contrib/compiler-rt/lib/asan/asan_thread.cc

   1 //===-- asan_thread.cc ----------------------------------------------------===//
   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 //
  12 // Thread-related code.
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14 #include "asan_allocator.h"
  15 #include "asan_interceptors.h"
  16 #include "asan_poisoning.h"
  17 #include "asan_stack.h"
  18 #include "asan_thread.h"
  19 #include "asan_mapping.h"
  20 #include "sanitizer_common/sanitizer_common.h"
  21 #include "sanitizer_common/sanitizer_placement_new.h"
  22 #include "sanitizer_common/sanitizer_stackdepot.h"
  23 #include "sanitizer_common/sanitizer_tls_get_addr.h"
  24 #include "lsan/lsan_common.h"
  25
  26 namespace __asan {
  27
  28 // AsanThreadContext implementation.
  29
  30 void AsanThreadContext::OnCreated(void *arg) {
  31   CreateThreadContextArgs *args = static_cast<CreateThreadContextArgs*>(arg);
  32   if (args->stack)
  33     stack_id = StackDepotPut(*args->stack);
  34   thread = args->thread;
  35   thread->set_context(this);
  36 }
  37
  38 void AsanThreadContext::OnFinished() {
  39   // Drop the link to the AsanThread object.
  40   thread = nullptr;
  41 }
  42
  43 // MIPS requires aligned address
  44 static ALIGNED(16) char thread_registry_placeholder[sizeof(ThreadRegistry)];
  45 static ThreadRegistry *asan_thread_registry;
  46
  47 static BlockingMutex mu_for_thread_context(LINKER_INITIALIZED);
  48 static LowLevelAllocator allocator_for_thread_context;
  49
  50 static ThreadContextBase *GetAsanThreadContext(u32 tid) {
  51   BlockingMutexLock lock(&mu_for_thread_context);
  52   return new(allocator_for_thread_context) AsanThreadContext(tid);
  53 }
  54
  55 ThreadRegistry &asanThreadRegistry() {
  56   static bool initialized;
  57   // Don't worry about thread_safety - this should be called when there is
  58   // a single thread.
  59   if (!initialized) {
  60     // Never reuse ASan threads: we store pointer to AsanThreadContext
  61     // in TSD and can't reliably tell when no more TSD destructors will
  62     // be called. It would be wrong to reuse AsanThreadContext for another
  63     // thread before all TSD destructors will be called for it.
  64     asan_thread_registry = new(thread_registry_placeholder) ThreadRegistry(
  65         GetAsanThreadContext, kMaxNumberOfThreads, kMaxNumberOfThreads);
  66     initialized = true;
  67   }
  68   return *asan_thread_registry;
  69 }
  70
  71 AsanThreadContext *GetThreadContextByTidLocked(u32 tid) {
  72   return static_cast<AsanThreadContext *>(
  73       asanThreadRegistry().GetThreadLocked(tid));
  74 }
  75
  76 // AsanThread implementation.
  77
  78 AsanThread *AsanThread::Create(thread_callback_t start_routine, void *arg,
  79                                u32 parent_tid, StackTrace *stack,
  80                                bool detached) {
  81   uptr PageSize = GetPageSizeCached();
  82   uptr size = RoundUpTo(sizeof(AsanThread), PageSize);
  83   AsanThread *thread = (AsanThread*)MmapOrDie(size, __func__);
  84   thread->start_routine_ = start_routine;
  85   thread->arg_ = arg;
  86   AsanThreadContext::CreateThreadContextArgs args = {thread, stack};
  87   asanThreadRegistry().CreateThread(*reinterpret_cast<uptr *>(thread), detached,
  88                                     parent_tid, &args);
  89
  90   return thread;
  91 }
  92
  93 void AsanThread::TSDDtor(void *tsd) {
  94   AsanThreadContext *context = (AsanThreadContext*)tsd;
  95   VReport(1, "T%d TSDDtor\n", context->tid);
  96   if (context->thread)
  97     context->thread->Destroy();
  98 }
  99
 100 void AsanThread::Destroy() {
 101   int tid = this->tid();
 102   VReport(1, "T%d exited\n", tid);
 103
 104   malloc_storage().CommitBack();
 105   if (common_flags()->use_sigaltstack) UnsetAlternateSignalStack();
 106   asanThreadRegistry().FinishThread(tid);
 107   FlushToDeadThreadStats(&stats_);
 108   // We also clear the shadow on thread destruction because
 109   // some code may still be executing in later TSD destructors
 110   // and we don't want it to have any poisoned stack.
