]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/tools/lld/ELF/Relocations.cpp
Merge lldb trunk r321017 to contrib/llvm/tools/lldb.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / tools / lld / ELF / Relocations.cpp
1 //===- Relocations.cpp ----------------------------------------------------===//
2 //
3 //                             The LLVM Linker
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 contains platform-independent functions to process relocations.
11 // I'll describe the overview of this file here.
12 //
13 // Simple relocations are easy to handle for the linker. For example,
14 // for R_X86_64_PC64 relocs, the linker just has to fix up locations
15 // with the relative offsets to the target symbols. It would just be
16 // reading records from relocation sections and applying them to output.
17 //
18 // But not all relocations are that easy to handle. For example, for
19 // R_386_GOTOFF relocs, the linker has to create new GOT entries for
20 // symbols if they don't exist, and fix up locations with GOT entry
21 // offsets from the beginning of GOT section. So there is more than
22 // fixing addresses in relocation processing.
23 //
24 // ELF defines a large number of complex relocations.
25 //
26 // The functions in this file analyze relocations and do whatever needs
27 // to be done. It includes, but not limited to, the following.
28 //
29 //  - create GOT/PLT entries
30 //  - create new relocations in .dynsym to let the dynamic linker resolve
31 //    them at runtime (since ELF supports dynamic linking, not all
32 //    relocations can be resolved at link-time)
33 //  - create COPY relocs and reserve space in .bss
34 //  - replace expensive relocs (in terms of runtime cost) with cheap ones
35 //  - error out infeasible combinations such as PIC and non-relative relocs
36 //
37 // Note that the functions in this file don't actually apply relocations
38 // because it doesn't know about the output file nor the output file buffer.
39 // It instead stores Relocation objects to InputSection's Relocations
40 // vector to let it apply later in InputSection::writeTo.
41 //
42 //===----------------------------------------------------------------------===//
43
44 #include "Relocations.h"
45 #include "Config.h"
46 #include "LinkerScript.h"
47 #include "OutputSections.h"
48 #include "Strings.h"
49 #include "SymbolTable.h"
50 #include "Symbols.h"
51 #include "SyntheticSections.h"
52 #include "Target.h"
53 #include "Thunks.h"
54 #include "lld/Common/Memory.h"
55
56 #include "llvm/Support/Endian.h"
57 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
58 #include <algorithm>
59
60 using namespace llvm;
61 using namespace llvm::ELF;
62 using namespace llvm::object;
63 using namespace llvm::support::endian;
64
65 using namespace lld;
66 using namespace lld::elf;
67
68 // Construct a message in the following format.
69 //
70 // >>> defined in /home/alice/src/foo.o
71 // >>> referenced by bar.c:12 (/home/alice/src/bar.c:12)
72 // >>>               /home/alice/src/bar.o:(.text+0x1)
73 template <class ELFT>
74 static std::string getLocation(InputSectionBase &S, const Symbol &Sym,
75                                uint64_t Off) {
76   std::string Msg =
77       "\n>>> defined in " + toString(Sym.File) + "\n>>> referenced by ";
78   std::string Src = S.getSrcMsg<ELFT>(Sym, Off);
79   if (!Src.empty())
80     Msg += Src + "\n>>>               ";
81   return Msg + S.getObjMsg(Off);
82 }
83
84 // This is a MIPS-specific rule.
85 //
86 // In case of MIPS GP-relative relocations always resolve to a definition
87 // in a regular input file, ignoring the one-definition rule. So we,
88 // for example, should not attempt to create a dynamic relocation even
89 // if the target symbol is preemptible. There are two two MIPS GP-relative
90 // relocations R_MIPS_GPREL16 and R_MIPS_GPREL32. But only R_MIPS_GPREL16
91 // can be against a preemptible symbol.
92 //
93 // To get MIPS relocation type we apply 0xff mask. In case of O32 ABI all
94 // relocation types occupy eight bit. In case of N64 ABI we extract first
95 // relocation from 3-in-1 packet because only the first relocation can
96 // be against a real symbol.
97 static bool isMipsGprel(RelType Type) {
98   if (Config->EMachine != EM_MIPS)
99     return false;
100   Type &= 0xff;
101   return Type == R_MIPS_GPREL16 || Type == R_MICROMIPS_GPREL16 ||
102          Type == R_MICROMIPS_GPREL7_S2;
103 }
104
105 // This function is similar to the `handleTlsRelocation`. MIPS does not
106 // support any relaxations for TLS relocations so by factoring out MIPS
107 // handling in to the separate function we can simplify the code and do not
108 // pollute other `handleTlsRelocation` by MIPS `ifs` statements.
109 // Mips has a custom MipsGotSection that handles the writing of GOT entries
110 // without dynamic relocations.
111 template <class ELFT>
112 static unsigned handleMipsTlsRelocation(RelType Type, Symbol &Sym,
113                                         InputSectionBase &C, uint64_t Offset,
114                                         int64_t Addend, RelExpr Expr) {
115   if (Expr == R_MIPS_TLSLD) {
116     if (InX::MipsGot->addTlsIndex() && Config->Pic)
117       InX::RelaDyn->addReloc({Target->TlsModuleIndexRel, InX::MipsGot,
118                               InX::MipsGot->getTlsIndexOff(), false, nullptr,
119                               0});
120     C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
121     return 1;
122   }
123
124   if (Expr == R_MIPS_TLSGD) {
125     if (InX::MipsGot->addDynTlsEntry(Sym) && Sym.IsPreemptible) {
126       uint64_t Off = InX::MipsGot->getGlobalDynOffset(Sym);
127       InX::RelaDyn->addReloc(
128           {Target->TlsModuleIndexRel, InX::MipsGot, Off, false, &Sym, 0});
129       if (Sym.IsPreemptible)
130         InX::RelaDyn->addReloc({Target->TlsOffsetRel, InX::MipsGot,
131                                 Off + Config->Wordsize, false, &Sym, 0});
132     }
133     C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
134     return 1;
135   }
136   return 0;
137 }
138
139 // This function is similar to the `handleMipsTlsRelocation`. ARM also does not
140 // support any relaxations for TLS relocations. ARM is logically similar to Mips
141 // in how it handles TLS, but Mips uses its own custom GOT which handles some
142 // of the cases that ARM uses GOT relocations for.
143 //
144 // We look for TLS global dynamic and local dynamic relocations, these may
145 // require the generation of a pair of GOT entries that have associated
146 // dynamic relocations. When the results of the dynamic relocations can be
147 // resolved at static link time we do so. This is necessary for static linking
148 // as there will be no dynamic loader to resolve them at load-time.
149 //
150 // The pair of GOT entries created are of the form
151 // GOT[e0] Module Index (Used to find pointer to TLS block at run-time)
152 // GOT[e1] Offset of symbol in TLS block
153 template <class ELFT>
154 static unsigned handleARMTlsRelocation(RelType Type, Symbol &Sym,
155                                        InputSectionBase &C, uint64_t Offset,
156                                        int64_t Addend, RelExpr Expr) {
157   // The Dynamic TLS Module Index Relocation for a symbol defined in an
158   // executable is always 1. If the target Symbol is not preemptible then
159   // we know the offset into the TLS block at static link time.
160   bool NeedDynId = Sym.IsPreemptible || Config->Shared;
161   bool NeedDynOff = Sym.IsPreemptible;
162
163   auto AddTlsReloc = [&](uint64_t Off, RelType Type, Symbol *Dest, bool Dyn) {
164     if (Dyn)
165       InX::RelaDyn->addReloc({Type, InX::Got, Off, false, Dest, 0});
166     else
167       InX::Got->Relocations.push_back({R_ABS, Type, Off, 0, Dest});
168   };
169
170   // Local Dynamic is for access to module local TLS variables, while still
171   // being suitable for being dynamically loaded via dlopen.
172   // GOT[e0] is the module index, with a special value of 0 for the current
173   // module. GOT[e1] is unused. There only needs to be one module index entry.
174   if (Expr == R_TLSLD_PC && InX::Got->addTlsIndex()) {
175     AddTlsReloc(InX::Got->getTlsIndexOff(), Target->TlsModuleIndexRel,
176                 NeedDynId ? nullptr : &Sym, NeedDynId);
177     C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
178     return 1;
179   }
180
181   // Global Dynamic is the most general purpose access model. When we know
182   // the module index and offset of symbol in TLS block we can fill these in
183   // using static GOT relocations.
