gcc/ada/tracebak.c

   1 /****************************************************************************
   2  *                                                                          *
   3  *                         GNAT COMPILER COMPONENTS                         *
   4  *                                                                          *
   5  *                            T R A C E B A C K                             *
   6  *                                                                          *
   7  *                          C Implementation File                           *
   8  *                                                                          *
   9  *            Copyright (C) 2000-2011, Free Software Foundation, Inc.       *
  10  *                                                                          *
  11  * GNAT is free software;  you can  redistribute it  and/or modify it under *
  12  * terms of the  GNU General Public License as published  by the Free Soft- *
  13  * ware  Foundation;  either version 2,  or (at your option) any later ver- *
  14  * sion.  GNAT is distributed in the hope that it will be useful, but WITH- *
  15  * OUT ANY WARRANTY;  without even the  implied warranty of MERCHANTABILITY *
  16  * or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License *
  17  * for  more details.  You should have  received  a copy of the GNU General *
  18  * Public License  distributed with GNAT;  see file COPYING.  If not, write *
  19  * to  the  Free Software Foundation,  51  Franklin  Street,  Fifth  Floor, *
  20  * Boston, MA 02110-1301, USA.                                              *
  21  *                                                                          *
  22  * As a  special  exception,  if you  link  this file  with other  files to *
  23  * produce an executable,  this file does not by itself cause the resulting *
  24  * executable to be covered by the GNU General Public License. This except- *
  25  * ion does not  however invalidate  any other reasons  why the  executable *
  26  * file might be covered by the  GNU Public License.                        *
  27  *                                                                          *
  28  * GNAT was originally developed  by the GNAT team at  New York University. *
  29  * Extensive contributions were provided by Ada Core Technologies Inc.      *
  30  *                                                                          *
  31  ****************************************************************************/
  32
  33 /* This file contains low level support for stack unwinding using GCC intrinsic
  34    functions.
  35    It has been tested on the following configurations:
  36    PowerPC/AiX
  37    PowerPC/Darwin
  38    PowerPC/VxWorks
  39    SPARC/Solaris
  40    i386/GNU/Linux
  41    i386/Solaris
  42    i386/NT
  43    i386/OS2
  44    i386/LynxOS
  45    Alpha/VxWorks
  46    Alpha/VMS
  47 */
  48
  49 #ifdef __cplusplus
  50 extern "C" {
  51 #endif
  52
  53 #ifdef __alpha_vxworks
  54 #include "vxWorks.h"
  55 #endif
  56
  57 #ifdef IN_RTS
  58 #define POSIX
  59 #include "tconfig.h"
  60 #include "tsystem.h"
  61 #else
  62 #include "config.h"
  63 #include "system.h"
  64 /* We don't want fancy_abort here.  */
  65 #undef abort
  66 #endif
  67
  68 extern int __gnat_backtrace (void **, int, void *, void *, int);
  69
  70 /* The point is to provide an implementation of the __gnat_backtrace function
  71    above, called by the default implementation of the System.Traceback package.
  72
  73    We first have a series of target specific implementations, each included
  74    from a separate C file for readability purposes.
  75
  76    Then come two flavors of a generic implementation: one relying on static
  77    assumptions about the frame layout, and the other one using the GCC EH
  78    infrastructure.  The former uses a whole set of macros and structures which
  79    may be tailored on a per target basis, and is activated as soon as
  80    USE_GENERIC_UNWINDER is defined.  The latter uses a small subset of the
  81    macro definitions and is activated when USE_GCC_UNWINDER is defined. It is
  82    only available post GCC 3.3.
  83
  84    Finally, there is a default dummy implementation, necessary to make the
  85    linker happy on platforms where the feature is not supported, but where the
  86    function is still referenced by the default System.Traceback.  */
  87
  88 #define Lock_Task system__soft_links__lock_task
  89 extern void (*Lock_Task) (void);
  90
  91 #define Unlock_Task system__soft_links__unlock_task
  92 extern void (*Unlock_Task) (void);
  93
  94 /*-------------------------------------*
  95  *-- Target specific implementations --*
  96  *-------------------------------------*/
  97
  98 #if defined (__alpha_vxworks)
  99
 100 #include "tb-alvxw.c"
 101
 102 #elif defined (__ALPHA) && defined (__VMS__)
 103
 104 #include "tb-alvms.c"
 105
 106 #elif defined (__ia64__) && defined (__VMS__)
 107
 108 #include "tb-ivms.c"
 109
 110 #else
 111
 112 /* No target specific implementation.  */
 113
 114 /*----------------------------------------------------------------*
 115  *-- Target specific definitions for the generic implementation --*
 116  *----------------------------------------------------------------*/
 117
 118 /* The stack layout is specified by the target ABI. The "generic" scheme is
 119    based on the following assumption:
 120
 121      The stack layout from some frame pointer is such that the information
 122      required to compute the backtrace is available at static offsets.
 123
 124    For a given frame, the information we are interested in is the saved return
 125    address (somewhere after the call instruction in the caller) and a pointer
 126    to the caller's frame. The former is the base of the call chain information
 127    we store in the tracebacks array. The latter allows us to loop over the
 128    successive frames in the chain.
