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Merge ^/head r363739 through r363986.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm-project / lld / ELF / OutputSections.cpp
1 //===- OutputSections.cpp -------------------------------------------------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8
9 #include "OutputSections.h"
10 #include "Config.h"
11 #include "LinkerScript.h"
12 #include "SymbolTable.h"
13 #include "SyntheticSections.h"
14 #include "Target.h"
15 #include "lld/Common/Memory.h"
16 #include "lld/Common/Strings.h"
17 #include "llvm/BinaryFormat/Dwarf.h"
18 #include "llvm/Support/Compression.h"
19 #include "llvm/Support/MD5.h"
20 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
21 #include "llvm/Support/Parallel.h"
22 #include "llvm/Support/SHA1.h"
23 #include <regex>
24
25 using namespace llvm;
26 using namespace llvm::dwarf;
27 using namespace llvm::object;
28 using namespace llvm::support::endian;
29 using namespace llvm::ELF;
30 using namespace lld;
31 using namespace lld::elf;
32
33 uint8_t *Out::bufferStart;
34 uint8_t Out::first;
35 PhdrEntry *Out::tlsPhdr;
36 OutputSection *Out::elfHeader;
37 OutputSection *Out::programHeaders;
38 OutputSection *Out::preinitArray;
39 OutputSection *Out::initArray;
40 OutputSection *Out::finiArray;
41
42 std::vector<OutputSection *> elf::outputSections;
43
44 uint32_t OutputSection::getPhdrFlags() const {
45   uint32_t ret = 0;
46   if (config->emachine != EM_ARM || !(flags & SHF_ARM_PURECODE))
47     ret |= PF_R;
48   if (flags & SHF_WRITE)
49     ret |= PF_W;
50   if (flags & SHF_EXECINSTR)
51     ret |= PF_X;
52   return ret;
53 }
54
55 template <class ELFT>
56 void OutputSection::writeHeaderTo(typename ELFT::Shdr *shdr) {
57   shdr->sh_entsize = entsize;
58   shdr->sh_addralign = alignment;
59   shdr->sh_type = type;
60   shdr->sh_offset = offset;
61   shdr->sh_flags = flags;
62   shdr->sh_info = info;
63   shdr->sh_link = link;
64   shdr->sh_addr = addr;
65   shdr->sh_size = size;
66   shdr->sh_name = shName;
67 }
68
69 OutputSection::OutputSection(StringRef name, uint32_t type, uint64_t flags)
70     : BaseCommand(OutputSectionKind),
71       SectionBase(Output, name, flags, /*Entsize*/ 0, /*Alignment*/ 1, type,
72                   /*Info*/ 0, /*Link*/ 0) {}
73
74 // We allow sections of types listed below to merged into a
75 // single progbits section. This is typically done by linker
76 // scripts. Merging nobits and progbits will force disk space
77 // to be allocated for nobits sections. Other ones don't require
78 // any special treatment on top of progbits, so there doesn't
79 // seem to be a harm in merging them.
80 static bool canMergeToProgbits(unsigned type) {
81   return type == SHT_NOBITS || type == SHT_PROGBITS || type == SHT_INIT_ARRAY ||
82          type == SHT_PREINIT_ARRAY || type == SHT_FINI_ARRAY ||
83          type == SHT_NOTE;
84 }
85
86 // Record that isec will be placed in the OutputSection. isec does not become
87 // permanent until finalizeInputSections() is called. The function should not be
88 // used after finalizeInputSections() is called. If you need to add an
89 // InputSection post finalizeInputSections(), then you must do the following:
90 //
91 // 1. Find or create an InputSectionDescription to hold InputSection.
92 // 2. Add the InputSection to the InputSectionDescription::sections.
93 // 3. Call commitSection(isec).
94 void OutputSection::recordSection(InputSectionBase *isec) {
95   partition = isec->partition;
96   isec->parent = this;
97   if (sectionCommands.empty() ||
98       !isa<InputSectionDescription>(sectionCommands.back()))
99     sectionCommands.push_back(make<InputSectionDescription>(""));
100   auto *isd = cast<InputSectionDescription>(sectionCommands.back());
101   isd->sectionBases.push_back(isec);
102 }
103
104 // Update fields (type, flags, alignment, etc) according to the InputSection
105 // isec. Also check whether the InputSection flags and type are consistent with
106 // other InputSections.
107 void OutputSection::commitSection(InputSection *isec) {
108   if (!hasInputSections) {
109     // If IS is the first section to be added to this section,
110     // initialize type, entsize and flags from isec.