184   if (Expr == R_TLSGD_PC) {
185     if (InX::Got->addDynTlsEntry(Sym)) {
186       uint64_t Off = InX::Got->getGlobalDynOffset(Sym);
187       AddTlsReloc(Off, Target->TlsModuleIndexRel, &Sym, NeedDynId);
188       AddTlsReloc(Off + Config->Wordsize, Target->TlsOffsetRel, &Sym,
189                   NeedDynOff);
190     }
191     C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
192     return 1;
193   }
194   return 0;
195 }
196
197 // Returns the number of relocations processed.
198 template <class ELFT>
199 static unsigned
200 handleTlsRelocation(RelType Type, Symbol &Sym, InputSectionBase &C,
201                     typename ELFT::uint Offset, int64_t Addend, RelExpr Expr) {
202   if (!(C.Flags & SHF_ALLOC))
203     return 0;
204
205   if (!Sym.isTls())
206     return 0;
207
208   if (Config->EMachine == EM_ARM)
209     return handleARMTlsRelocation<ELFT>(Type, Sym, C, Offset, Addend, Expr);
210   if (Config->EMachine == EM_MIPS)
211     return handleMipsTlsRelocation<ELFT>(Type, Sym, C, Offset, Addend, Expr);
212
213   if (isRelExprOneOf<R_TLSDESC, R_TLSDESC_PAGE, R_TLSDESC_CALL>(Expr) &&
214       Config->Shared) {
215     if (InX::Got->addDynTlsEntry(Sym)) {
216       uint64_t Off = InX::Got->getGlobalDynOffset(Sym);
217       InX::RelaDyn->addReloc(
218           {Target->TlsDescRel, InX::Got, Off, !Sym.IsPreemptible, &Sym, 0});
219     }
220     if (Expr != R_TLSDESC_CALL)
221       C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
222     return 1;
223   }
224
225   if (isRelExprOneOf<R_TLSLD_PC, R_TLSLD>(Expr)) {
226     // Local-Dynamic relocs can be relaxed to Local-Exec.
227     if (!Config->Shared) {
228       C.Relocations.push_back(
229           {R_RELAX_TLS_LD_TO_LE, Type, Offset, Addend, &Sym});
230       return 2;
231     }
232     if (InX::Got->addTlsIndex())
233       InX::RelaDyn->addReloc({Target->TlsModuleIndexRel, InX::Got,
234                               InX::Got->getTlsIndexOff(), false, nullptr, 0});
235     C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
236     return 1;
237   }
238
239   // Local-Dynamic relocs can be relaxed to Local-Exec.
240   if (isRelExprOneOf<R_ABS, R_TLSLD, R_TLSLD_PC>(Expr) && !Config->Shared) {
241     C.Relocations.push_back({R_RELAX_TLS_LD_TO_LE, Type, Offset, Addend, &Sym});
242     return 1;
243   }
244
245   if (isRelExprOneOf<R_TLSDESC, R_TLSDESC_PAGE, R_TLSDESC_CALL, R_TLSGD,
246                      R_TLSGD_PC>(Expr)) {
247     if (Config->Shared) {
248       if (InX::Got->addDynTlsEntry(Sym)) {
249         uint64_t Off = InX::Got->getGlobalDynOffset(Sym);
250         InX::RelaDyn->addReloc(
251             {Target->TlsModuleIndexRel, InX::Got, Off, false, &Sym, 0});
252
253         // If the symbol is preemptible we need the dynamic linker to write
254         // the offset too.
255         uint64_t OffsetOff = Off + Config->Wordsize;
256         if (Sym.IsPreemptible)
257           InX::RelaDyn->addReloc(
258               {Target->TlsOffsetRel, InX::Got, OffsetOff, false, &Sym, 0});
259         else
260           InX::Got->Relocations.push_back(
261               {R_ABS, Target->TlsOffsetRel, OffsetOff, 0, &Sym});
262       }
263       C.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
264       return 1;
265     }
266
267     // Global-Dynamic relocs can be relaxed to Initial-Exec or Local-Exec
268     // depending on the symbol being locally defined or not.
269     if (Sym.IsPreemptible) {
270       C.Relocations.push_back(
271           {Target->adjustRelaxExpr(Type, nullptr, R_RELAX_TLS_GD_TO_IE), Type,
272            Offset, Addend, &Sym});
273       if (!Sym.isInGot()) {
274         InX::Got->addEntry(Sym);
275         InX::RelaDyn->addReloc(
276             {Target->TlsGotRel, InX::Got, Sym.getGotOffset(), false, &Sym, 0});
277       }
278     } else {
279       C.Relocations.push_back(
280           {Target->adjustRelaxExpr(Type, nullptr, R_RELAX_TLS_GD_TO_LE), Type,
281            Offset, Addend, &Sym});
282     }
283     return Target->TlsGdRelaxSkip;
284   }
285
286   // Initial-Exec relocs can be relaxed to Local-Exec if the symbol is locally
287   // defined.
288   if (isRelExprOneOf<R_GOT, R_GOT_FROM_END, R_GOT_PC, R_GOT_PAGE_PC>(Expr) &&
289       !Config->Shared && !Sym.IsPreemptible) {
290     C.Relocations.push_back({R_RELAX_TLS_IE_TO_LE, Type, Offset, Addend, &Sym});
291     return 1;
292   }
293
294   if (Expr == R_TLSDESC_CALL)
295     return 1;
296   return 0;
297 }
298
299 static RelType getMipsPairType(RelType Type, bool IsLocal) {
300   switch (Type) {
301   case R_MIPS_HI16:
302     return R_MIPS_LO16;
303   case R_MIPS_GOT16:
304     // In case of global symbol, the R_MIPS_GOT16 relocation does not
305     // have a pair. Each global symbol has a unique entry in the GOT
306     // and a corresponding instruction with help of the R_MIPS_GOT16
307     // relocation loads an address of the symbol. In case of local
308     // symbol, the R_MIPS_GOT16 relocation creates a GOT entry to hold
309     // the high 16 bits of the symbol's value. A paired R_MIPS_LO16
310     // relocations handle low 16 bits of the address. That allows
311     // to allocate only one GOT entry for every 64 KBytes of local data.
312     return IsLocal ? R_MIPS_LO16 : R_MIPS_NONE;
313   case R_MICROMIPS_GOT16:
314     return IsLocal ? R_MICROMIPS_LO16 : R_MIPS_NONE;
315   case R_MIPS_PCHI16:
316     return R_MIPS_PCLO16;
317   case R_MICROMIPS_HI16:
318     return R_MICROMIPS_LO16;
319   default:
320     return R_MIPS_NONE;
321   }
322 }
323
324 // True if non-preemptable symbol always has the same value regardless of where
325 // the DSO is loaded.
326 static bool isAbsolute(const Symbol &Sym) {
327   if (Sym.isUndefWeak())
328     return true;
329   if (const auto *DR = dyn_cast<Defined>(&Sym))
330     return DR->Section == nullptr; // Absolute symbol.
331   return false;
332 }
333
334 static bool isAbsoluteValue(const Symbol &Sym) {
335   return isAbsolute(Sym) || Sym.isTls();
336 }
337
338 // Returns true if Expr refers a PLT entry.
339 static bool needsPlt(RelExpr Expr) {
340   return isRelExprOneOf<R_PLT_PC, R_PPC_PLT_OPD, R_PLT, R_PLT_PAGE_PC>(Expr);
341 }
342
343 // Returns true if Expr refers a GOT entry. Note that this function
344 // returns false for TLS variables even though they need GOT, because
345 // TLS variables uses GOT differently than the regular variables.
346 static bool needsGot(RelExpr Expr) {
347   return isRelExprOneOf<R_GOT, R_GOT_OFF, R_MIPS_GOT_LOCAL_PAGE, R_MIPS_GOT_OFF,
348                         R_MIPS_GOT_OFF32, R_GOT_PAGE_PC, R_GOT_PC,
349                         R_GOT_FROM_END>(Expr);
350 }
351
352 // True if this expression is of the form Sym - X, where X is a position in the
353 // file (PC, or GOT for example).
