FunctionStackPoisoner::poisonRedZones(ArrayRef<uint8_t> ShadowBytes,
1703                                            IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase,
1704                                            bool DoPoison) {
1705   size_t n = ShadowBytes.size();
1706   size_t i = 0;
1707   // We need to (un)poison n bytes of stack shadow. Poison as many as we can
1708   // using 64-bit stores (if we are on 64-bit arch), then poison the rest
1709   // with 32-bit stores, then with 16-byte stores, then with 8-byte stores.
1710   for (size_t LargeStoreSizeInBytes = ASan.LongSize / 8;
1711        LargeStoreSizeInBytes != 0; LargeStoreSizeInBytes /= 2) {
1712     for (; i + LargeStoreSizeInBytes - 1 < n; i += LargeStoreSizeInBytes) {
1713       uint64_t Val = 0;
1714       for (size_t j = 0; j < LargeStoreSizeInBytes; j++) {
1715         if (F.getParent()->getDataLayout().isLittleEndian())
1716           Val |= (uint64_t)ShadowBytes[i + j] << (8 * j);
1717         else
1718           Val = (Val << 8) | ShadowBytes[i + j];
1719       }
1720       if (!Val) continue;
1721       Value *Ptr = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1722       Type *StoreTy = Type::getIntNTy(*C, LargeStoreSizeInBytes * 8);
1723       Value *Poison = ConstantInt::get(StoreTy, DoPoison ? Val : 0);
1724       IRB.CreateStore(Poison, IRB.CreateIntToPtr(Ptr, StoreTy->getPointerTo()));
1725     }
1726   }
1727 }
1728
1729 // Fake stack allocator (asan_fake_stack.h) has 11 size classes
1730 // for every power of 2 from kMinStackMallocSize to kMaxAsanStackMallocSizeClass
1731 static int StackMallocSizeClass(uint64_t LocalStackSize) {
1732   assert(LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize);
1733   uint64_t MaxSize = kMinStackMallocSize;
1734   for (int i = 0;; i++, MaxSize *= 2)
1735     if (LocalStackSize <= MaxSize) return i;
1736   llvm_unreachable("impossible LocalStackSize");
1737 }
1738
1739 // Set Size bytes starting from ShadowBase to kAsanStackAfterReturnMagic.
1740 // We can not use MemSet intrinsic because it may end up calling the actual
1741 // memset. Size is a multiple of 8.
1742 // Currently this generates 8-byte stores on x86_64; it may be better to
1743 // generate wider stores.
1744 void FunctionStackPoisoner::SetShadowToStackAfterReturnInlined(
1745     IRBuilder<> &IRB, Value *ShadowBase, int Size) {
1746   assert(!(Size % 8));
1747
1748   // kAsanStackAfterReturnMagic is 0xf5.
1749   const uint64_t kAsanStackAfterReturnMagic64 = 0xf5f5f5f5f5f5f5f5ULL;
1750
1751   for (int i = 0; i < Size; i += 8) {
1752     Value *p = IRB.CreateAdd(ShadowBase, ConstantInt::get(IntptrTy, i));
1753     IRB.CreateStore(
1754         ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), kAsanStackAfterReturnMagic64),
1755         IRB.CreateIntToPtr(p, IRB.getInt64Ty()->getPointerTo()));
1756   }
1757 }
1758
1759 PHINode *FunctionStackPoisoner::createPHI(IRBuilder<> &IRB, Value *Cond,
1760                                           Value *ValueIfTrue,
1761                                           Instruction *ThenTerm,
1762                                           Value *ValueIfFalse) {
1763   PHINode *PHI = IRB.CreatePHI(IntptrTy, 2);
1764   BasicBlock *CondBlock = cast<Instruction>(Cond)->getParent();
1765   PHI->addIncoming(ValueIfFalse, CondBlock);
