Fix PR16508.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / StackProtector.cpp
index f409fbdd4ff9556283e5d718e132d6f09c74977e..1f673ab037720ee6eaa57ac0afecb82fb092ce55 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This pass inserts stack protectors into functions which need them. The stack
-// protectors this uses are the type that ProPolice used. A variable with a
-// random value in it is stored onto the stack before the local variables are
-// allocated. Upon exitting the block, the stored value is checked. If it's
+// This pass inserts stack protectors into functions which need them. A variable
+// with a random value in it is stored onto the stack before the local variables
+// are allocated. Upon exiting the block, the stored value is checked. If it's
 // changed, then there was some sort of violation and the program aborts.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #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/TargetLowering.h"
 using namespace llvm;
 
-// Enable stack protectors.
-static cl::opt<unsigned>
-SSPBufferSize("ssp-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 == 0  --  Stack protectors are off.
-    // Level == 1  --  Stack protectors are on only for some functions.
-    // Level == 2  --  Stack protectors are on for all functions.
-    int Level;
+  class StackProtector : public FunctionPass {
+    const TargetMachine *TM;
 
-    /// FailBB - Holds the basic block to jump to when the stack protector check
-    /// fails.
-    BasicBlock *FailBB;
-
-    /// StackProtFrameSlot - The place on the stack that the stack protector
-    /// guard is kept.
-    AllocaInst *StackProtFrameSlot;
-
-    /// StackGuardVar - The global variable for the stack guard.
-    GlobalVariable *StackGuardVar;
+    /// TLI - Keep a pointer of a TargetLowering to consult for determining
+    /// target type sizes.
+    const TargetLoweringBase *TLI;
+    const Triple Trip;
 
     Function *F;
     Module *M;
 
-    /// InsertStackProtectorPrologue - Insert code into the entry block that
-    /// stores the __stack_chk_guard variable onto the stack.
-    void InsertStackProtectorPrologue();
+    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;
 
-    /// InsertStackProtectorEpilogue - Insert code before the return
-    /// instructions checking the stack value that was stored in the
-    /// prologue. If it isn't the same as the original value, then call a
-    /// "failure" function.
-    void InsertStackProtectorEpilogue();
+    /// InsertStackProtectors - Insert code into the prologue and epilogue of
+    /// the function.
+    ///
+    ///  - The prologue code loads and stores the stack guard onto the stack.
+    ///  - The epilogue checks the value stored in the prologue against the
+    ///    original value. It calls __stack_chk_fail if they differ.
+    bool InsertStackProtectors();
 
     /// CreateFailBB - Create a basic block to jump to when the stack protector
     /// check fails.
-    void CreateFailBB();
+    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();
   public:
     static char ID;             // Pass identification, replacement for typeid.
-    StackProtector(int lvl = 0) : FunctionPass(&ID), Level(lvl), FailBB(0) {}
+    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(int lvl) {
-  return new StackProtector(lvl);
+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;
-  
-  InsertStackProtectorPrologue();
-  InsertStackProtectorEpilogue();
 
-  // Cleanup.
-  FailBB = 0;
-  StackProtFrameSlot = 0;
-  StackGuardVar = 0;
-  return true;
+  ++NumFunProtected;
+  return InsertStackProtectors();
 }
 
-/// InsertStackProtectorPrologue - Insert code into the entry block that stores
-/// the __stack_chk_guard variable onto the stack.
-void StackProtector::InsertStackProtectorPrologue() {
-  BasicBlock &Entry = F->getEntryBlock();
-  Instruction &InsertPt = Entry.front();
+/// 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 char *StackGuardStr = "__stack_chk_guard";
-  StackGuardVar = M->getNamedGlobal(StackGuardStr);
+  const StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty);
+  if (!ST) return false;
 
-  if (!StackGuardVar)
-    StackGuardVar = new GlobalVariable(PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
-                                       false, GlobalValue::ExternalLinkage,
-                                       0, StackGuardStr, M);
+  for (StructType::element_iterator I = ST->element_begin(),
+         E = ST->element_end(); I != E; ++I)
+    if (ContainsProtectableArray(*I, Strong, true))
+      return true;
 