354 static bool isRelExpr(RelExpr Expr) {
355   return isRelExprOneOf<R_PC, R_GOTREL, R_GOTREL_FROM_END, R_MIPS_GOTREL,
356                         R_PAGE_PC, R_RELAX_GOT_PC>(Expr);
357 }
358
359 // Returns true if a given relocation can be computed at link-time.
360 //
361 // For instance, we know the offset from a relocation to its target at
362 // link-time if the relocation is PC-relative and refers a
363 // non-interposable function in the same executable. This function
364 // will return true for such relocation.
365 //
366 // If this function returns false, that means we need to emit a
367 // dynamic relocation so that the relocation will be fixed at load-time.
368 template <class ELFT>
369 static bool isStaticLinkTimeConstant(RelExpr E, RelType Type, const Symbol &Sym,
370                                      InputSectionBase &S, uint64_t RelOff) {
371   // These expressions always compute a constant
372   if (isRelExprOneOf<R_SIZE, R_GOT_FROM_END, R_GOT_OFF, R_MIPS_GOT_LOCAL_PAGE,
373                      R_MIPS_GOT_OFF, R_MIPS_GOT_OFF32, R_MIPS_GOT_GP_PC,
374                      R_MIPS_TLSGD, R_GOT_PAGE_PC, R_GOT_PC, R_GOTONLY_PC,
375                      R_GOTONLY_PC_FROM_END, R_PLT_PC, R_TLSGD_PC, R_TLSGD,
376                      R_PPC_PLT_OPD, R_TLSDESC_CALL, R_TLSDESC_PAGE, R_HINT>(E))
377     return true;
378
379   // These never do, except if the entire file is position dependent or if
380   // only the low bits are used.
381   if (E == R_GOT || E == R_PLT || E == R_TLSDESC)
382     return Target->usesOnlyLowPageBits(Type) || !Config->Pic;
383
384   if (Sym.IsPreemptible)
385     return false;
386   if (!Config->Pic)
387     return true;
388
389   // For the target and the relocation, we want to know if they are
390   // absolute or relative.
391   bool AbsVal = isAbsoluteValue(Sym);
392   bool RelE = isRelExpr(E);
393   if (AbsVal && !RelE)
394     return true;
395   if (!AbsVal && RelE)
396     return true;
397   if (!AbsVal && !RelE)
398     return Target->usesOnlyLowPageBits(Type);
399
400   // Relative relocation to an absolute value. This is normally unrepresentable,
401   // but if the relocation refers to a weak undefined symbol, we allow it to
402   // resolve to the image base. This is a little strange, but it allows us to
403   // link function calls to such symbols. Normally such a call will be guarded
404   // with a comparison, which will load a zero from the GOT.
405   // Another special case is MIPS _gp_disp symbol which represents offset
406   // between start of a function and '_gp' value and defined as absolute just
407   // to simplify the code.
408   assert(AbsVal && RelE);
409   if (Sym.isUndefWeak())
410     return true;
411
412   error("relocation " + toString(Type) + " cannot refer to absolute symbol: " +
413         toString(Sym) + getLocation<ELFT>(S, Sym, RelOff));
414   return true;
415 }
416
417 static RelExpr toPlt(RelExpr Expr) {
418   if (Expr == R_PPC_OPD)
419     return R_PPC_PLT_OPD;
420   if (Expr == R_PC)
421     return R_PLT_PC;
422   if (Expr == R_PAGE_PC)
423     return R_PLT_PAGE_PC;
424   if (Expr == R_ABS)
425     return R_PLT;
426   return Expr;
427 }
428
429 static RelExpr fromPlt(RelExpr Expr) {
430   // We decided not to use a plt. Optimize a reference to the plt to a
431   // reference to the symbol itself.
432   if (Expr == R_PLT_PC)
433     return R_PC;
434   if (Expr == R_PPC_PLT_OPD)
435     return R_PPC_OPD;
436   if (Expr == R_PLT)
437     return R_ABS;
438   return Expr;
439 }
440
441 // Returns true if a given shared symbol is in a read-only segment in a DSO.
442 template <class ELFT> static bool isReadOnly(SharedSymbol *SS) {
443   typedef typename ELFT::Phdr Elf_Phdr;
444
445   // Determine if the symbol is read-only by scanning the DSO's program headers.
446   const SharedFile<ELFT> *File = SS->getFile<ELFT>();
447   for (const Elf_Phdr &Phdr : check(File->getObj().program_headers()))
448     if ((Phdr.p_type == ELF::PT_LOAD || Phdr.p_type == ELF::PT_GNU_RELRO) &&
449         !(Phdr.p_flags & ELF::PF_W) && SS->Value >= Phdr.p_vaddr &&
450         SS->Value < Phdr.p_vaddr + Phdr.p_memsz)
451       return true;
452   return false;
453 }
454
455 // Returns symbols at the same offset as a given symbol, including SS itself.
456 //
457 // If two or more symbols are at the same offset, and at least one of
458 // them are copied by a copy relocation, all of them need to be copied.
459 // Otherwise, they would refer different places at runtime.
460 template <class ELFT>
461 static std::vector<SharedSymbol *> getSymbolsAt(SharedSymbol *SS) {
462   typedef typename ELFT::Sym Elf_Sym;
463
464   SharedFile<ELFT> *File = SS->getFile<ELFT>();
465
466   std::vector<SharedSymbol *> Ret;
467   for (const Elf_Sym &S : File->getGlobalELFSyms()) {
468     if (S.st_shndx == SHN_UNDEF || S.st_shndx == SHN_ABS ||
469         S.st_value != SS->Value)
470       continue;
471     StringRef Name = check(S.getName(File->getStringTable()));
472     Symbol *Sym = Symtab->find(Name);
473     if (auto *Alias = dyn_cast_or_null<SharedSymbol>(Sym))
474       Ret.push_back(Alias);
475   }
476   return Ret;
477 }
478
479 // Reserve space in .bss or .bss.rel.ro for copy relocation.
480 //
481 // The copy relocation is pretty much a hack. If you use a copy relocation
482 // in your program, not only the symbol name but the symbol's size, RW/RO
483 // bit and alignment become part of the ABI. In addition to that, if the
484 // symbol has aliases, the aliases become part of the ABI. That's subtle,
485 // but if you violate that implicit ABI, that can cause very counter-
486 // intuitive consequences.
487 //
488 // So, what is the copy relocation? It's for linking non-position
489 // independent code to DSOs. In an ideal world, all references to data
490 // exported by DSOs should go indirectly through GOT. But if object files
491 // are compiled as non-PIC, all data references are direct. There is no
492 // way for the linker to transform the code to use GOT, as machine
493 // instructions are already set in stone in object files. This is where
494 // the copy relocation takes a role.
495 //
496 // A copy relocation instructs the dynamic linker to copy data from a DSO
497 // to a specified address (which is usually in .bss) at load-time. If the
498 // static linker (that's us) finds a direct data reference to a DSO
499 // symbol, it creates a copy relocation, so that the symbol can be
500 // resolved as if it were in .bss rather than in a DSO.
501 //
502 // As you can see in this function, we create a copy relocation for the
503 // dynamic linker, and the relocation contains not only symbol name but
504 // various other informtion about the symbol. So, such attributes become a
505 // part of the ABI.
506 //
507 // Note for application developers: I can give you a piece of advice if
508 // you are writing a shared library. You probably should export only
509 // functions from your library. You shouldn't export variables.
510 //
511 // As an example what can happen when you export variables without knowing
512 // the semantics of copy relocations, assume that you have an exported
513 // variable of type T. It is an ABI-breaking change to add new members at
514 // end of T even though doing that doesn't change the layout of the
515 // existing members. That's because the space for the new members are not
516 // reserved in .bss unless you recompile the main program. That means they
517 // are likely to overlap with other data that happens to be laid out next
518 // to the variable in .bss. This kind of issue is sometimes very hard to
519 // debug. What's a solution? Instead of exporting a varaible V from a DSO,
520 // define an accessor getV().
521 template <class ELFT> static void addCopyRelSymbol(SharedSymbol *SS) {
522   // Copy relocation against zero-sized symbol doesn't make sense.
523   uint64_t SymSize = SS->getSize();
524   if (SymSize == 0)
525     fatal("cannot create a copy relocation for symbol " + toString(*SS));
526
527   // See if this symbol is in a read-only segment. If so, preserve the symbol's
528   // memory protection by reserving space in the .bss.rel.ro section.