1766   BasicBlock *ThenBlock = ThenTerm->getParent();
1767   PHI->addIncoming(ValueIfTrue, ThenBlock);
1768   return PHI;
1769 }
1770
1771 Value *FunctionStackPoisoner::createAllocaForLayout(
1772     IRBuilder<> &IRB, const ASanStackFrameLayout &L, bool Dynamic) {
1773   AllocaInst *Alloca;
1774   if (Dynamic) {
1775     Alloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(),
1776                               ConstantInt::get(IRB.getInt64Ty(), L.FrameSize),
1777                               "MyAlloca");
1778   } else {
1779     Alloca = IRB.CreateAlloca(ArrayType::get(IRB.getInt8Ty(), L.FrameSize),
1780                               nullptr, "MyAlloca");
1781     assert(Alloca->isStaticAlloca());
1782   }
1783   assert((ClRealignStack & (ClRealignStack - 1)) == 0);
1784   size_t FrameAlignment = std::max(L.FrameAlignment, (size_t)ClRealignStack);
1785   Alloca->setAlignment(FrameAlignment);
1786   return IRB.CreatePointerCast(Alloca, IntptrTy);
1787 }
1788
1789 void FunctionStackPoisoner::createDynamicAllocasInitStorage() {
1790   BasicBlock &FirstBB = *F.begin();
1791   IRBuilder<> IRB(dyn_cast<Instruction>(FirstBB.begin()));
1792   DynamicAllocaLayout = IRB.CreateAlloca(IntptrTy, nullptr);
1793   IRB.CreateStore(Constant::getNullValue(IntptrTy), DynamicAllocaLayout);
1794   DynamicAllocaLayout->setAlignment(32);
1795 }
1796
1797 void FunctionStackPoisoner::poisonStack() {
1798   assert(AllocaVec.size() > 0 || DynamicAllocaVec.size() > 0);
1799
1800   if (ClInstrumentAllocas && DynamicAllocaVec.size() > 0) {
1801     // Handle dynamic allocas.
1802     createDynamicAllocasInitStorage();
1803     for (auto &AI : DynamicAllocaVec) handleDynamicAllocaCall(AI);
1804
1805     unpoisonDynamicAllocas();
1806   }
1807
1808   if (AllocaVec.size() == 0) return;
1809
1810   int StackMallocIdx = -1;
1811   DebugLoc EntryDebugLocation;
1812   if (auto SP = getDISubprogram(&F))
1813     EntryDebugLocation = DebugLoc::get(SP->getScopeLine(), 0, SP);
1814
1815   Instruction *InsBefore = AllocaVec[0];
1816   IRBuilder<> IRB(InsBefore);
1817   IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1818
1819   // Make sure non-instrumented allocas stay in the entry block. Otherwise,
1820   // debug info is broken, because only entry-block allocas are treated as
1821   // regular stack slots.
1822   auto InsBeforeB = InsBefore->getParent();
1823   assert(InsBeforeB == &F.getEntryBlock());
1824   for (BasicBlock::iterator I = InsBefore; I != InsBeforeB->end(); ++I)
1825     if (auto *AI = dyn_cast_or_null<AllocaInst>(I))
1826       if (NonInstrumentedStaticAllocaVec.count(AI) > 0)
1827         AI->moveBefore(InsBefore);
1828
1829   // If we have a call to llvm.localescape, keep it in the entry block.
1830   if (LocalEscapeCall) LocalEscapeCall->moveBefore(InsBefore);
1831
1832   SmallVector<ASanStackVariableDescription, 16> SVD;
1833   SVD.reserve(AllocaVec.size());
1834   for (AllocaInst *AI : AllocaVec) {
1835     ASanStackVariableDescription D = {AI->getName().data(),
1836                                       ASan.getAllocaSizeInBytes(AI),
1837                                       AI->getAlignment(), AI, 0};
1838     SVD.push_back(D);
1839   }
1840   // Minimal header size (left redzone) is 4 pointers,
1841   // i.e. 32 bytes on 64-bit platforms and 16 bytes in 32-bit platforms.
