Fix PR16508.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / StackProtector.cpp
index 36ae2846a8123d4b4bde7748a426e04df2586441..1f673ab037720ee6eaa57ac0afecb82fb092ce55 100644 (file)
 
 #define DEBUG_TYPE "stack-protector"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/DerivedTypes.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/Module.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
+#include "llvm/ADT/Triple.h"
+#include "llvm/Analysis/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/Attributes.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
+#include "llvm/IR/GlobalValue.h"
+#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/Intrinsics.h"
+#include "llvm/IR/Module.h"
 #include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/ADT/APInt.h"
 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
 #include "llvm/Target/TargetLowering.h"
 using namespace llvm;
 
-// SSPBufferSize - The lower bound for a buffer to be considered for stack
-// smashing protection.
-static cl::opt<unsigned>
-SSPBufferSize("stack-protector-buffer-size", cl::init(8),
-              cl::desc("The lower bound for a buffer to be considered for "
-                       "stack smashing protection."));
+STATISTIC(NumFunProtected, "Number of functions protected");
+STATISTIC(NumAddrTaken, "Number of local variables that have their address"
+                        " taken.");
 
 namespace {
-  class VISIBILITY_HIDDEN StackProtector : public FunctionPass {
-    /// Level - The level of stack protection.
-    SSP::StackProtectorLevel Level;
+  class StackProtector : public FunctionPass {
+    const TargetMachine *TM;
 
     /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
     /// target type sizes.
-    const TargetLowering *TLI;
+    const TargetLoweringBase *TLI;
+    const Triple Trip;
 
     Function *F;
     Module *M;
 
+    DominatorTree *DT;
+
+    /// VisitedPHIs - The set of PHI nodes visited when determining
+    /// if a variable's reference has been taken.  This set 
+    /// is maintained to ensure we don't visit the same PHI node multiple
+    /// times.
+    SmallPtrSet<const PHINode*, 16> VisitedPHIs;
+
     /// InsertStackProtectors - Insert code into the prologue and epilogue of
     /// the function.
     ///
@@ -59,37 +71,188 @@ namespace {
     /// check fails.
     BasicBlock *CreateFailBB();
 
+    /// ContainsProtectableArray - Check whether the type either is an array or
+    /// contains an array of sufficient size so that we need stack protectors
+    /// for it.
+    bool ContainsProtectableArray(Type *Ty, bool Strong = false,
+                                  bool InStruct = false) const;
+
+    /// \brief Check whether a stack allocation has its address taken.
+    bool HasAddressTaken(const Instruction *AI);
+
     /// RequiresStackProtector - Check whether or not this function needs a
     /// stack protector based upon the stack protector level.
-    bool RequiresStackProtector() const;
+    bool RequiresStackProtector();
   public:
     static char ID;             // Pass identification, replacement for typeid.
-    StackProtector() : FunctionPass(&ID), Level(SSP::OFF), TLI(0) {}
-    StackProtector(SSP::StackProtectorLevel lvl, const TargetLowering *tli)
-      : FunctionPass(&ID), Level(lvl), TLI(tli) {}
+    StackProtector() : FunctionPass(ID), TM(0), TLI(0) {
+      initializeStackProtectorPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
+    StackProtector(const TargetMachine *TM)
+      : FunctionPass(ID), TM(TM), TLI(0), Trip(TM->getTargetTriple()) {
+      initializeStackProtectorPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
+
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.addPreserved<DominatorTree>();
+    }
 
     virtual bool runOnFunction(Function &Fn);
   };
 } // end anonymous namespace
 
 char StackProtector::ID = 0;
-static RegisterPass<StackProtector>
-X("stack-protector", "Insert stack protectors");
+INITIALIZE_PASS(StackProtector, "stack-protector",
+                "Insert stack protectors", false, false)
 
-FunctionPass *llvm::createStackProtectorPass(SSP::StackProtectorLevel lvl,
-                                             const TargetLowering *tli) {
-  return new StackProtector(lvl, tli);
+FunctionPass *llvm::createStackProtectorPass(const TargetMachine *TM) {
+  return new StackProtector(TM);
 }
 
 bool StackProtector::runOnFunction(Function &Fn) {
   F = &Fn;
   M = F->getParent();
+  DT = getAnalysisIfAvailable<DominatorTree>();
+  TLI = TM->getTargetLowering();
 
   if (!RequiresStackProtector()) return false;
-  
+
+  ++NumFunProtected;
   return InsertStackProtectors();
 }
 