529   bool IsReadOnly = isReadOnly<ELFT>(SS);
530   BssSection *Sec = make<BssSection>(IsReadOnly ? ".bss.rel.ro" : ".bss",
531                                      SymSize, SS->Alignment);
532   if (IsReadOnly)
533     InX::BssRelRo->getParent()->addSection(Sec);
534   else
535     InX::Bss->getParent()->addSection(Sec);
536
537   // Look through the DSO's dynamic symbol table for aliases and create a
538   // dynamic symbol for each one. This causes the copy relocation to correctly
539   // interpose any aliases.
540   for (SharedSymbol *Sym : getSymbolsAt<ELFT>(SS)) {
541     Sym->CopyRelSec = Sec;
542     Sym->IsPreemptible = false;
543     Sym->IsUsedInRegularObj = true;
544     Sym->Used = true;
545   }
546
547   InX::RelaDyn->addReloc({Target->CopyRel, Sec, 0, false, SS, 0});
548 }
549
550 static void errorOrWarn(const Twine &Msg) {
551   if (!Config->NoinhibitExec)
552     error(Msg);
553   else
554     warn(Msg);
555 }
556
557 template <class ELFT>
558 static RelExpr adjustExpr(Symbol &Sym, RelExpr Expr, RelType Type,
559                           InputSectionBase &S, uint64_t RelOff) {
560   // We can create any dynamic relocation if a section is simply writable.
561   if (S.Flags & SHF_WRITE)
562     return Expr;
563
564   // Or, if we are allowed to create dynamic relocations against
565   // read-only sections (i.e. unless "-z notext" is given),
566   // we can create a dynamic relocation as we want, too.
567   if (!Config->ZText)
568     return Expr;
569
570   // If a relocation can be applied at link-time, we don't need to
571   // create a dynamic relocation in the first place.
572   if (isStaticLinkTimeConstant<ELFT>(Expr, Type, Sym, S, RelOff))
573     return Expr;
574
575   // If we got here we know that this relocation would require the dynamic
576   // linker to write a value to read only memory.
577
578   // If the relocation is to a weak undef, give up on it and produce a
579   // non preemptible 0.
580   if (Sym.isUndefWeak()) {
581     Sym.IsPreemptible = false;
582     return Expr;
583   }
584
585   // We can hack around it if we are producing an executable and
586   // the refered symbol can be preemepted to refer to the executable.
587   if (Config->Shared || (Config->Pic && !isRelExpr(Expr))) {
588     error(
589         "can't create dynamic relocation " + toString(Type) + " against " +
590         (Sym.getName().empty() ? "local symbol" : "symbol: " + toString(Sym)) +
591         " in readonly segment; recompile object files with -fPIC" +
592         getLocation<ELFT>(S, Sym, RelOff));
593     return Expr;
594   }
595
596   if (Sym.getVisibility() != STV_DEFAULT) {
597     error("cannot preempt symbol: " + toString(Sym) +
598           getLocation<ELFT>(S, Sym, RelOff));
599     return Expr;
600   }
601
602   if (Sym.isObject()) {
603     // Produce a copy relocation.
604     auto *B = dyn_cast<SharedSymbol>(&Sym);
605     if (B && !B->CopyRelSec) {
606       if (Config->ZNocopyreloc)
607         error("unresolvable relocation " + toString(Type) +
608               " against symbol '" + toString(*B) +
609               "'; recompile with -fPIC or remove '-z nocopyreloc'" +
610               getLocation<ELFT>(S, Sym, RelOff));
611
612       addCopyRelSymbol<ELFT>(B);
613     }
614     return Expr;
615   }
616
617   if (Sym.isFunc()) {
618     // This handles a non PIC program call to function in a shared library. In
619     // an ideal world, we could just report an error saying the relocation can
620     // overflow at runtime. In the real world with glibc, crt1.o has a
621     // R_X86_64_PC32 pointing to libc.so.
622     //
623     // The general idea on how to handle such cases is to create a PLT entry and
624     // use that as the function value.
625     //
626     // For the static linking part, we just return a plt expr and everything
627     // else will use the the PLT entry as the address.
628     //
629     // The remaining problem is making sure pointer equality still works. We
630     // need the help of the dynamic linker for that. We let it know that we have
631     // a direct reference to a so symbol by creating an undefined symbol with a
632     // non zero st_value. Seeing that, the dynamic linker resolves the symbol to
633     // the value of the symbol we created. This is true even for got entries, so
634     // pointer equality is maintained. To avoid an infinite loop, the only entry
635     // that points to the real function is a dedicated got entry used by the
636     // plt. That is identified by special relocation types (R_X86_64_JUMP_SLOT,
637     // R_386_JMP_SLOT, etc).
638     Sym.NeedsPltAddr = true;
639     Sym.IsPreemptible = false;
640     return toPlt(Expr);
641   }
642
643   errorOrWarn("symbol '" + toString(Sym) + "' defined in " +
644               toString(Sym.File) + " has no type");
645   return Expr;
646 }
647
648 // MIPS has an odd notion of "paired" relocations to calculate addends.
649 // For example, if a relocation is of R_MIPS_HI16, there must be a
650 // R_MIPS_LO16 relocation after that, and an addend is calculated using
651 // the two relocations.
652 template <class ELFT, class RelTy>
653 static int64_t computeMipsAddend(const RelTy &Rel, const RelTy *End,
654                                  InputSectionBase &Sec, RelExpr Expr,
655                                  bool IsLocal) {
656   if (Expr == R_MIPS_GOTREL && IsLocal)
657     return Sec.getFile<ELFT>()->MipsGp0;
658
659   // The ABI says that the paired relocation is used only for REL.
660   // See p. 4-17 at ftp://www.linux-mips.org/pub/linux/mips/doc/ABI/mipsabi.pdf
661   if (RelTy::IsRela)
662     return 0;
663
664   RelType Type = Rel.getType(Config->IsMips64EL);
665   uint32_t PairTy = getMipsPairType(Type, IsLocal);
666   if (PairTy == R_MIPS_NONE)
667     return 0;
668
669   const uint8_t *Buf = Sec.Data.data();
670   uint32_t SymIndex = Rel.getSymbol(Config->IsMips64EL);
671
672   // To make things worse, paired relocations might not be contiguous in
673   // the relocation table, so we need to do linear search. *sigh*
674   for (const RelTy *RI = &Rel; RI != End; ++RI)
675     if (RI->getType(Config->IsMips64EL) == PairTy &&
676         RI->getSymbol(Config->IsMips64EL) == SymIndex)
677       return Target->getImplicitAddend(Buf + RI->r_offset, PairTy);
678
679   warn("can't find matching " + toString(PairTy) + " relocation for " +
680        toString(Type));
681   return 0;
682 }
683
684 // Returns an addend of a given relocation. If it is RELA, an addend
685 // is in a relocation itself. If it is REL, we need to read it from an
686 // input section.
687 template <class ELFT, class RelTy>
688 static int64_t computeAddend(const RelTy &Rel, const RelTy *End,
689                              InputSectionBase &Sec, RelExpr Expr,
690                              bool IsLocal) {
691   int64_t Addend;
692   RelType Type = Rel.getType(Config->IsMips64EL);
693
694   if (RelTy::IsRela) {
695     Addend = getAddend<ELFT>(Rel);
696   } else {
697     const uint8_t *Buf = Sec.Data.data();
698     Addend = Target->getImplicitAddend(Buf + Rel.r_offset, Type);
699   }
700
701   if (Config->EMachine == EM_PPC64 && Config->Pic && Type == R_PPC64_TOC)
702     Addend += getPPC64TocBase();
703   if (Config->EMachine == EM_MIPS)
704     Addend += computeMipsAddend<ELFT>(Rel, End, Sec, Expr, IsLocal);
705
706   return Addend;
707 }
708
709 // Report an undefined symbol if necessary.
710 // Returns true if this function printed out an error message.