1842   size_t MinHeaderSize = ASan.LongSize / 2;
1843   ASanStackFrameLayout L;
1844   ComputeASanStackFrameLayout(SVD, 1UL << Mapping.Scale, MinHeaderSize, &L);
1845   DEBUG(dbgs() << L.DescriptionString << " --- " << L.FrameSize << "\n");
1846   uint64_t LocalStackSize = L.FrameSize;
1847   bool DoStackMalloc = ClUseAfterReturn && !ASan.CompileKernel &&
1848                        LocalStackSize <= kMaxStackMallocSize;
1849   bool DoDynamicAlloca = ClDynamicAllocaStack;
1850   // Don't do dynamic alloca or stack malloc if:
1851   // 1) There is inline asm: too often it makes assumptions on which registers
1852   //    are available.
1853   // 2) There is a returns_twice call (typically setjmp), which is
1854   //    optimization-hostile, and doesn't play well with introduced indirect
1855   //    register-relative calculation of local variable addresses.
1856   DoDynamicAlloca &= !HasNonEmptyInlineAsm && !HasReturnsTwiceCall;
1857   DoStackMalloc &= !HasNonEmptyInlineAsm && !HasReturnsTwiceCall;
1858
1859   Value *StaticAlloca =
1860       DoDynamicAlloca ? nullptr : createAllocaForLayout(IRB, L, false);
1861
1862   Value *FakeStack;
1863   Value *LocalStackBase;
1864
1865   if (DoStackMalloc) {
1866     // void *FakeStack = __asan_option_detect_stack_use_after_return
1867     //     ? __asan_stack_malloc_N(LocalStackSize)
1868     //     : nullptr;
1869     // void *LocalStackBase = (FakeStack) ? FakeStack : alloca(LocalStackSize);
1870     Constant *OptionDetectUAR = F.getParent()->getOrInsertGlobal(
1871         kAsanOptionDetectUAR, IRB.getInt32Ty());
1872     Value *UARIsEnabled =
1873         IRB.CreateICmpNE(IRB.CreateLoad(OptionDetectUAR),
1874                          Constant::getNullValue(IRB.getInt32Ty()));
1875     Instruction *Term =
1876         SplitBlockAndInsertIfThen(UARIsEnabled, InsBefore, false);
1877     IRBuilder<> IRBIf(Term);
1878     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1879     StackMallocIdx = StackMallocSizeClass(LocalStackSize);
1880     assert(StackMallocIdx <= kMaxAsanStackMallocSizeClass);
1881     Value *FakeStackValue =
1882         IRBIf.CreateCall(AsanStackMallocFunc[StackMallocIdx],
1883                          ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize));
1884     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1885     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1886     FakeStack = createPHI(IRB, UARIsEnabled, FakeStackValue, Term,
1887                           ConstantInt::get(IntptrTy, 0));
1888
1889     Value *NoFakeStack =
1890         IRB.CreateICmpEQ(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1891     Term = SplitBlockAndInsertIfThen(NoFakeStack, InsBefore, false);
1892     IRBIf.SetInsertPoint(Term);
1893     IRBIf.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1894     Value *AllocaValue =
1895         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRBIf, L, true) : StaticAlloca;
1896     IRB.SetInsertPoint(InsBefore);
1897     IRB.SetCurrentDebugLocation(EntryDebugLocation);
1898     LocalStackBase = createPHI(IRB, NoFakeStack, AllocaValue, Term, FakeStack);
1899   } else {
1900     // void *FakeStack = nullptr;
1901     // void *LocalStackBase = alloca(LocalStackSize);
1902     FakeStack = ConstantInt::get(IntptrTy, 0);
1903     LocalStackBase =
1904         DoDynamicAlloca ? createAllocaForLayout(IRB, L, true) : StaticAlloca;
1905   }
1906
1907   // Insert poison calls for lifetime intrinsics for alloca.
1908   bool HavePoisonedAllocas = false;
1909   for (const auto &APC : AllocaPoisonCallVec) {
1910     assert(APC.InsBefore);
1911     assert(APC.AI);
1912     IRBuilder<> IRB(APC.InsBefore);
1913     poisonAlloca(APC.AI, APC.Size, IRB, APC.DoPoison);
1914     HavePoisonedAllocas |= APC.DoPoison;
1915   }
1916
1917   // Replace Alloca instructions with base+offset.