111     hasInputSections = true;
112     type = isec->type;
113     entsize = isec->entsize;
114     flags = isec->flags;
115   } else {
116     // Otherwise, check if new type or flags are compatible with existing ones.
117     if ((flags ^ isec->flags) & SHF_TLS)
118       error("incompatible section flags for " + name + "\n>>> " + toString(isec) +
119             ": 0x" + utohexstr(isec->flags) + "\n>>> output section " + name +
120             ": 0x" + utohexstr(flags));
121
122     if (type != isec->type) {
123       if (!canMergeToProgbits(type) || !canMergeToProgbits(isec->type))
124         error("section type mismatch for " + isec->name + "\n>>> " +
125               toString(isec) + ": " +
126               getELFSectionTypeName(config->emachine, isec->type) +
127               "\n>>> output section " + name + ": " +
128               getELFSectionTypeName(config->emachine, type));
129       type = SHT_PROGBITS;
130     }
131   }
132   if (noload)
133     type = SHT_NOBITS;
134
135   isec->parent = this;
136   uint64_t andMask =
137       config->emachine == EM_ARM ? (uint64_t)SHF_ARM_PURECODE : 0;
138   uint64_t orMask = ~andMask;
139   uint64_t andFlags = (flags & isec->flags) & andMask;
140   uint64_t orFlags = (flags | isec->flags) & orMask;
141   flags = andFlags | orFlags;
142   if (nonAlloc)
143     flags &= ~(uint64_t)SHF_ALLOC;
144
145   alignment = std::max(alignment, isec->alignment);
146
147   // If this section contains a table of fixed-size entries, sh_entsize
148   // holds the element size. If it contains elements of different size we
149   // set sh_entsize to 0.
150   if (entsize != isec->entsize)
151     entsize = 0;
152 }
153
154 // This function scans over the InputSectionBase list sectionBases to create
155 // InputSectionDescription::sections.
156 //
157 // It removes MergeInputSections from the input section array and adds
158 // new synthetic sections at the location of the first input section
159 // that it replaces. It then finalizes each synthetic section in order
160 // to compute an output offset for each piece of each input section.
161 void OutputSection::finalizeInputSections() {
162   std::vector<MergeSyntheticSection *> mergeSections;
163   for (BaseCommand *base : sectionCommands) {
164     auto *cmd = dyn_cast<InputSectionDescription>(base);
165     if (!cmd)
166       continue;
167     cmd->sections.reserve(cmd->sectionBases.size());
168     for (InputSectionBase *s : cmd->sectionBases) {
169       MergeInputSection *ms = dyn_cast<MergeInputSection>(s);
170       if (!ms) {
171         cmd->sections.push_back(cast<InputSection>(s));
172         continue;
173       }
174
175       // We do not want to handle sections that are not alive, so just remove
176       // them instead of trying to merge.
177       if (!ms->isLive())
178         continue;
179
180       auto i = llvm::find_if(mergeSections, [=](MergeSyntheticSection *sec) {
181         // While we could create a single synthetic section for two different
182         // values of Entsize, it is better to take Entsize into consideration.
183         //
184         // With a single synthetic section no two pieces with different Entsize
185         // could be equal, so we may as well have two sections.
186         //
187         // Using Entsize in here also allows us to propagate it to the synthetic
188         // section.
189         //
190         // SHF_STRINGS section with different alignments should not be merged.
191         return sec->flags == ms->flags && sec->entsize == ms->entsize &&
192                (sec->alignment == ms->alignment || !(sec->flags & SHF_STRINGS));
193       });
194       if (i == mergeSections.end()) {
195         MergeSyntheticSection *syn =
196             createMergeSynthetic(name, ms->type, ms->flags, ms->alignment);
197         mergeSections.push_back(syn);
198         i = std::prev(mergeSections.end());
199         syn->entsize = ms->entsize;
200         cmd->sections.push_back(syn);
201       }
202       (*i)->addSection(ms);
203     }
204
205     // sectionBases should not be used from this point onwards. Clear it to
206     // catch misuses.
207     cmd->sectionBases.clear();
208
209     // Some input sections may be removed from the list after ICF.