711 template <class ELFT>
712 static bool maybeReportUndefined(Symbol &Sym, InputSectionBase &Sec,
713                                  uint64_t Offset) {
714   if (Config->UnresolvedSymbols == UnresolvedPolicy::IgnoreAll)
715     return false;
716
717   if (Sym.isLocal() || !Sym.isUndefined() || Sym.isWeak())
718     return false;
719
720   bool CanBeExternal =
721       Sym.computeBinding() != STB_LOCAL && Sym.getVisibility() == STV_DEFAULT;
722   if (Config->UnresolvedSymbols == UnresolvedPolicy::Ignore && CanBeExternal)
723     return false;
724
725   std::string Msg =
726       "undefined symbol: " + toString(Sym) + "\n>>> referenced by ";
727
728   std::string Src = Sec.getSrcMsg<ELFT>(Sym, Offset);
729   if (!Src.empty())
730     Msg += Src + "\n>>>               ";
731   Msg += Sec.getObjMsg(Offset);
732
733   if ((Config->UnresolvedSymbols == UnresolvedPolicy::Warn && CanBeExternal) ||
734       Config->NoinhibitExec) {
735     warn(Msg);
736     return false;
737   }
738
739   error(Msg);
740   return true;
741 }
742
743 // MIPS N32 ABI treats series of successive relocations with the same offset
744 // as a single relocation. The similar approach used by N64 ABI, but this ABI
745 // packs all relocations into the single relocation record. Here we emulate
746 // this for the N32 ABI. Iterate over relocation with the same offset and put
747 // theirs types into the single bit-set.
748 template <class RelTy> static RelType getMipsN32RelType(RelTy *&Rel, RelTy *End) {
749   RelType Type = Rel->getType(Config->IsMips64EL);
750   uint64_t Offset = Rel->r_offset;
751
752   int N = 0;
753   while (Rel + 1 != End && (Rel + 1)->r_offset == Offset)
754     Type |= (++Rel)->getType(Config->IsMips64EL) << (8 * ++N);
755   return Type;
756 }
757
758 // .eh_frame sections are mergeable input sections, so their input
759 // offsets are not linearly mapped to output section. For each input
760 // offset, we need to find a section piece containing the offset and
761 // add the piece's base address to the input offset to compute the
762 // output offset. That isn't cheap.
763 //
764 // This class is to speed up the offset computation. When we process
765 // relocations, we access offsets in the monotonically increasing
766 // order. So we can optimize for that access pattern.
767 //
768 // For sections other than .eh_frame, this class doesn't do anything.
769 namespace {
770 class OffsetGetter {
771 public:
772   explicit OffsetGetter(InputSectionBase &Sec) {
773     if (auto *Eh = dyn_cast<EhInputSection>(&Sec))
774       Pieces = Eh->Pieces;
775   }
776
777   // Translates offsets in input sections to offsets in output sections.
778   // Given offset must increase monotonically. We assume that Piece is
779   // sorted by InputOff.
780   uint64_t get(uint64_t Off) {
781     if (Pieces.empty())
782       return Off;
783
784     while (I != Pieces.size() && Pieces[I].InputOff + Pieces[I].Size <= Off)
785       ++I;
786     if (I == Pieces.size())
787       return Off;
788
789     // Pieces must be contiguous, so there must be no holes in between.
790     assert(Pieces[I].InputOff <= Off && "Relocation not in any piece");
791
792     // Offset -1 means that the piece is dead (i.e. garbage collected).
793     if (Pieces[I].OutputOff == -1)
794       return -1;
795     return Pieces[I].OutputOff + Off - Pieces[I].InputOff;
796   }
797
798 private:
799   ArrayRef<EhSectionPiece> Pieces;
800   size_t I = 0;
801 };
802 } // namespace
803
804 template <class ELFT, class GotPltSection>
805 static void addPltEntry(PltSection *Plt, GotPltSection *GotPlt,
806                         RelocationBaseSection *Rel, RelType Type, Symbol &Sym,
807                         bool UseSymVA) {
808   Plt->addEntry<ELFT>(Sym);
809   GotPlt->addEntry(Sym);
810   Rel->addReloc({Type, GotPlt, Sym.getGotPltOffset(), UseSymVA, &Sym, 0});
811 }
812
813 template <class ELFT> static void addGotEntry(Symbol &Sym, bool Preemptible) {
814   InX::Got->addEntry(Sym);
815
816   RelExpr Expr = Sym.isTls() ? R_TLS : R_ABS;
817   uint64_t Off = Sym.getGotOffset();
818
819   // If a GOT slot value can be calculated at link-time, which is now,
820   // we can just fill that out.
821   //
822   // (We don't actually write a value to a GOT slot right now, but we
823   // add a static relocation to a Relocations vector so that
824   // InputSection::relocate will do the work for us. We may be able
825   // to just write a value now, but it is a TODO.)
826   bool IsLinkTimeConstant = !Preemptible && (!Config->Pic || isAbsolute(Sym));
827   if (IsLinkTimeConstant) {
828     InX::Got->Relocations.push_back({Expr, Target->GotRel, Off, 0, &Sym});
829     return;
830   }
831
832   // Otherwise, we emit a dynamic relocation to .rel[a].dyn so that
833   // the GOT slot will be fixed at load-time.
834   RelType Type;
835   if (Sym.isTls())
836     Type = Target->TlsGotRel;
837   else if (!Preemptible && Config->Pic && !isAbsolute(Sym))
838     Type = Target->RelativeRel;
839   else
840     Type = Target->GotRel;
841   InX::RelaDyn->addReloc({Type, InX::Got, Off, !Preemptible, &Sym, 0});
842
843   // REL type relocations don't have addend fields unlike RELAs, and
844   // their addends are stored to the section to which they are applied.
845   // So, store addends if we need to.
846   //
847   // This is ugly -- the difference between REL and RELA should be
848   // handled in a better way. It's a TODO.
849   if (!Config->IsRela && !Preemptible)
850     InX::Got->Relocations.push_back({R_ABS, Target->GotRel, Off, 0, &Sym});
851 }
852
853 // The reason we have to do this early scan is as follows
854 // * To mmap the output file, we need to know the size
855 // * For that, we need to know how many dynamic relocs we will have.
856 // It might be possible to avoid this by outputting the file with write:
857 // * Write the allocated output sections, computing addresses.
858 // * Apply relocations, recording which ones require a dynamic reloc.
859 // * Write the dynamic relocations.
860 // * Write the rest of the file.
861 // This would have some drawbacks. For example, we would only know if .rela.dyn
862 // is needed after applying relocations. If it is, it will go after rw and rx
863 // sections. Given that it is ro, we will need an extra PT_LOAD. This
864 // complicates things for the dynamic linker and means we would have to reserve
865 // space for the extra PT_LOAD even if we end up not using it.
866 template <class ELFT, class RelTy>
867 static void scanRelocs(InputSectionBase &Sec, ArrayRef<RelTy> Rels) {
868   OffsetGetter GetOffset(Sec);
869
870   // Not all relocations end up in Sec.Relocations, but a lot do.
871   Sec.Relocations.reserve(Rels.size());
872
873   for (auto I = Rels.begin(), End = Rels.end(); I != End; ++I) {
874     const RelTy &Rel = *I;
875     Symbol &Sym = Sec.getFile<ELFT>()->getRelocTargetSym(Rel);
876     RelType Type = Rel.getType(Config->IsMips64EL);
877
878     // Deal with MIPS oddity.
879     if (Config->MipsN32Abi)
880       Type = getMipsN32RelType(I, End);
881
882     // Get an offset in an output section this relocation is applied to.
883     uint64_t Offset = GetOffset.get(Rel.r_offset);
884     if (Offset == uint64_t(-1))
885       continue;
886
887     // Skip if the target symbol is an erroneous undefined symbol.
888     if (maybeReportUndefined<ELFT>(Sym, Sec, Rel.r_offset))
889       continue;
890
891     RelExpr Expr =
892         Target->getRelExpr(Type, Sym, Sec.Data.begin() + Rel.r_offset);
893
894     // Ignore "hint" relocations because they are only markers for relaxation.
895     if (isRelExprOneOf<R_HINT, R_NONE>(Expr))
896       continue;
897
898     // Handle yet another MIPS-ness.
899     if (isMipsGprel(Type)) {
900       int64_t Addend = computeAddend<ELFT>(Rel, End, Sec, Expr, Sym.isLocal());
901       Sec.Relocations.push_back({R_MIPS_GOTREL, Type, Offset, Addend, &Sym});
902       continue;
903     }
904
905     bool Preemptible = Sym.IsPreemptible;
906
907     // Strenghten or relax a PLT access.