+/// ContainsProtectableArray - Check whether the type either is an array or
+/// contains a char array of sufficient size so that we need stack protectors
+/// for it.
+bool StackProtector::ContainsProtectableArray(Type *Ty, bool Strong,
+                                              bool InStruct) const {
+  if (!Ty) return false;
+  if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty)) {
+    // In strong mode any array, regardless of type and size, triggers a
+    // protector
+    if (Strong)
+      return true;
+    const TargetMachine &TM = TLI->getTargetMachine();
+    if (!AT->getElementType()->isIntegerTy(8)) {
+      // If we're on a non-Darwin platform or we're inside of a structure, don't
+      // add stack protectors unless the array is a character array.
+      if (InStruct || !Trip.isOSDarwin())
+          return false;
+    }
+
+    // If an array has more than SSPBufferSize bytes of allocated space, then we
+    // emit stack protectors.
+    if (TM.Options.SSPBufferSize <= TLI->getDataLayout()->getTypeAllocSize(AT))
+      return true;
+  }
+
+  const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty);
+  if (!ST) return false;
+
+  for (StructType::element_iterator I = ST->element_begin(),
+         E = ST->element_end(); I != E; ++I)
+    if (ContainsProtectableArray(*I, Strong, true))
+      return true;
+
+  return false;
+}
+
+bool StackProtector::HasAddressTaken(const Instruction *AI) {
+  for (Value::const_use_iterator UI = AI->use_begin(), UE = AI->use_end();
+        UI != UE; ++UI) {
+    const User *U = *UI;
+    if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
+      if (AI == SI->getValueOperand())
+        return true;
+    } else if (const PtrToIntInst *SI = dyn_cast<PtrToIntInst>(U)) {
+      if (AI == SI->getOperand(0))
+        return true;
+    } else if (isa<CallInst>(U)) {
+      return true;
+    } else if (isa<InvokeInst>(U)) {
+      return true;
+    } else if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(U)) {
+      if (HasAddressTaken(SI))
+        return true;
+    } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
+      // Keep track of what PHI nodes we have already visited to ensure
+      // they are only visited once.
+      if (VisitedPHIs.insert(PN))
+        if (HasAddressTaken(PN))
+          return true;
+    } else if (const GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
+      if (HasAddressTaken(GEP))
+        return true;
+    } else if (const BitCastInst *BI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
+      if (HasAddressTaken(BI))
+        return true;
+    }
+  }
+  return false;
+}
+
+/// \brief Check whether or not this function needs a stack protector based
+/// upon the stack protector level.
+///
+/// We use two heuristics: a standard (ssp) and strong (sspstrong).
+/// The standard heuristic which will add a guard variable to functions that
+/// call alloca with a either a variable size or a size >= SSPBufferSize,
+/// functions with character buffers larger than SSPBufferSize, and functions
+/// with aggregates containing character buffers larger than SSPBufferSize. The
+/// strong heuristic will add a guard variables to functions that call alloca
+/// regardless of size, functions with any buffer regardless of type and size,
+/// functions with aggregates that contain any buffer regardless of type and
+/// size, and functions that contain stack-based variables that have had their
+/// address taken.
+bool StackProtector::RequiresStackProtector() {
+  bool Strong = false;
+  if (F->getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
+                                      Attribute::StackProtectReq))
+    return true;
+  else if (F->getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
+                                           Attribute::StackProtectStrong))
+    Strong = true;
+  else if (!F->getAttributes().hasAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
+                                            Attribute::StackProtect))
+    return false;
+
+  for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I) {
+    BasicBlock *BB = I;
+
+    for (BasicBlock::iterator
+           II = BB->begin(), IE = BB->end(); II != IE; ++II) {
+      if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
+        if (AI->isArrayAllocation()) {
+          // SSP-Strong: Enable protectors for any call to alloca, regardless
+          // of size.
+          if (Strong)
+            return true;
+  
+          if (const ConstantInt *CI =
+               dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize())) {
+            unsigned BufferSize = TLI->getTargetMachine().Options.SSPBufferSize;
+            if (CI->getLimitedValue(BufferSize) >= BufferSize)
+              // A call to alloca with size >= SSPBufferSize requires
+              // stack protectors.
+              return true;
+          } else // A call to alloca with a variable size requires protectors.
+            return true;
+        }
+
+        if (ContainsProtectableArray(AI->getAllocatedType(), Strong))