 111   ClearShadowForThreadStackAndTLS();
 112   DeleteFakeStack(tid);
 113   uptr size = RoundUpTo(sizeof(AsanThread), GetPageSizeCached());
 114   UnmapOrDie(this, size);
 115   DTLS_Destroy();
 116 }
 117
 118 void AsanThread::StartSwitchFiber(FakeStack **fake_stack_save, uptr bottom,
 119                                   uptr size) {
 120   if (atomic_load(&stack_switching_, memory_order_relaxed)) {
 121     Report("ERROR: starting fiber switch while in fiber switch\n");
 122     Die();
 123   }
 124
 125   next_stack_bottom_ = bottom;
 126   next_stack_top_ = bottom + size;
 127   atomic_store(&stack_switching_, 1, memory_order_release);
 128
 129   FakeStack *current_fake_stack = fake_stack_;
 130   if (fake_stack_save)
 131     *fake_stack_save = fake_stack_;
 132   fake_stack_ = nullptr;
 133   SetTLSFakeStack(nullptr);
 134   // if fake_stack_save is null, the fiber will die, delete the fakestack
 135   if (!fake_stack_save && current_fake_stack)
 136     current_fake_stack->Destroy(this->tid());
 137 }
 138
 139 void AsanThread::FinishSwitchFiber(FakeStack *fake_stack_save,
 140                                    uptr *bottom_old,
 141                                    uptr *size_old) {
 142   if (!atomic_load(&stack_switching_, memory_order_relaxed)) {
 143     Report("ERROR: finishing a fiber switch that has not started\n");
 144     Die();
 145   }
 146
 147   if (fake_stack_save) {
 148     SetTLSFakeStack(fake_stack_save);
 149     fake_stack_ = fake_stack_save;
 150   }
 151
 152   if (bottom_old)
 153     *bottom_old = stack_bottom_;
 154   if (size_old)
 155     *size_old = stack_top_ - stack_bottom_;
 156   stack_bottom_ = next_stack_bottom_;
 157   stack_top_ = next_stack_top_;
 158   atomic_store(&stack_switching_, 0, memory_order_release);
 159   next_stack_top_ = 0;
 160   next_stack_bottom_ = 0;
 161 }
 162
 163 inline AsanThread::StackBounds AsanThread::GetStackBounds() const {
 164   if (!atomic_load(&stack_switching_, memory_order_acquire)) {
 165     // Make sure the stack bounds are fully initialized.
 166     if (stack_bottom_ >= stack_top_) return {0, 0};
 167     return {stack_bottom_, stack_top_};
 168   }
 169   char local;
 170   const uptr cur_stack = (uptr)&local;
 171   // Note: need to check next stack first, because FinishSwitchFiber
 172   // may be in process of overwriting stack_top_/bottom_. But in such case
 173   // we are already on the next stack.
 174   if (cur_stack >= next_stack_bottom_ && cur_stack < next_stack_top_)
 175     return {next_stack_bottom_, next_stack_top_};
 176   return {stack_bottom_, stack_top_};
 177 }
 178
 179 uptr AsanThread::stack_top() {
 180   return GetStackBounds().top;
 181 }
 182
 183 uptr AsanThread::stack_bottom() {
 184   return GetStackBounds().bottom;
 185 }
 186
 187 uptr AsanThread::stack_size() {
 188   const auto bounds = GetStackBounds();
 189   return bounds.top - bounds.bottom;
 190 }
 191
 192 // We want to create the FakeStack lazyly on the first use, but not eralier
 193 // than the stack size is known and the procedure has to be async-signal safe.