908     //
909     // GNU ifunc symbols must be accessed via PLT because their addresses
910     // are determined by runtime.
911     //
912     // On the other hand, if we know that a PLT entry will be resolved within
913     // the same ELF module, we can skip PLT access and directly jump to the
914     // destination function. For example, if we are linking a main exectuable,
915     // all dynamic symbols that can be resolved within the executable will
916     // actually be resolved that way at runtime, because the main exectuable
917     // is always at the beginning of a search list. We can leverage that fact.
918     if (Sym.isGnuIFunc())
919       Expr = toPlt(Expr);
920     else if (!Preemptible && Expr == R_GOT_PC && !isAbsoluteValue(Sym))
921       Expr =
922           Target->adjustRelaxExpr(Type, Sec.Data.data() + Rel.r_offset, Expr);
923     else if (!Preemptible)
924       Expr = fromPlt(Expr);
925
926     Expr = adjustExpr<ELFT>(Sym, Expr, Type, Sec, Rel.r_offset);
927     if (errorCount())
928       continue;
929
930     // This relocation does not require got entry, but it is relative to got and
931     // needs it to be created. Here we request for that.
932     if (isRelExprOneOf<R_GOTONLY_PC, R_GOTONLY_PC_FROM_END, R_GOTREL,
933                        R_GOTREL_FROM_END, R_PPC_TOC>(Expr))
934       InX::Got->HasGotOffRel = true;
935
936     // Read an addend.
937     int64_t Addend = computeAddend<ELFT>(Rel, End, Sec, Expr, Sym.isLocal());
938
939     // Process some TLS relocations, including relaxing TLS relocations.
940     // Note that this function does not handle all TLS relocations.
941     if (unsigned Processed =
942             handleTlsRelocation<ELFT>(Type, Sym, Sec, Offset, Addend, Expr)) {
943       I += (Processed - 1);
944       continue;
945     }
946
947     // If a relocation needs PLT, we create PLT and GOTPLT slots for the symbol.
948     if (needsPlt(Expr) && !Sym.isInPlt()) {
949       if (Sym.isGnuIFunc() && !Preemptible)
950         addPltEntry<ELFT>(InX::Iplt, InX::IgotPlt, InX::RelaIplt,
951                           Target->IRelativeRel, Sym, true);
952       else
953         addPltEntry<ELFT>(InX::Plt, InX::GotPlt, InX::RelaPlt, Target->PltRel,
954                           Sym, !Preemptible);
955     }
956
957     // Create a GOT slot if a relocation needs GOT.
958     if (needsGot(Expr)) {
959       if (Config->EMachine == EM_MIPS) {
960         // MIPS ABI has special rules to process GOT entries and doesn't
961         // require relocation entries for them. A special case is TLS
962         // relocations. In that case dynamic loader applies dynamic
963         // relocations to initialize TLS GOT entries.
964         // See "Global Offset Table" in Chapter 5 in the following document
965         // for detailed description:
966         // ftp://www.linux-mips.org/pub/linux/mips/doc/ABI/mipsabi.pdf
967         InX::MipsGot->addEntry(Sym, Addend, Expr);
968         if (Sym.isTls() && Sym.IsPreemptible)
969           InX::RelaDyn->addReloc({Target->TlsGotRel, InX::MipsGot,
970                                   Sym.getGotOffset(), false, &Sym, 0});
971       } else if (!Sym.isInGot()) {
972         addGotEntry<ELFT>(Sym, Preemptible);
973       }
974     }
975
976     if (!needsPlt(Expr) && !needsGot(Expr) && Sym.IsPreemptible) {
977       // We don't know anything about the finaly symbol. Just ask the dynamic
978       // linker to handle the relocation for us.
979       if (!Target->isPicRel(Type))
980         errorOrWarn(
981             "relocation " + toString(Type) +
982             " cannot be used against shared object; recompile with -fPIC" +
983             getLocation<ELFT>(Sec, Sym, Offset));
984
985       InX::RelaDyn->addReloc(
986           {Target->getDynRel(Type), &Sec, Offset, false, &Sym, Addend});
987
988       // MIPS ABI turns using of GOT and dynamic relocations inside out.
989       // While regular ABI uses dynamic relocations to fill up GOT entries
990       // MIPS ABI requires dynamic linker to fills up GOT entries using
991       // specially sorted dynamic symbol table. This affects even dynamic
992       // relocations against symbols which do not require GOT entries
993       // creation explicitly, i.e. do not have any GOT-relocations. So if
994       // a preemptible symbol has a dynamic relocation we anyway have
995       // to create a GOT entry for it.
996       // If a non-preemptible symbol has a dynamic relocation against it,
997       // dynamic linker takes it st_value, adds offset and writes down
998       // result of the dynamic relocation. In case of preemptible symbol
999       // dynamic linker performs symbol resolution, writes the symbol value
1000       // to the GOT entry and reads the GOT entry when it needs to perform
1001       // a dynamic relocation.
1002       // ftp://www.linux-mips.org/pub/linux/mips/doc/ABI/mipsabi.pdf p.4-19
1003       if (Config->EMachine == EM_MIPS)
1004         InX::MipsGot->addEntry(Sym, Addend, Expr);
1005       continue;
1006     }
1007
1008     // If the relocation points to something in the file, we can process it.
1009     bool IsConstant =
1010         isStaticLinkTimeConstant<ELFT>(Expr, Type, Sym, Sec, Rel.r_offset);
1011
1012     // The size is not going to change, so we fold it in here.
1013     if (Expr == R_SIZE)
1014       Addend += Sym.getSize();
1015
1016     // If the produced value is a constant, we just remember to write it
1017     // when outputting this section. We also have to do it if the format
1018     // uses Elf_Rel, since in that case the written value is the addend.
1019     if (IsConstant) {
1020       Sec.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
1021       continue;
1022     }
1023
1024     // If the output being produced is position independent, the final value
1025     // is still not known. In that case we still need some help from the
1026     // dynamic linker. We can however do better than just copying the incoming
1027     // relocation. We can process some of it and and just ask the dynamic
1028     // linker to add the load address.
1029     if (Config->IsRela) {
1030       InX::RelaDyn->addReloc(
1031           {Target->RelativeRel, &Sec, Offset, true, &Sym, Addend});
1032     } else {
1033       // In REL, addends are stored to the target section.
1034       InX::RelaDyn->addReloc(
1035           {Target->RelativeRel, &Sec, Offset, true, &Sym, 0});
1036       Sec.Relocations.push_back({Expr, Type, Offset, Addend, &Sym});
1037     }
1038   }
1039 }
1040
1041 template <class ELFT> void elf::scanRelocations(InputSectionBase &S) {
1042   if (S.AreRelocsRela)
1043     scanRelocs<ELFT>(S, S.relas<ELFT>());
1044   else
1045     scanRelocs<ELFT>(S, S.rels<ELFT>());
1046 }
1047
1048 // Thunk Implementation
1049 //
1050 // Thunks (sometimes called stubs, veneers or branch islands) are small pieces
1051 // of code that the linker inserts inbetween a caller and a callee. The thunks
1052 // are added at link time rather than compile time as the decision on whether
1053 // a thunk is needed, such as the caller and callee being out of range, can only
1054 // be made at link time.
1055 //
1056 // It is straightforward to tell given the current state of the program when a
1057 // thunk is needed for a particular call. The more difficult part is that
1058 // the thunk needs to be placed in the program such that the caller can reach
1059 // the thunk and the thunk can reach the callee; furthermore, adding thunks to
1060 // the program alters addresses, which can mean more thunks etc.
1061 //
1062 // In lld we have a synthetic ThunkSection that can hold many Thunks.
1063 // The decision to have a ThunkSection act as a container means that we can
1064 // more easily handle the most common case of a single block of contiguous
1065 // Thunks by inserting just a single ThunkSection.
1066 //
1067 // The implementation of Thunks in lld is split across these areas
1068 // Relocations.cpp : Framework for creating and placing thunks
1069 // Thunks.cpp : The code generated for each supported thunk
1070 // Target.cpp : Target specific hooks that the framework uses to decide when
1071 //              a thunk is used
1072 // Synthetic.cpp : Implementation of ThunkSection
1073 // Writer.cpp : Iteratively call framework until no more Thunks added
1074 //
1075 // Thunk placement requirements:
1076 // Mips LA25 thunks. These must be placed immediately before the callee section
1077 // We can assume that the caller is in range of the Thunk. These are modelled
1078 // by Thunks that return the section they must precede with
1079 // getTargetInputSection().