210     for (InputSection *s : cmd->sections)
211       commitSection(s);
212   }
213   for (auto *ms : mergeSections)
214     ms->finalizeContents();
215 }
216
217 static void sortByOrder(MutableArrayRef<InputSection *> in,
218                         llvm::function_ref<int(InputSectionBase *s)> order) {
219   std::vector<std::pair<int, InputSection *>> v;
220   for (InputSection *s : in)
221     v.push_back({order(s), s});
222   llvm::stable_sort(v, less_first());
223
224   for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
225     in[i] = v[i].second;
226 }
227
228 uint64_t elf::getHeaderSize() {
229   if (config->oFormatBinary)
230     return 0;
231   return Out::elfHeader->size + Out::programHeaders->size;
232 }
233
234 bool OutputSection::classof(const BaseCommand *c) {
235   return c->kind == OutputSectionKind;
236 }
237
238 void OutputSection::sort(llvm::function_ref<int(InputSectionBase *s)> order) {
239   assert(isLive());
240   for (BaseCommand *b : sectionCommands)
241     if (auto *isd = dyn_cast<InputSectionDescription>(b))
242       sortByOrder(isd->sections, order);
243 }
244
245 static void nopInstrFill(uint8_t *buf, size_t size) {
246   if (size == 0)
247     return;
248   unsigned i = 0;
249   if (size == 0)
250     return;
251   std::vector<std::vector<uint8_t>> nopFiller = *target->nopInstrs;
252   unsigned num = size / nopFiller.back().size();
253   for (unsigned c = 0; c < num; ++c) {
254     memcpy(buf + i, nopFiller.back().data(), nopFiller.back().size());
255     i += nopFiller.back().size();
256   }
257   unsigned remaining = size - i;
258   if (!remaining)
259     return;
260   assert(nopFiller[remaining - 1].size() == remaining);
261   memcpy(buf + i, nopFiller[remaining - 1].data(), remaining);
262 }
263
264 // Fill [Buf, Buf + Size) with Filler.
265 // This is used for linker script "=fillexp" command.
266 static void fill(uint8_t *buf, size_t size,
267                  const std::array<uint8_t, 4> &filler) {
268   size_t i = 0;
269   for (; i + 4 < size; i += 4)
270     memcpy(buf + i, filler.data(), 4);
271   memcpy(buf + i, filler.data(), size - i);
272 }
273
274 // Compress section contents if this section contains debug info.
275 template <class ELFT> void OutputSection::maybeCompress() {
276   using Elf_Chdr = typename ELFT::Chdr;
277
278   // Compress only DWARF debug sections.
279   if (!config->compressDebugSections || (flags & SHF_ALLOC) ||
280       !name.startswith(".debug_"))
281     return;
282
283   // Create a section header.
284   zDebugHeader.resize(sizeof(Elf_Chdr));
285   auto *hdr = reinterpret_cast<Elf_Chdr *>(zDebugHeader.data());
286   hdr->ch_type = ELFCOMPRESS_ZLIB;
287   hdr->ch_size = size;
288   hdr->ch_addralign = alignment;
289
290   // Write section contents to a temporary buffer and compress it.
291   std::vector<uint8_t> buf(size);
292   writeTo<ELFT>(buf.data());
293   // We chose 1 as the default compression level because it is the fastest. If
294   // -O2 is given, we use level 6 to compress debug info more by ~15%. We found
295   // that level 7 to 9 doesn't make much difference (~1% more compression) while
296   // they take significant amount of time (~2x), so level 6 seems enough.
297   if (Error e = zlib::compress(toStringRef(buf), compressedData,
298                                config->optimize >= 2 ? 6 : 1))
299     fatal("compress failed: " + llvm::toString(std::move(e)));
300
301   // Update section headers.
302   size = sizeof(Elf_Chdr) + compressedData.size();
303   flags |= SHF_COMPRESSED;
304 }
305
306 static void writeInt(uint8_t *buf, uint64_t data, uint64_t size) {
307   if (size == 1)
308     *buf = data;
309   else if (size == 2)
310     write16(buf, data);
311   else if (size == 4)
312     write32(buf, data);
313   else if (size == 8)
314     write64(buf, data);
315   else
316     llvm_unreachable("unsupported Size argument");
317 }
318
319 template <class ELFT> void OutputSection::writeTo(uint8_t *buf) {
320   if (type == SHT_NOBITS)
321     return;
322
323   // If -compress-debug-section is specified and if this is a debug section,
324   // we've already compressed section contents. If that's the case,
325   // just write it down.
326   if (!compressedData.empty()) {
327     memcpy(buf, zDebugHeader.data(), zDebugHeader.size());
328     memcpy(buf + zDebugHeader.size(), compressedData.data(),
329            compressedData.size());
330     return;
331   }
332
333   // Write leading padding.