1918   for (const auto &Desc : SVD) {
1919     AllocaInst *AI = Desc.AI;
1920     Value *NewAllocaPtr = IRB.CreateIntToPtr(
1921         IRB.CreateAdd(LocalStackBase, ConstantInt::get(IntptrTy, Desc.Offset)),
1922         AI->getType());
1923     replaceDbgDeclareForAlloca(AI, NewAllocaPtr, DIB, /*Deref=*/true);
1924     AI->replaceAllUsesWith(NewAllocaPtr);
1925   }
1926
1927   // The left-most redzone has enough space for at least 4 pointers.
1928   // Write the Magic value to redzone[0].
1929   Value *BasePlus0 = IRB.CreateIntToPtr(LocalStackBase, IntptrPtrTy);
1930   IRB.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kCurrentStackFrameMagic),
1931                   BasePlus0);
1932   // Write the frame description constant to redzone[1].
1933   Value *BasePlus1 = IRB.CreateIntToPtr(
1934       IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
1935                     ConstantInt::get(IntptrTy, ASan.LongSize / 8)),
1936       IntptrPtrTy);
1937   GlobalVariable *StackDescriptionGlobal =
1938       createPrivateGlobalForString(*F.getParent(), L.DescriptionString,
1939                                    /*AllowMerging*/ true);
1940   Value *Description = IRB.CreatePointerCast(StackDescriptionGlobal, IntptrTy);
1941   IRB.CreateStore(Description, BasePlus1);
1942   // Write the PC to redzone[2].
1943   Value *BasePlus2 = IRB.CreateIntToPtr(
1944       IRB.CreateAdd(LocalStackBase,
1945                     ConstantInt::get(IntptrTy, 2 * ASan.LongSize / 8)),
1946       IntptrPtrTy);
1947   IRB.CreateStore(IRB.CreatePointerCast(&F, IntptrTy), BasePlus2);
1948
1949   // Poison the stack redzones at the entry.
1950   Value *ShadowBase = ASan.memToShadow(LocalStackBase, IRB);
1951   poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRB, ShadowBase, true);
1952
1953   // (Un)poison the stack before all ret instructions.
1954   for (auto Ret : RetVec) {
1955     IRBuilder<> IRBRet(Ret);
1956     // Mark the current frame as retired.
1957     IRBRet.CreateStore(ConstantInt::get(IntptrTy, kRetiredStackFrameMagic),
1958                        BasePlus0);
1959     if (DoStackMalloc) {
1960       assert(StackMallocIdx >= 0);
1961       // if FakeStack != 0  // LocalStackBase == FakeStack
1962       //     // In use-after-return mode, poison the whole stack frame.
1963       //     if StackMallocIdx <= 4
1964       //         // For small sizes inline the whole thing:
1965       //         memset(ShadowBase, kAsanStackAfterReturnMagic, ShadowSize);
1966       //         **SavedFlagPtr(FakeStack) = 0
1967       //     else
1968       //         __asan_stack_free_N(FakeStack, LocalStackSize)
1969       // else
1970       //     <This is not a fake stack; unpoison the redzones>
1971       Value *Cmp =
1972           IRBRet.CreateICmpNE(FakeStack, Constant::getNullValue(IntptrTy));
1973       TerminatorInst *ThenTerm, *ElseTerm;
1974       SplitBlockAndInsertIfThenElse(Cmp, Ret, &ThenTerm, &ElseTerm);
1975
1976       IRBuilder<> IRBPoison(ThenTerm);
1977       if (StackMallocIdx <= 4) {
1978         int ClassSize = kMinStackMallocSize << StackMallocIdx;
1979         SetShadowToStackAfterReturnInlined(IRBPoison, ShadowBase,
1980                                            ClassSize >> Mapping.Scale);
1981         Value *SavedFlagPtrPtr = IRBPoison.CreateAdd(
1982             FakeStack,
1983             ConstantInt::get(IntptrTy, ClassSize - ASan.LongSize / 8));
1984         Value *SavedFlagPtr = IRBPoison.CreateLoad(
1985             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtrPtr, IntptrPtrTy));
1986         IRBPoison.CreateStore(
1987             Constant::getNullValue(IRBPoison.getInt8Ty()),
1988             IRBPoison.CreateIntToPtr(SavedFlagPtr, IRBPoison.getInt8PtrTy()));
1989       } else {
1990         // For larger frames call __asan_stack_free_*.