1080 //
1081 // ARM interworking and range extension thunks. These thunks must be placed
1082 // within range of the caller. All implemented ARM thunks can always reach the
1083 // callee as they use an indirect jump via a register that has no range
1084 // restrictions.
1085 //
1086 // Thunk placement algorithm:
1087 // For Mips LA25 ThunkSections; the placement is explicit, it has to be before
1088 // getTargetInputSection().
1089 //
1090 // For thunks that must be placed within range of the caller there are many
1091 // possible choices given that the maximum range from the caller is usually
1092 // much larger than the average InputSection size. Desirable properties include:
1093 // - Maximize reuse of thunks by multiple callers
1094 // - Minimize number of ThunkSections to simplify insertion
1095 // - Handle impact of already added Thunks on addresses
1096 // - Simple to understand and implement
1097 //
1098 // In lld for the first pass, we pre-create one or more ThunkSections per
1099 // InputSectionDescription at Target specific intervals. A ThunkSection is
1100 // placed so that the estimated end of the ThunkSection is within range of the
1101 // start of the InputSectionDescription or the previous ThunkSection. For
1102 // example:
1103 // InputSectionDescription
1104 // Section 0
1105 // ...
1106 // Section N
1107 // ThunkSection 0
1108 // Section N + 1
1109 // ...
1110 // Section N + K
1111 // Thunk Section 1
1112 //
1113 // The intention is that we can add a Thunk to a ThunkSection that is well
1114 // spaced enough to service a number of callers without having to do a lot
1115 // of work. An important principle is that it is not an error if a Thunk cannot
1116 // be placed in a pre-created ThunkSection; when this happens we create a new
1117 // ThunkSection placed next to the caller. This allows us to handle the vast
1118 // majority of thunks simply, but also handle rare cases where the branch range
1119 // is smaller than the target specific spacing.
1120 //
1121 // The algorithm is expected to create all the thunks that are needed in a
1122 // single pass, with a small number of programs needing a second pass due to
1123 // the insertion of thunks in the first pass increasing the offset between
1124 // callers and callees that were only just in range.
1125 //
1126 // A consequence of allowing new ThunkSections to be created outside of the
1127 // pre-created ThunkSections is that in rare cases calls to Thunks that were in
1128 // range in pass K, are out of range in some pass > K due to the insertion of
1129 // more Thunks in between the caller and callee. When this happens we retarget
1130 // the relocation back to the original target and create another Thunk.
1131
1132 // Remove ThunkSections that are empty, this should only be the initial set
1133 // precreated on pass 0.
1134
1135 // Insert the Thunks for OutputSection OS into their designated place
1136 // in the Sections vector, and recalculate the InputSection output section
1137 // offsets.
1138 // This may invalidate any output section offsets stored outside of InputSection
1139 void ThunkCreator::mergeThunks(ArrayRef<OutputSection *> OutputSections) {
1140   forEachInputSectionDescription(
1141       OutputSections, [&](OutputSection *OS, InputSectionDescription *ISD) {
1142         if (ISD->ThunkSections.empty())
1143           return;
1144
1145         // Remove any zero sized precreated Thunks.
1146         llvm::erase_if(ISD->ThunkSections,
1147                        [](const std::pair<ThunkSection *, uint32_t> &TS) {
1148                          return TS.first->getSize() == 0;
1149                        });
1150         // ISD->ThunkSections contains all created ThunkSections, including
1151         // those inserted in previous passes. Extract the Thunks created this
1152         // pass and order them in ascending OutSecOff.
1153         std::vector<ThunkSection *> NewThunks;
1154         for (const std::pair<ThunkSection *, uint32_t> TS : ISD->ThunkSections)
1155           if (TS.second == Pass)
1156             NewThunks.push_back(TS.first);
1157         std::stable_sort(NewThunks.begin(), NewThunks.end(),
1158                          [](const ThunkSection *A, const ThunkSection *B) {
1159                            return A->OutSecOff < B->OutSecOff;
1160                          });
1161
1162         // Merge sorted vectors of Thunks and InputSections by OutSecOff
1163         std::vector<InputSection *> Tmp;
1164         Tmp.reserve(ISD->Sections.size() + NewThunks.size());
1165         auto MergeCmp = [](const InputSection *A, const InputSection *B) {
1166           // std::merge requires a strict weak ordering.
1167           if (A->OutSecOff < B->OutSecOff)
1168             return true;
1169           if (A->OutSecOff == B->OutSecOff) {
1170             auto *TA = dyn_cast<ThunkSection>(A);
1171             auto *TB = dyn_cast<ThunkSection>(B);
1172             // Check if Thunk is immediately before any specific Target
1173             // InputSection for example Mips LA25 Thunks.
1174             if (TA && TA->getTargetInputSection() == B)
1175               return true;
1176             if (TA && !TB && !TA->getTargetInputSection())
1177               // Place Thunk Sections without specific targets before
1178               // non-Thunk Sections.
1179               return true;
1180           }
1181           return false;
1182         };
1183         std::merge(ISD->Sections.begin(), ISD->Sections.end(),
1184                    NewThunks.begin(), NewThunks.end(), std::back_inserter(Tmp),
1185                    MergeCmp);
1186         ISD->Sections = std::move(Tmp);
1187       });
1188 }
1189
1190 // Find or create a ThunkSection within the InputSectionDescription (ISD) that
1191 // is in range of Src. An ISD maps to a range of InputSections described by a
1192 // linker script section pattern such as { .text .text.* }.
1193 ThunkSection *ThunkCreator::getISDThunkSec(OutputSection *OS, InputSection *IS,
1194                                            InputSectionDescription *ISD,
1195                                            uint32_t Type, uint64_t Src) {
1196   for (std::pair<ThunkSection *, uint32_t> TP : ISD->ThunkSections) {
1197     ThunkSection *TS = TP.first;
1198     uint64_t TSBase = OS->Addr + TS->OutSecOff;
1199     uint64_t TSLimit = TSBase + TS->getSize();
1200     if (Target->inBranchRange(Type, Src, (Src > TSLimit) ? TSBase : TSLimit))
1201       return TS;
1202   }
1203
1204   // No suitable ThunkSection exists. This can happen when there is a branch
1205   // with lower range than the ThunkSection spacing or when there are too
1206   // many Thunks. Create a new ThunkSection as close to the InputSection as
1207   // possible. Error if InputSection is so large we cannot place ThunkSection
1208   // anywhere in Range.
1209   uint64_t ThunkSecOff = IS->OutSecOff;
1210   if (!Target->inBranchRange(Type, Src, OS->Addr + ThunkSecOff)) {
1211     ThunkSecOff = IS->OutSecOff + IS->getSize();
1212     if (!Target->inBranchRange(Type, Src, OS->Addr + ThunkSecOff))
1213       fatal("InputSection too large for range extension thunk " +
1214             IS->getObjMsg(Src - (OS->Addr + IS->OutSecOff)));
1215   }
1216   return addThunkSection(OS, ISD, ThunkSecOff);
1217 }
1218
1219 // Add a Thunk that needs to be placed in a ThunkSection that immediately
1220 // precedes its Target.
1221 ThunkSection *ThunkCreator::getISThunkSec(InputSection *IS) {
1222   ThunkSection *TS = ThunkedSections.lookup(IS);
1223   if (TS)
1224     return TS;
1225
1226   // Find InputSectionRange within Target Output Section (TOS) that the
1227   // InputSection (IS) that we need to precede is in.
1228   OutputSection *TOS = IS->getParent();
1229   for (BaseCommand *BC : TOS->SectionCommands)
1230     if (auto *ISD = dyn_cast<InputSectionDescription>(BC)) {
1231       if (ISD->Sections.empty())
1232         continue;
1233       InputSection *first = ISD->Sections.front();
1234       InputSection *last = ISD->Sections.back();
1235       if (IS->OutSecOff >= first->OutSecOff &&
1236           IS->OutSecOff <= last->OutSecOff) {
1237         TS = addThunkSection(TOS, ISD, IS->OutSecOff);
1238         ThunkedSections[IS] = TS;
1239         break;
1240       }
1241     }
1242   return TS;
1243 }
1244
1245 // Create one or more ThunkSections per OS that can be used to place Thunks.