334   std::vector<InputSection *> sections = getInputSections(this);
335   std::array<uint8_t, 4> filler = getFiller();
336   bool nonZeroFiller = read32(filler.data()) != 0;
337   if (nonZeroFiller)
338     fill(buf, sections.empty() ? size : sections[0]->outSecOff, filler);
339
340   parallelForEachN(0, sections.size(), [&](size_t i) {
341     InputSection *isec = sections[i];
342     isec->writeTo<ELFT>(buf);
343
344     // Fill gaps between sections.
345     if (nonZeroFiller) {
346       uint8_t *start = buf + isec->outSecOff + isec->getSize();
347       uint8_t *end;
348       if (i + 1 == sections.size())
349         end = buf + size;
350       else
351         end = buf + sections[i + 1]->outSecOff;
352       if (isec->nopFiller) {
353         assert(target->nopInstrs);
354         nopInstrFill(start, end - start);
355       } else
356         fill(start, end - start, filler);
357     }
358   });
359
360   // Linker scripts may have BYTE()-family commands with which you
361   // can write arbitrary bytes to the output. Process them if any.
362   for (BaseCommand *base : sectionCommands)
363     if (auto *data = dyn_cast<ByteCommand>(base))
364       writeInt(buf + data->offset, data->expression().getValue(), data->size);
365 }
366
367 static void finalizeShtGroup(OutputSection *os,
368                              InputSection *section) {
369   assert(config->relocatable);
370
371   // sh_link field for SHT_GROUP sections should contain the section index of
372   // the symbol table.
373   os->link = in.symTab->getParent()->sectionIndex;
374
375   // sh_info then contain index of an entry in symbol table section which
376   // provides signature of the section group.
377   ArrayRef<Symbol *> symbols = section->file->getSymbols();
378   os->info = in.symTab->getSymbolIndex(symbols[section->info]);
379 }
380
381 void OutputSection::finalize() {
382   InputSection *first = getFirstInputSection(this);
383
384   if (flags & SHF_LINK_ORDER) {
385     // We must preserve the link order dependency of sections with the
386     // SHF_LINK_ORDER flag. The dependency is indicated by the sh_link field. We
387     // need to translate the InputSection sh_link to the OutputSection sh_link,
388     // all InputSections in the OutputSection have the same dependency.
389     if (auto *ex = dyn_cast<ARMExidxSyntheticSection>(first))
390       link = ex->getLinkOrderDep()->getParent()->sectionIndex;
391     else if (first->flags & SHF_LINK_ORDER)
392       if (auto *d = first->getLinkOrderDep())
393         link = d->getParent()->sectionIndex;
394   }
395
396   if (type == SHT_GROUP) {
397     finalizeShtGroup(this, first);
398     return;
399   }
400
401   if (!config->copyRelocs || (type != SHT_RELA && type != SHT_REL))
402     return;
403
404   if (isa<SyntheticSection>(first))
405     return;
406
407   link = in.symTab->getParent()->sectionIndex;
408   // sh_info for SHT_REL[A] sections should contain the section header index of
409   // the section to which the relocation applies.
410   InputSectionBase *s = first->getRelocatedSection();
411   info = s->getOutputSection()->sectionIndex;
412   flags |= SHF_INFO_LINK;
413 }
414
415 // Returns true if S is in one of the many forms the compiler driver may pass
416 // crtbegin files.
417 //
418 // Gcc uses any of crtbegin[<empty>|S|T].o.
419 // Clang uses Gcc's plus clang_rt.crtbegin[<empty>|S|T][-<arch>|<empty>].o.
420
421 static bool isCrtbegin(StringRef s) {
422   static std::regex re(R"((clang_rt\.)?crtbegin[ST]?(-.*)?\.o)");
423   s = sys::path::filename(s);
424   return std::regex_match(s.begin(), s.end(), re);
425 }
426
427 static bool isCrtend(StringRef s) {
428   static std::regex re(R"((clang_rt\.)?crtend[ST]?(-.*)?\.o)");
429   s = sys::path::filename(s);
430   return std::regex_match(s.begin(), s.end(), re);
431 }
432
433 // .ctors and .dtors are sorted by this priority from highest to lowest.
434 //
435 //  1. The section was contained in crtbegin (crtbegin contains
436 //     some sentinel value in its .ctors and .dtors so that the runtime
437 //     can find the beginning of the sections.)
438 //
439 //  2. The section has an optional priority value in the form of ".ctors.N"
440 //     or ".dtors.N" where N is a number. Unlike .{init,fini}_array,
441 //     they are compared as string rather than number.