1991         IRBPoison.CreateCall(
1992             AsanStackFreeFunc[StackMallocIdx],
1993             {FakeStack, ConstantInt::get(IntptrTy, LocalStackSize)});
1994       }
1995
1996       IRBuilder<> IRBElse(ElseTerm);
1997       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBElse, ShadowBase, false);
1998     } else if (HavePoisonedAllocas) {
1999       // If we poisoned some allocas in llvm.lifetime analysis,
2000       // unpoison whole stack frame now.
2001       poisonAlloca(LocalStackBase, LocalStackSize, IRBRet, false);
2002     } else {
2003       poisonRedZones(L.ShadowBytes, IRBRet, ShadowBase, false);
2004     }
2005   }
2006
2007   // We are done. Remove the old unused alloca instructions.
2008   for (auto AI : AllocaVec) AI->eraseFromParent();
2009 }
2010
2011 void FunctionStackPoisoner::poisonAlloca(Value *V, uint64_t Size,
2012                                          IRBuilder<> &IRB, bool DoPoison) {
2013   // For now just insert the call to ASan runtime.
2014   Value *AddrArg = IRB.CreatePointerCast(V, IntptrTy);
2015   Value *SizeArg = ConstantInt::get(IntptrTy, Size);
2016   IRB.CreateCall(
2017       DoPoison ? AsanPoisonStackMemoryFunc : AsanUnpoisonStackMemoryFunc,
2018       {AddrArg, SizeArg});
2019 }
2020
2021 // Handling llvm.lifetime intrinsics for a given %alloca:
2022 // (1) collect all llvm.lifetime.xxx(%size, %value) describing the alloca.
2023 // (2) if %size is constant, poison memory for llvm.lifetime.end (to detect
2024 //     invalid accesses) and unpoison it for llvm.lifetime.start (the memory
2025 //     could be poisoned by previous llvm.lifetime.end instruction, as the
2026 //     variable may go in and out of scope several times, e.g. in loops).
2027 // (3) if we poisoned at least one %alloca in a function,
2028 //     unpoison the whole stack frame at function exit.
2029
2030 AllocaInst *FunctionStackPoisoner::findAllocaForValue(Value *V) {
2031   if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V))
2032     // We're intested only in allocas we can handle.
2033     return ASan.isInterestingAlloca(*AI) ? AI : nullptr;
2034   // See if we've already calculated (or started to calculate) alloca for a
2035   // given value.
2036   AllocaForValueMapTy::iterator I = AllocaForValue.find(V);
2037   if (I != AllocaForValue.end()) return I->second;
2038   // Store 0 while we're calculating alloca for value V to avoid
2039   // infinite recursion if the value references itself.
2040   AllocaForValue[V] = nullptr;
2041   AllocaInst *Res = nullptr;
2042   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(V))
2043     Res = findAllocaForValue(CI->getOperand(0));
2044   else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
2045     for (Value *IncValue : PN->incoming_values()) {
2046       // Allow self-referencing phi-nodes.
2047       if (IncValue == PN) continue;
2048       AllocaInst *IncValueAI = findAllocaForValue(IncValue);
2049       // AI for incoming values should exist and should all be equal.
2050       if (IncValueAI == nullptr || (Res != nullptr && IncValueAI != Res))
2051         return nullptr;
2052       Res = IncValueAI;
2053     }
2054   }
2055   if (Res) AllocaForValue[V] = Res;
2056   return Res;
2057 }
2058
2059 void FunctionStackPoisoner::handleDynamicAllocaCall(AllocaInst *AI) {
2060   IRBuilder<> IRB(AI);
2061
2062   const unsigned Align = std::max(kAllocaRzSize, AI->getAlignment());
2063   const uint64_t AllocaRedzoneMask = kAllocaRzSize - 1;
2064
2065   Value *Zero = Constant::getNullValue(IntptrTy);
2066   Value *AllocaRzSize = ConstantInt::get(IntptrTy, kAllocaRzSize);
2067   Value *AllocaRzMask = ConstantInt::get(IntptrTy, AllocaRedzoneMask);
2068
2069   // Since we need to extend alloca with additional memory to locate
2070   // redzones, and OldSize is number of allocated blocks with
2071   // ElementSize size, get allocated memory size in bytes by
2072   // OldSize * ElementSize.