-  StackProtFrameSlot = new AllocaInst(PointerType::getUnqual(Type::Int8Ty),
-                                      "StackProt_Frame", &InsertPt);
-  LoadInst *LI = new LoadInst(StackGuardVar, "StackGuard", true, &InsertPt);
-  new StoreInst(LI, StackProtFrameSlot, true, &InsertPt);
+  return false;
 }
 
-/// InsertStackProtectorEpilogue - Insert code before the return instructions
-/// checking the stack value that was stored in the prologue. If it isn't the
-/// same as the original value, then call a "failure" function.
-void StackProtector::InsertStackProtectorEpilogue() {
-  // Create the basic block to jump to when the guard check fails.
-  CreateFailBB();
-
-  Function::iterator I = F->begin(), E = F->end();
-  std::vector<BasicBlock*> ReturnBBs;
-  ReturnBBs.reserve(F->size());
-
-  for (; I != E; ++I)
-    if (isa<ReturnInst>((*I).getTerminator()))
-      ReturnBBs.push_back(I);
-
-  if (ReturnBBs.empty()) return; // Odd, but could happen. . .
-
-  // 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
-  //
-  //   SPRet:
-  //     ret ...
-  //
-  //   CallStackCheckFailBlk:
-  //     call void @__stack_chk_fail()
-  //     unreachable
-  //
-  for (std::vector<BasicBlock*>::iterator
-         II = ReturnBBs.begin(), IE = ReturnBBs.end(); II != IE; ++II) {
-    BasicBlock *BB = *II;
-    ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(BB->getTerminator());
-    Function::iterator InsPt = BB; ++InsPt; // Insertion point for new BB.
-
-    BasicBlock *NewBB = BasicBlock::Create("SPRet", F, InsPt);
-
-    // Move the return instruction into the new basic block.
-    RI->removeFromParent();
-    NewBB->getInstList().insert(NewBB->begin(), RI);
-
-    LoadInst *LI2 = new LoadInst(StackGuardVar, "", false, BB);
-    LoadInst *LI1 = new LoadInst(StackProtFrameSlot, "", true, BB);
-    ICmpInst *Cmp = new ICmpInst(CmpInst::ICMP_EQ, LI1, LI2, "", BB);
-    BranchInst::Create(NewBB, FailBB, Cmp, BB);
+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;
 }
 
-/// CreateFailBB - Create a basic block to jump to when the stack protector
-/// check fails.
-void StackProtector::CreateFailBB() {
-  assert(!FailBB && "Failure basic block already created?!");
-  FailBB = BasicBlock::Create("CallStackCheckFailBlk", F);
-  std::vector<const Type*> Params;
-  Constant *StackChkFail =
-    M->getOrInsertFunction("__stack_chk_fail",
-                           FunctionType::get(Type::VoidTy, Params, false));
-  CallInst::Create(StackChkFail, "", FailBB);
-  new UnreachableInst(FailBB);
+/// \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;
 }
 
-/// RequiresStackProtector - Check whether or not this function needs a stack
-/// protector based upon the stack protector level.
-bool StackProtector::RequiresStackProtector() {
-  switch (Level) {
-  default: return false;
-  case 2:  return true;
-  case 1: {
-    // 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;
-
-    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())) {
-            const APInt &Size = CI->getValue();
-            StackSize += Size.getZExtValue() * 8;
-          }
+/// InsertStackProtectors - Insert code into the prologue and epilogue of the
+/// function.
+///
+///  - The prologue code loads and stores the stack guard onto the stack.
+///  - The epilogue checks the value stored in the prologue against the original
+///    value. It calls __stack_chk_fail if they differ.
+bool StackProtector::InsertStackProtectors() {
+  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();
     }
 
-    if (SSPBufferSize <= StackSize)
-      return true;
+    // 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;
+    }
 
-    return false;
-  }
+    // 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->moveAfter(BB);
+
+    // Generate the stack protector instructions in the old basic block.
+    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;
 }
 
-// [EOF] StackProtector.cpp
+/// CreateFailBB - Create a basic block to jump to when the stack protector
+/// check fails.
+BasicBlock *StackProtector::CreateFailBB() {
+  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);
+
+    Constant *NameStr = ConstantDataArray::getString(Context, F->getName());
+    Constant *FuncName =
+        new GlobalVariable(*M, NameStr->getType(), true,
+                           GlobalVariable::PrivateLinkage, NameStr, "SSH");
+
+    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;
+}