1246 // We attempt to place the ThunkSections using the following desirable
1247 // properties:
1248 // - Within range of the maximum number of callers
1249 // - Minimise the number of ThunkSections
1250 //
1251 // We follow a simple but conservative heuristic to place ThunkSections at
1252 // offsets that are multiples of a Target specific branch range.
1253 // For an InputSectionRange that is smaller than the range, a single
1254 // ThunkSection at the end of the range will do.
1255 void ThunkCreator::createInitialThunkSections(
1256     ArrayRef<OutputSection *> OutputSections) {
1257   forEachInputSectionDescription(
1258       OutputSections, [&](OutputSection *OS, InputSectionDescription *ISD) {
1259         if (ISD->Sections.empty())
1260           return;
1261         uint32_t ISLimit;
1262         uint32_t PrevISLimit = ISD->Sections.front()->OutSecOff;
1263         uint32_t ThunkUpperBound = PrevISLimit + Target->ThunkSectionSpacing;
1264
1265         for (const InputSection *IS : ISD->Sections) {
1266           ISLimit = IS->OutSecOff + IS->getSize();
1267           if (ISLimit > ThunkUpperBound) {
1268             addThunkSection(OS, ISD, PrevISLimit);
1269             ThunkUpperBound = PrevISLimit + Target->ThunkSectionSpacing;
1270           }
1271           PrevISLimit = ISLimit;
1272         }
1273         addThunkSection(OS, ISD, ISLimit);
1274       });
1275 }
1276
1277 ThunkSection *ThunkCreator::addThunkSection(OutputSection *OS,
1278                                             InputSectionDescription *ISD,
1279                                             uint64_t Off) {
1280   auto *TS = make<ThunkSection>(OS, Off);
1281   ISD->ThunkSections.push_back(std::make_pair(TS, Pass));
1282   return TS;
1283 }
1284
1285 std::pair<Thunk *, bool> ThunkCreator::getThunk(Symbol &Sym, RelType Type,
1286                                                 uint64_t Src) {
1287   auto Res = ThunkedSymbols.insert({&Sym, std::vector<Thunk *>()});
1288   if (!Res.second) {
1289     // Check existing Thunks for Sym to see if they can be reused
1290     for (Thunk *ET : Res.first->second)
1291       if (ET->isCompatibleWith(Type) &&
1292           Target->inBranchRange(Type, Src, ET->ThunkSym->getVA()))
1293         return std::make_pair(ET, false);
1294   }
1295   // No existing compatible Thunk in range, create a new one
1296   Thunk *T = addThunk(Type, Sym);
1297   Res.first->second.push_back(T);
1298   return std::make_pair(T, true);
1299 }
1300
1301 // Call Fn on every executable InputSection accessed via the linker script
1302 // InputSectionDescription::Sections.
1303 void ThunkCreator::forEachInputSectionDescription(
1304     ArrayRef<OutputSection *> OutputSections,
1305     std::function<void(OutputSection *, InputSectionDescription *)> Fn) {
1306   for (OutputSection *OS : OutputSections) {
1307     if (!(OS->Flags & SHF_ALLOC) || !(OS->Flags & SHF_EXECINSTR))
1308       continue;
1309     for (BaseCommand *BC : OS->SectionCommands)
1310       if (auto *ISD = dyn_cast<InputSectionDescription>(BC))
1311         Fn(OS, ISD);
1312   }
1313 }
1314
1315 // Return true if the relocation target is an in range Thunk.
1316 // Return false if the relocation is not to a Thunk. If the relocation target
1317 // was originally to a Thunk, but is no longer in range we revert the
1318 // relocation back to its original non-Thunk target.
1319 bool ThunkCreator::normalizeExistingThunk(Relocation &Rel, uint64_t Src) {
1320   if (Thunk *ET = Thunks.lookup(Rel.Sym)) {
1321     if (Target->inBranchRange(Rel.Type, Src, Rel.Sym->getVA()))
1322       return true;
1323     Rel.Sym = &ET->Destination;
1324     if (Rel.Sym->isInPlt())
1325       Rel.Expr = toPlt(Rel.Expr);
1326   }
1327   return false;
1328 }
1329
1330 // Process all relocations from the InputSections that have been assigned
1331 // to InputSectionDescriptions and redirect through Thunks if needed. The
1332 // function should be called iteratively until it returns false.
1333 //
1334 // PreConditions:
1335 // All InputSections that may need a Thunk are reachable from
1336 // OutputSectionCommands.
1337 //
1338 // All OutputSections have an address and all InputSections have an offset
1339 // within the OutputSection.
1340 //
1341 // The offsets between caller (relocation place) and callee
1342 // (relocation target) will not be modified outside of createThunks().
1343 //
1344 // PostConditions:
1345 // If return value is true then ThunkSections have been inserted into
1346 // OutputSections. All relocations that needed a Thunk based on the information
1347 // available to createThunks() on entry have been redirected to a Thunk. Note
1348 // that adding Thunks changes offsets between caller and callee so more Thunks
1349 // may be required.
1350 //
1351 // If return value is false then no more Thunks are needed, and createThunks has
1352 // made no changes. If the target requires range extension thunks, currently
1353 // ARM, then any future change in offset between caller and callee risks a
1354 // relocation out of range error.
1355 bool ThunkCreator::createThunks(ArrayRef<OutputSection *> OutputSections) {
1356   bool AddressesChanged = false;
1357   if (Pass == 0 && Target->ThunkSectionSpacing)
1358     createInitialThunkSections(OutputSections);
1359   else if (Pass == 10)
1360     // With Thunk Size much smaller than branch range we expect to
1361     // converge quickly; if we get to 10 something has gone wrong.
1362     fatal("thunk creation not converged");
1363
1364   // Create all the Thunks and insert them into synthetic ThunkSections. The
1365   // ThunkSections are later inserted back into InputSectionDescriptions.
1366   // We separate the creation of ThunkSections from the insertion of the
1367   // ThunkSections as ThunkSections are not always inserted into the same
1368   // InputSectionDescription as the caller.
1369   forEachInputSectionDescription(
1370       OutputSections, [&](OutputSection *OS, InputSectionDescription *ISD) {
1371         for (InputSection *IS : ISD->Sections)
1372           for (Relocation &Rel : IS->Relocations) {
1373             uint64_t Src = OS->Addr + IS->OutSecOff + Rel.Offset;
1374
1375             // If we are a relocation to an existing Thunk, check if it is
1376             // still in range. If not then Rel will be altered to point to its
1377             // original target so another Thunk can be generated.
1378             if (Pass > 0 && normalizeExistingThunk(Rel, Src))
1379               continue;
1380
1381             if (!Target->needsThunk(Rel.Expr, Rel.Type, IS->File, Src,
1382                                     *Rel.Sym))
1383               continue;
1384             Thunk *T;
1385             bool IsNew;
1386             std::tie(T, IsNew) = getThunk(*Rel.Sym, Rel.Type, Src);
1387             if (IsNew) {
1388               AddressesChanged = true;
1389               // Find or create a ThunkSection for the new Thunk
1390               ThunkSection *TS;
1391               if (auto *TIS = T->getTargetInputSection())
1392                 TS = getISThunkSec(TIS);
1393               else
1394                 TS = getISDThunkSec(OS, IS, ISD, Rel.Type, Src);
1395               TS->addThunk(T);
1396               Thunks[T->ThunkSym] = T;
1397             }
1398             // Redirect relocation to Thunk, we never go via the PLT to a Thunk
1399             Rel.Sym = T->ThunkSym;
1400             Rel.Expr = fromPlt(Rel.Expr);
1401           }
1402       });
1403   // Merge all created synthetic ThunkSections back into OutputSection
1404   mergeThunks(OutputSections);
1405   ++Pass;
1406   return AddressesChanged;
1407 }
1408
1409 template void elf::scanRelocations<ELF32LE>(InputSectionBase &);
1410 template void elf::scanRelocations<ELF32BE>(InputSectionBase &);
1411 template void elf::scanRelocations<ELF64LE>(InputSectionBase &);
1412 template void elf::scanRelocations<ELF64BE>(InputSectionBase &);