2073   const unsigned ElementSize =
2074       F.getParent()->getDataLayout().getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
2075   Value *OldSize =
2076       IRB.CreateMul(IRB.CreateIntCast(AI->getArraySize(), IntptrTy, false),
2077                     ConstantInt::get(IntptrTy, ElementSize));
2078
2079   // PartialSize = OldSize % 32
2080   Value *PartialSize = IRB.CreateAnd(OldSize, AllocaRzMask);
2081
2082   // Misalign = kAllocaRzSize - PartialSize;
2083   Value *Misalign = IRB.CreateSub(AllocaRzSize, PartialSize);
2084
2085   // PartialPadding = Misalign != kAllocaRzSize ? Misalign : 0;
2086   Value *Cond = IRB.CreateICmpNE(Misalign, AllocaRzSize);
2087   Value *PartialPadding = IRB.CreateSelect(Cond, Misalign, Zero);
2088
2089   // AdditionalChunkSize = Align + PartialPadding + kAllocaRzSize
2090   // Align is added to locate left redzone, PartialPadding for possible
2091   // partial redzone and kAllocaRzSize for right redzone respectively.
2092   Value *AdditionalChunkSize = IRB.CreateAdd(
2093       ConstantInt::get(IntptrTy, Align + kAllocaRzSize), PartialPadding);
2094
2095   Value *NewSize = IRB.CreateAdd(OldSize, AdditionalChunkSize);
2096
2097   // Insert new alloca with new NewSize and Align params.
2098   AllocaInst *NewAlloca = IRB.CreateAlloca(IRB.getInt8Ty(), NewSize);
2099   NewAlloca->setAlignment(Align);
2100
2101   // NewAddress = Address + Align
2102   Value *NewAddress = IRB.CreateAdd(IRB.CreatePtrToInt(NewAlloca, IntptrTy),
2103                                     ConstantInt::get(IntptrTy, Align));
2104
2105   // Insert __asan_alloca_poison call for new created alloca.
2106   IRB.CreateCall(AsanAllocaPoisonFunc, {NewAddress, OldSize});
2107
2108   // Store the last alloca's address to DynamicAllocaLayout. We'll need this
2109   // for unpoisoning stuff.
2110   IRB.CreateStore(IRB.CreatePtrToInt(NewAlloca, IntptrTy), DynamicAllocaLayout);
2111
2112   Value *NewAddressPtr = IRB.CreateIntToPtr(NewAddress, AI->getType());
2113
2114   // Replace all uses of AddessReturnedByAlloca with NewAddressPtr.
2115   AI->replaceAllUsesWith(NewAddressPtr);
2116
2117   // We are done. Erase old alloca from parent.
2118   AI->eraseFromParent();
2119 }
2120
2121 // isSafeAccess returns true if Addr is always inbounds with respect to its
2122 // base object. For example, it is a field access or an array access with
2123 // constant inbounds index.
2124 bool AddressSanitizer::isSafeAccess(ObjectSizeOffsetVisitor &ObjSizeVis,
2125                                     Value *Addr, uint64_t TypeSize) const {
2126   SizeOffsetType SizeOffset = ObjSizeVis.compute(Addr);
2127   if (!ObjSizeVis.bothKnown(SizeOffset)) return false;
2128   uint64_t Size = SizeOffset.first.getZExtValue();
2129   int64_t Offset = SizeOffset.second.getSExtValue();
2130   // Three checks are required to ensure safety:
2131   // . Offset >= 0  (since the offset is given from the base ptr)
2132   // . Size >= Offset  (unsigned)
2133   // . Size - Offset >= NeededSize  (unsigned)
2134   return Offset >= 0 && Size >= uint64_t(Offset) &&
2135          Size - uint64_t(Offset) >= TypeSize / 8;
2136 }