 194 FakeStack *AsanThread::AsyncSignalSafeLazyInitFakeStack() {
 195   uptr stack_size = this->stack_size();
 196   if (stack_size == 0)  // stack_size is not yet available, don't use FakeStack.
 197     return nullptr;
 198   uptr old_val = 0;
 199   // fake_stack_ has 3 states:
 200   // 0   -- not initialized
 201   // 1   -- being initialized
 202   // ptr -- initialized
 203   // This CAS checks if the state was 0 and if so changes it to state 1,
 204   // if that was successful, it initializes the pointer.
 205   if (atomic_compare_exchange_strong(
 206       reinterpret_cast<atomic_uintptr_t *>(&fake_stack_), &old_val, 1UL,
 207       memory_order_relaxed)) {
 208     uptr stack_size_log = Log2(RoundUpToPowerOfTwo(stack_size));
 209     CHECK_LE(flags()->min_uar_stack_size_log, flags()->max_uar_stack_size_log);
 210     stack_size_log =
 211         Min(stack_size_log, static_cast<uptr>(flags()->max_uar_stack_size_log));
 212     stack_size_log =
 213         Max(stack_size_log, static_cast<uptr>(flags()->min_uar_stack_size_log));
 214     fake_stack_ = FakeStack::Create(stack_size_log);
 215     SetTLSFakeStack(fake_stack_);
 216     return fake_stack_;
 217   }
 218   return nullptr;
 219 }
 220
 221 void AsanThread::Init(const InitOptions *options) {
 222   next_stack_top_ = next_stack_bottom_ = 0;
 223   atomic_store(&stack_switching_, false, memory_order_release);
 224   CHECK_EQ(this->stack_size(), 0U);
 225   SetThreadStackAndTls(options);
 226   CHECK_GT(this->stack_size(), 0U);
 227   CHECK(AddrIsInMem(stack_bottom_));
 228   CHECK(AddrIsInMem(stack_top_ - 1));
 229   ClearShadowForThreadStackAndTLS();
 230   fake_stack_ = nullptr;
 231   if (__asan_option_detect_stack_use_after_return)
 232     AsyncSignalSafeLazyInitFakeStack();
 233   int local = 0;
 234   VReport(1, "T%d: stack [%p,%p) size 0x%zx; local=%p\n", tid(),
 235           (void *)stack_bottom_, (void *)stack_top_, stack_top_ - stack_bottom_,
 236           &local);
 237 }
 238
 239 // Fuchsia and RTEMS don't use ThreadStart.
 240 // asan_fuchsia.c/asan_rtems.c define CreateMainThread and
 241 // SetThreadStackAndTls.
 242 #if !SANITIZER_FUCHSIA && !SANITIZER_RTEMS
 243
 244 thread_return_t AsanThread::ThreadStart(
 245     tid_t os_id, atomic_uintptr_t *signal_thread_is_registered) {
 246   Init();
 247   asanThreadRegistry().StartThread(tid(), os_id, /*workerthread*/ false,
 248                                    nullptr);
 249   if (signal_thread_is_registered)
 250     atomic_store(signal_thread_is_registered, 1, memory_order_release);
 251
 252   if (common_flags()->use_sigaltstack) SetAlternateSignalStack();
 253
 254   if (!start_routine_) {
 255     // start_routine_ == 0 if we're on the main thread or on one of the
 256     // OS X libdispatch worker threads. But nobody is supposed to call
 257     // ThreadStart() for the worker threads.
 258     CHECK_EQ(tid(), 0);
 259     return 0;
 260   }
 261
 262   thread_return_t res = start_routine_(arg_);
 263
 264   // On POSIX systems we defer this to the TSD destructor. LSan will consider
 265   // the thread's memory as non-live from the moment we call Destroy(), even
 266   // though that memory might contain pointers to heap objects which will be
 267   // cleaned up by a user-defined TSD destructor. Thus, calling Destroy() before
 268   // the TSD destructors have run might cause false positives in LSan.