442 //
443 //  3. The section is just ".ctors" or ".dtors".
444 //
445 //  4. The section was contained in crtend, which contains an end marker.
446 //
447 // In an ideal world, we don't need this function because .init_array and
448 // .ctors are duplicate features (and .init_array is newer.) However, there
449 // are too many real-world use cases of .ctors, so we had no choice to
450 // support that with this rather ad-hoc semantics.
451 static bool compCtors(const InputSection *a, const InputSection *b) {
452   bool beginA = isCrtbegin(a->file->getName());
453   bool beginB = isCrtbegin(b->file->getName());
454   if (beginA != beginB)
455     return beginA;
456   bool endA = isCrtend(a->file->getName());
457   bool endB = isCrtend(b->file->getName());
458   if (endA != endB)
459     return endB;
460   StringRef x = a->name;
461   StringRef y = b->name;
462   assert(x.startswith(".ctors") || x.startswith(".dtors"));
463   assert(y.startswith(".ctors") || y.startswith(".dtors"));
464   x = x.substr(6);
465   y = y.substr(6);
466   return x < y;
467 }
468
469 // Sorts input sections by the special rules for .ctors and .dtors.
470 // Unfortunately, the rules are different from the one for .{init,fini}_array.
471 // Read the comment above.
472 void OutputSection::sortCtorsDtors() {
473   assert(sectionCommands.size() == 1);
474   auto *isd = cast<InputSectionDescription>(sectionCommands[0]);
475   llvm::stable_sort(isd->sections, compCtors);
476 }
477
478 // If an input string is in the form of "foo.N" where N is a number,
479 // return N. Otherwise, returns 65536, which is one greater than the
480 // lowest priority.
481 int elf::getPriority(StringRef s) {
482   size_t pos = s.rfind('.');
483   if (pos == StringRef::npos)
484     return 65536;
485   int v;
486   if (!to_integer(s.substr(pos + 1), v, 10))
487     return 65536;
488   return v;
489 }
490
491 InputSection *elf::getFirstInputSection(const OutputSection *os) {
492   for (BaseCommand *base : os->sectionCommands)
493     if (auto *isd = dyn_cast<InputSectionDescription>(base))
494       if (!isd->sections.empty())
495         return isd->sections[0];
496   return nullptr;
497 }
498
499 std::vector<InputSection *> elf::getInputSections(const OutputSection *os) {
500   std::vector<InputSection *> ret;
501   for (BaseCommand *base : os->sectionCommands)
502     if (auto *isd = dyn_cast<InputSectionDescription>(base))
503       ret.insert(ret.end(), isd->sections.begin(), isd->sections.end());
504   return ret;
505 }
506
507 // Sorts input sections by section name suffixes, so that .foo.N comes
508 // before .foo.M if N < M. Used to sort .{init,fini}_array.N sections.
509 // We want to keep the original order if the priorities are the same
510 // because the compiler keeps the original initialization order in a
511 // translation unit and we need to respect that.
512 // For more detail, read the section of the GCC's manual about init_priority.
513 void OutputSection::sortInitFini() {
514   // Sort sections by priority.
515   sort([](InputSectionBase *s) { return getPriority(s->name); });
516 }
517
518 std::array<uint8_t, 4> OutputSection::getFiller() {
519   if (filler)
520     return *filler;
521   if (flags & SHF_EXECINSTR)
522     return target->trapInstr;
523   return {0, 0, 0, 0};
524 }
525
526 template void OutputSection::writeHeaderTo<ELF32LE>(ELF32LE::Shdr *Shdr);
527 template void OutputSection::writeHeaderTo<ELF32BE>(ELF32BE::Shdr *Shdr);
528 template void OutputSection::writeHeaderTo<ELF64LE>(ELF64LE::Shdr *Shdr);
529 template void OutputSection::writeHeaderTo<ELF64BE>(ELF64BE::Shdr *Shdr);
530
531 template void OutputSection::writeTo<ELF32LE>(uint8_t *Buf);
532 template void OutputSection::writeTo<ELF32BE>(uint8_t *Buf);
533 template void OutputSection::writeTo<ELF64LE>(uint8_t *Buf);
534 template void OutputSection::writeTo<ELF64BE>(uint8_t *Buf);
535
536 template void OutputSection::maybeCompress<ELF32LE>();
537 template void OutputSection::maybeCompress<ELF32BE>();
538 template void OutputSection::maybeCompress<ELF64LE>();
539 template void OutputSection::maybeCompress<ELF64BE>();