+          return true;
+
+        if (Strong && HasAddressTaken(AI)) {
+          ++NumAddrTaken; 
+          return true;
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  return false;
+}
+
 /// InsertStackProtectors - Insert code into the prologue and epilogue of the
 /// function.
 ///
@@ -97,121 +260,138 @@ bool StackProtector::runOnFunction(Function &Fn) {
 ///  - The epilogue checks the value stored in the prologue against the original
 ///    value. It calls __stack_chk_fail if they differ.
 bool StackProtector::InsertStackProtectors() {
-  std::vector<BasicBlock*> ReturnBBs;
-
-  for (Function::iterator I = F->begin(); I != F->end(); ++I)
-    if (isa<ReturnInst>(I->getTerminator()))
-      ReturnBBs.push_back(I);
-
-  // If this function doesn't return, don't bother with stack protectors.
-  if (ReturnBBs.empty()) return false;
-
-  // Insert code into the entry block that stores the __stack_chk_guard variable
-  // onto the stack.
-  BasicBlock &Entry = F->getEntryBlock();
-  Instruction *InsertPt = &Entry.front();
-  const PointerType *GuardTy = PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty);
-
-  // The global variable for the stack guard.
-  Constant *StackGuardVar = M->getOrInsertGlobal("__stack_chk_guard", GuardTy);
-
-  // The place on the stack that the stack protector guard is kept.
-  AllocaInst *StackProtFrameSlot =
-    new AllocaInst(GuardTy, "StackProt_Frame", InsertPt);
-  LoadInst *LI = new LoadInst(StackGuardVar, "StackGuard", false, InsertPt);
-  new StoreInst(LI, StackProtFrameSlot, false, InsertPt);
-
-  // Create the basic block to jump to when the guard check fails.
-  BasicBlock *FailBB = CreateFailBB();
-
-  // Loop through the basic blocks that have return instructions. Convert this:
-  //
-  //   return:
-  //     ...
-  //     ret ...
-  //
-  // into this:
-  //
-  //   return:
-  //     ...
-  //     %1 = load __stack_chk_guard
-  //     %2 = load <stored stack guard>
-  //     %3 = cmp i1 %1, %2
-  //     br i1 %3, label %SPRet, label %CallStackCheckFailBlk
-  //
-  //   SP_return:
-  //     ret ...
-  //
-  //   CallStackCheckFailBlk:
-  //     call void @__stack_chk_fail()
-  //     unreachable
-  //
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator
-         I = ReturnBBs.begin(), E = ReturnBBs.end(); I != E; ++I) {
-    BasicBlock *BB = *I;
-    ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
-    Function::iterator InsPt = BB; ++InsPt; // Insertion point for new BB.
+  BasicBlock *FailBB = 0;       // The basic block to jump to if check fails.
+  BasicBlock *FailBBDom = 0;    // FailBB's dominator.
+  AllocaInst *AI = 0;           // Place on stack that stores the stack guard.
+  Value *StackGuardVar = 0;  // The stack guard variable.
+
+  for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ) {
+    BasicBlock *BB = I++;
+    ReturnInst *RI = dyn_cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
+    if (!RI) continue;
+
+    if (!FailBB) {
+      // Insert code into the entry block that stores the __stack_chk_guard
+      // variable onto the stack:
+      //
+      //   entry:
+      //     StackGuardSlot = alloca i8*
+      //     StackGuard = load __stack_chk_guard
+      //     call void @llvm.stackprotect.create(StackGuard, StackGuardSlot)
+      //
+      PointerType *PtrTy = Type::getInt8PtrTy(RI->getContext());
+      unsigned AddressSpace, Offset;
+      if (TLI->getStackCookieLocation(AddressSpace, Offset)) {
+        Constant *OffsetVal =
+          ConstantInt::get(Type::getInt32Ty(RI->getContext()), Offset);
+
+        StackGuardVar = ConstantExpr::getIntToPtr(OffsetVal,
+                                      PointerType::get(PtrTy, AddressSpace));
+      } else if (Trip.getOS() == llvm::Triple::OpenBSD) {
+        StackGuardVar = M->getOrInsertGlobal("__guard_local", PtrTy);
+        cast<GlobalValue>(StackGuardVar)
+            ->setVisibility(GlobalValue::HiddenVisibility);
+      } else {
+        StackGuardVar = M->getOrInsertGlobal("__stack_chk_guard", PtrTy);
+      }
+
+      BasicBlock &Entry = F->getEntryBlock();
+      Instruction *InsPt = &Entry.front();
+
+      AI = new AllocaInst(PtrTy, "StackGuardSlot", InsPt);
+      LoadInst *LI = new LoadInst(StackGuardVar, "StackGuard", false, InsPt);
+
+      Value *Args[] = { LI, AI };
+      CallInst::
+        Create(Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::stackprotector),
+               Args, "", InsPt);
+
+      // Create the basic block to jump to when the guard check fails.
+      FailBB = CreateFailBB();
+    }
+
+    // For each block with a return instruction, convert this:
+    //
+    //   return:
+    //     ...
+    //     ret ...
+    //
+    // into this:
+    //
+    //   return:
+    //     ...
+    //     %1 = load __stack_chk_guard
+    //     %2 = load StackGuardSlot
+    //     %3 = cmp i1 %1, %2
+    //     br i1 %3, label %SP_return, label %CallStackCheckFailBlk
+    //
+    //   SP_return:
+    //     ret ...
+    //
+    //   CallStackCheckFailBlk:
+    //     call void @__stack_chk_fail()
+    //     unreachable
 