 269   if (!SANITIZER_POSIX)
 270     this->Destroy();
 271
 272   return res;
 273 }
 274
 275 AsanThread *CreateMainThread() {
 276   AsanThread *main_thread = AsanThread::Create(
 277       /* start_routine */ nullptr, /* arg */ nullptr, /* parent_tid */ 0,
 278       /* stack */ nullptr, /* detached */ true);
 279   SetCurrentThread(main_thread);
 280   main_thread->ThreadStart(internal_getpid(),
 281                            /* signal_thread_is_registered */ nullptr);
 282   return main_thread;
 283 }
 284
 285 // This implementation doesn't use the argument, which is just passed down
 286 // from the caller of Init (which see, above).  It's only there to support
 287 // OS-specific implementations that need more information passed through.
 288 void AsanThread::SetThreadStackAndTls(const InitOptions *options) {
 289   DCHECK_EQ(options, nullptr);
 290   uptr tls_size = 0;
 291   uptr stack_size = 0;
 292   GetThreadStackAndTls(tid() == 0, const_cast<uptr *>(&stack_bottom_),
 293                        const_cast<uptr *>(&stack_size), &tls_begin_, &tls_size);
 294   stack_top_ = stack_bottom_ + stack_size;
 295   tls_end_ = tls_begin_ + tls_size;
 296   dtls_ = DTLS_Get();
 297
 298   int local;
 299   CHECK(AddrIsInStack((uptr)&local));
 300 }
 301
 302 #endif  // !SANITIZER_FUCHSIA && !SANITIZER_RTEMS
 303
 304 void AsanThread::ClearShadowForThreadStackAndTLS() {
 305   PoisonShadow(stack_bottom_, stack_top_ - stack_bottom_, 0);
 306   if (tls_begin_ != tls_end_) {
 307     uptr tls_begin_aligned = RoundDownTo(tls_begin_, SHADOW_GRANULARITY);
 308     uptr tls_end_aligned = RoundUpTo(tls_end_, SHADOW_GRANULARITY);
 309     FastPoisonShadowPartialRightRedzone(tls_begin_aligned,
 310                                         tls_end_ - tls_begin_aligned,
 311                                         tls_end_aligned - tls_end_, 0);
 312   }
 313 }
 314
 315 bool AsanThread::GetStackFrameAccessByAddr(uptr addr,
 316                                            StackFrameAccess *access) {
 317   uptr bottom = 0;
 318   if (AddrIsInStack(addr)) {
 319     bottom = stack_bottom();
 320   } else if (has_fake_stack()) {
 321     bottom = fake_stack()->AddrIsInFakeStack(addr);
 322     CHECK(bottom);
 323     access->offset = addr - bottom;
 324     access->frame_pc = ((uptr*)bottom)[2];
 325     access->frame_descr = (const char *)((uptr*)bottom)[1];
 326     return true;
 327   }
 328   uptr aligned_addr = RoundDownTo(addr, SANITIZER_WORDSIZE / 8);  // align addr.
 329   uptr mem_ptr = RoundDownTo(aligned_addr, SHADOW_GRANULARITY);
 330   u8 *shadow_ptr = (u8*)MemToShadow(aligned_addr);
 331   u8 *shadow_bottom = (u8*)MemToShadow(bottom);
 332
 333   while (shadow_ptr >= shadow_bottom &&
 334          *shadow_ptr != kAsanStackLeftRedzoneMagic) {
 335     shadow_ptr--;
 336     mem_ptr -= SHADOW_GRANULARITY;
 337   }
 338
 339   while (shadow_ptr >= shadow_bottom &&
 340          *shadow_ptr == kAsanStackLeftRedzoneMagic) {
 341     shadow_ptr--;
 342     mem_ptr -= SHADOW_GRANULARITY;
 343   }
 344
 345   if (shadow_ptr < shadow_bottom) {
 346     return false;
 347   }
 348
 349   uptr* ptr = (uptr*)(mem_ptr + SHADOW_GRANULARITY);
 350   CHECK(ptr[0] == kCurrentStackFrameMagic);
 351   access->offset = addr - (uptr)ptr;
 352   access->frame_pc = ptr[2];
 353   access->frame_descr = (const char*)ptr[1];
 354   return true;
 355 }
 356
 357 uptr AsanThread::GetStackVariableShadowStart(uptr addr) {
 358   uptr bottom = 0;
 359   if (AddrIsInStack(addr)) {
 360     bottom = stack_bottom();
 361   } else if (has_fake_stack()) {
 362     bottom = fake_stack()->AddrIsInFakeStack(addr);
 363     CHECK(bottom);
 364   } else
 365     return 0;
 366
 367   uptr aligned_addr = RoundDownTo(addr, SANITIZER_WORDSIZE / 8);  // align addr.
 368   u8 *shadow_ptr = (u8*)MemToShadow(aligned_addr);
 369   u8 *shadow_bottom = (u8*)MemToShadow(bottom);
 370
 371   while (shadow_ptr >= shadow_bottom &&
 372          (*shadow_ptr != kAsanStackLeftRedzoneMagic &&
 373           *shadow_ptr != kAsanStackMidRedzoneMagic &&
 374           *shadow_ptr != kAsanStackRightRedzoneMagic))
 375     shadow_ptr--;
 376
 377   return (uptr)shadow_ptr + 1;
 378 }
 379
 380 bool AsanThread::AddrIsInStack(uptr addr) {
 381   const auto bounds = GetStackBounds();
 382   return addr >= bounds.bottom && addr < bounds.top;
 383 }
 384
 385 static bool ThreadStackContainsAddress(ThreadContextBase *tctx_base,
 386                                        void *addr) {
 387   AsanThreadContext *tctx = static_cast<AsanThreadContext*>(tctx_base);
 388   AsanThread *t = tctx->thread;
 389   if (!t) return false;
 390   if (t->AddrIsInStack((uptr)addr)) return true;
 391   if (t->has_fake_stack() && t->fake_stack()->AddrIsInFakeStack((uptr)addr))
 392     return true;
 393   return false;
 394 }
 395
 396 AsanThread *GetCurrentThread() {
 397   if (SANITIZER_RTEMS && !asan_inited)
 398     return nullptr;
 399
 400   AsanThreadContext *context =
 401       reinterpret_cast<AsanThreadContext *>(AsanTSDGet());
 402   if (!context) {
 403     if (SANITIZER_ANDROID) {
 404       // On Android, libc constructor is called _after_ asan_init, and cleans up
 405       // TSD. Try to figure out if this is still the main thread by the stack
 406       // address. We are not entirely sure that we have correct main thread
 407       // limits, so only do this magic on Android, and only if the found thread
 408       // is the main thread.
 409       AsanThreadContext *tctx = GetThreadContextByTidLocked(0);
 410       if (tctx && ThreadStackContainsAddress(tctx, &context)) {
 411         SetCurrentThread(tctx->thread);
 412         return tctx->thread;
 413       }
 414     }
 415     return nullptr;
 416   }
 417   return context->thread;
 418 }
 419
 420 void SetCurrentThread(AsanThread *t) {
 421   CHECK(t->context());
 422   VReport(2, "SetCurrentThread: %p for thread %p\n", t->context(),
 423           (void *)GetThreadSelf());
 424   // Make sure we do not reset the current AsanThread.