     // Split the basic block before the return instruction.
     BasicBlock *NewBB = BB->splitBasicBlock(RI, "SP_return");
 
+    if (DT && DT->isReachableFromEntry(BB)) {
+      DT->addNewBlock(NewBB, BB);
+      FailBBDom = FailBBDom ? DT->findNearestCommonDominator(FailBBDom, BB) :BB;
+    }
+
+    // Remove default branch instruction to the new BB.
+    BB->getTerminator()->eraseFromParent();
+
     // Move the newly created basic block to the point right after the old basic
     // block so that it's in the "fall through" position.
-    NewBB->removeFromParent();
-    F->getBasicBlockList().insert(InsPt, NewBB);
+    NewBB->moveAfter(BB);
 
     // Generate the stack protector instructions in the old basic block.
-    LoadInst *LI2 = new LoadInst(StackGuardVar, "", false, BB);
-    LoadInst *LI1 = new LoadInst(StackProtFrameSlot, "", true, BB);
-    ICmpInst *Cmp = new ICmpInst(CmpInst::ICMP_EQ, LI1, LI2, "", BB);
+    LoadInst *LI1 = new LoadInst(StackGuardVar, "", false, BB);
+    LoadInst *LI2 = new LoadInst(AI, "", true, BB);
+    ICmpInst *Cmp = new ICmpInst(*BB, CmpInst::ICMP_EQ, LI1, LI2, "");
     BranchInst::Create(NewBB, FailBB, Cmp, BB);
   }
 
+  // Return if we didn't modify any basic blocks. I.e., there are no return
+  // statements in the function.
+  if (!FailBB) return false;
+
+  if (DT && FailBBDom)
+    DT->addNewBlock(FailBB, FailBBDom);
+
   return true;
 }
 
 /// CreateFailBB - Create a basic block to jump to when the stack protector
 /// check fails.
 BasicBlock *StackProtector::CreateFailBB() {
-  BasicBlock *FailBB = BasicBlock::Create("CallStackCheckFailBlk", F);
-  std::vector<const Type*> Params;
-  Constant *StackChkFail =
-    M->getOrInsertFunction("__stack_chk_fail", Type::VoidTy, NULL);
-  CallInst::Create(StackChkFail, "", FailBB);
-  new UnreachableInst(FailBB);
-  return FailBB;
-}
+  LLVMContext &Context = F->getContext();
+  BasicBlock *FailBB = BasicBlock::Create(Context, "CallStackCheckFailBlk", F);
+  if (Trip.getOS() == llvm::Triple::OpenBSD) {
+    Constant *StackChkFail = M->getOrInsertFunction(
+        "__stack_smash_handler", Type::getVoidTy(Context),
+        Type::getInt8PtrTy(Context), NULL);
 
-/// RequiresStackProtector - Check whether or not this function needs a stack
-/// protector based upon the stack protector level.
-bool StackProtector::RequiresStackProtector() const {
-  switch (Level) {
-  default: return false;
-  case SSP::ALL: return true;
-  case SSP::SOME: {
-    // If the size of the local variables allocated on the stack is greater than
-    // SSPBufferSize, then we require a stack protector.
-    uint64_t StackSize = 0;
-    const TargetData *TD = TLI->getTargetData();
-
-    for (Function::iterator I = F->begin(), E = F->end(); I != E; ++I) {
-      BasicBlock *BB = I;
-
-      for (BasicBlock::iterator
-             II = BB->begin(), IE = BB->end(); II != IE; ++II)
-        if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(II)) {
-          if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize())) {
-            uint64_t Bytes = TD->getTypeSizeInBits(AI->getAllocatedType()) / 8;
-            const APInt &Size = CI->getValue();
-            StackSize += Bytes * Size.getZExtValue();
-
-            if (SSPBufferSize <= StackSize)
-              return true;
-          }
-        }
-    }
+    Constant *NameStr = ConstantDataArray::getString(Context, F->getName());
+    Constant *FuncName =
+        new GlobalVariable(*M, NameStr->getType(), true,
+                           GlobalVariable::PrivateLinkage, NameStr, "SSH");
 
-    return false;
-  }
+    SmallVector<Constant *, 2> IdxList;
+    IdxList.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt8Ty(Context), 0));
+    IdxList.push_back(ConstantInt::get(Type::getInt8Ty(Context), 0));
+
+    SmallVector<Value *, 1> Args;
+    Args.push_back(ConstantExpr::getGetElementPtr(FuncName, IdxList));
+
+    CallInst::Create(StackChkFail, Args, "", FailBB);
+  } else {
+    Constant *StackChkFail = M->getOrInsertFunction(
+        "__stack_chk_fail", Type::getVoidTy(Context), NULL);
+    CallInst::Create(StackChkFail, "", FailBB);
   }
+  new UnreachableInst(Context, FailBB);
+  return FailBB;
 }