 425   CHECK_EQ(0, AsanTSDGet());
 426   AsanTSDSet(t->context());
 427   CHECK_EQ(t->context(), AsanTSDGet());
 428 }
 429
 430 u32 GetCurrentTidOrInvalid() {
 431   AsanThread *t = GetCurrentThread();
 432   return t ? t->tid() : kInvalidTid;
 433 }
 434
 435 AsanThread *FindThreadByStackAddress(uptr addr) {
 436   asanThreadRegistry().CheckLocked();
 437   AsanThreadContext *tctx = static_cast<AsanThreadContext *>(
 438       asanThreadRegistry().FindThreadContextLocked(ThreadStackContainsAddress,
 439                                                    (void *)addr));
 440   return tctx ? tctx->thread : nullptr;
 441 }
 442
 443 void EnsureMainThreadIDIsCorrect() {
 444   AsanThreadContext *context =
 445       reinterpret_cast<AsanThreadContext *>(AsanTSDGet());
 446   if (context && (context->tid == 0))
 447     context->os_id = GetTid();
 448 }
 449
 450 __asan::AsanThread *GetAsanThreadByOsIDLocked(tid_t os_id) {
 451   __asan::AsanThreadContext *context = static_cast<__asan::AsanThreadContext *>(
 452       __asan::asanThreadRegistry().FindThreadContextByOsIDLocked(os_id));
 453   if (!context) return nullptr;
 454   return context->thread;
 455 }
 456 } // namespace __asan
 457
 458 // --- Implementation of LSan-specific functions --- {{{1
 459 namespace __lsan {
 460 bool GetThreadRangesLocked(tid_t os_id, uptr *stack_begin, uptr *stack_end,
 461                            uptr *tls_begin, uptr *tls_end, uptr *cache_begin,
 462                            uptr *cache_end, DTLS **dtls) {
 463   __asan::AsanThread *t = __asan::GetAsanThreadByOsIDLocked(os_id);
 464   if (!t) return false;
 465   *stack_begin = t->stack_bottom();
 466   *stack_end = t->stack_top();
 467   *tls_begin = t->tls_begin();
 468   *tls_end = t->tls_end();
 469   // ASan doesn't keep allocator caches in TLS, so these are unused.
 470   *cache_begin = 0;
 471   *cache_end = 0;
 472   *dtls = t->dtls();
 473   return true;
 474 }
 475
 476 void ForEachExtraStackRange(tid_t os_id, RangeIteratorCallback callback,
 477                             void *arg) {
 478   __asan::AsanThread *t = __asan::GetAsanThreadByOsIDLocked(os_id);
 479   if (t && t->has_fake_stack())
 480     t->fake_stack()->ForEachFakeFrame(callback, arg);
 481 }
 482
 483 void LockThreadRegistry() {
 484   __asan::asanThreadRegistry().Lock();
 485 }
 486
 487 void UnlockThreadRegistry() {
 488   __asan::asanThreadRegistry().Unlock();
 489 }
 490
 491 ThreadRegistry *GetThreadRegistryLocked() {
 492   __asan::asanThreadRegistry().CheckLocked();
 493   return &__asan::asanThreadRegistry();
 494 }
 495
 496 void EnsureMainThreadIDIsCorrect() {
 497   __asan::EnsureMainThreadIDIsCorrect();
 498 }
 499 } // namespace __lsan
 500
 501 // ---------------------- Interface ---------------- {{{1
 502 using namespace __asan;  // NOLINT
 503
 504 extern "C" {
 505 SANITIZER_INTERFACE_ATTRIBUTE
 506 void __sanitizer_start_switch_fiber(void **fakestacksave, const void *bottom,
 507                                     uptr size) {
 508   AsanThread *t = GetCurrentThread();
 509   if (!t) {
 510     VReport(1, "__asan_start_switch_fiber called from unknown thread\n");
 511     return;
 512   }
 513   t->StartSwitchFiber((FakeStack**)fakestacksave, (uptr)bottom, size);
 514 }
 515
 516 SANITIZER_INTERFACE_ATTRIBUTE
 517 void __sanitizer_finish_switch_fiber(void* fakestack,
 518                                      const void **bottom_old,
 519                                      uptr *size_old) {
 520   AsanThread *t = GetCurrentThread();
 521   if (!t) {
 522     VReport(1, "__asan_finish_switch_fiber called from unknown thread\n");
 523     return;
 524   }
 525   t->FinishSwitchFiber((FakeStack*)fakestack,
 526                        (uptr*)bottom_old,
 527                        (uptr*)size_old);
 528 }
 529 }