 129
 130    To initiate the process, we retrieve an initial frame address using the
 131    appropriate GCC builtin (__builtin_frame_address).
 132
 133    This scheme is unfortunately not applicable on every target because the
 134    stack layout is not necessarily regular (static) enough. On targets where
 135    this scheme applies, the implementation relies on the following items:
 136
 137    o struct layout, describing the expected stack data layout relevant to the
 138      information we are interested in,
 139
 140    o FRAME_OFFSET, the offset, from a given frame address or frame pointer
 141      value, at which this layout will be found,
 142
 143    o FRAME_LEVEL, controls how many frames up we get at to start with,
 144      from the initial frame pointer we compute by way of the GCC builtin,
 145
 146      0 is most often the appropriate value. 1 may be necessary on targets
 147      where return addresses are saved by a function in it's caller's frame
 148      (e.g. PPC).
 149
 150    o PC_ADJUST, to account for the difference between a call point (address
 151      of a call instruction), which is what we want in the output array, and
 152      the associated return address, which is what we retrieve from the stack.
 153
 154    o STOP_FRAME, to decide whether we reached the top of the call chain, and
 155      thus if the process shall stop.
 156
 157            :
 158            :                   stack
 159            |             +----------------+
 160            |   +-------->|       :        |
 161            |   |         | (FRAME_OFFSET) |
 162            |   |         |       :        |  (PC_ADJUST)
 163            |   |  layout:| return_address ----------------+
 164            |   |         |     ....       |               |
 165            +---------------  next_frame   |               |
 166                |         |     ....       |               |
 167                |         |                |               |
 168                |         +----------------+               |  +-----+
 169                |         |       :        |<- Base fp     |  |  :  |
 170                |         | (FRAME_OFFSET) | (FRAME_LEVEL) |  |  :  |
 171                |         |       :        |               +--->    | [1]
 172                |  layout:| return_address -------------------->    | [0]
 173                |         |       ...      |  (PC_ADJUST)     +-----+
 174                +----------   next_frame   |                 traceback[]
 175                          |       ...      |
 176                          |                |
 177                          +----------------+
 178
 179    o BASE_SKIP,
 180
 181    Since we inherently deal with return addresses, there is an implicit shift
 182    by at least one for the initial point we are able to observe in the chain.
 183
 184    On some targets (e.g. sparc-solaris), the first return address we can
 185    easily get without special code is even our caller's return address, so
 186    there is a initial shift of two.
 187
 188    BASE_SKIP represents this initial shift, which is the minimal "skip_frames"
 189    value we support. We could add special code for the skip_frames < BASE_SKIP
 190    cases. This is not done currently because there is virtually no situation
 191    in which this would be useful.
 192
 193    Finally, to account for some ABI specificities, a target may (but does
 194    not have to) define:
 195
 196    o FORCE_CALL, to force a call to a dummy function at the very beginning
 197      of the computation. See the PPC AIX target for an example where this
 198      is useful.
 199
 200    o FETCH_UP_FRAME, to force an invocation of __builtin_frame_address with a
 201      positive argument right after a possibly forced call even if FRAME_LEVEL
 202      is 0. See the SPARC Solaris case for an example where this is useful.
 203
 204   */
 205
 206 /*--------------------------- PPC AIX/Darwin ----------------------------*/
 207
 208 #if ((defined (_POWER) && defined (_AIX)) || \
 209 (defined (__ppc__) && defined (__APPLE__)))
 210
 211 #define USE_GENERIC_UNWINDER
 212
 213 struct layout
 214 {
 215   struct layout *next;
 216   void *pad;
 217   void *return_address;
 218 };
 219
 220 #define FRAME_OFFSET(FP) 0
 221 #define PC_ADJUST -4
 222
 223 /* Eventhough the base PPC ABI states that a toplevel frame entry
 224    should to feature a null backchain, AIX might expose a null return
 225    address instead.  */
 226
 227 #define STOP_FRAME(CURRENT, TOP_STACK) \
 228   (((void *) (CURRENT) < (TOP_STACK)) \
 229    || (CURRENT)->return_address == NULL)
 230
 231 /* The PPC ABI has an interesting specificity: the return address saved by a
 232    function is located in it's caller's frame, and the save operation only
 233    takes place if the function performs a call.
 234
 235    To have __gnat_backtrace retrieve its own return address, we then
 236    define ... */
 237
 238 #define FORCE_CALL 1
 239 #define FRAME_LEVEL 1
 240
 241 #define BASE_SKIP 1
 242
 243 /*-------------------- PPC ELF (GNU/Linux & VxWorks) ---------------------*/
 244
 245 #elif (defined (_ARCH_PPC) && defined (__vxworks)) ||  \
 246   (defined (linux) && defined (__powerpc__))
 247
 248 #define USE_GENERIC_UNWINDER
 249
 250 struct layout
 251 {
 252   struct layout *next;
 253   void *return_address;
 254 };
 255
 256 #define FORCE_CALL 1
 257 #define FRAME_LEVEL 1
 258 /* See the PPC AIX case for an explanation of these values.  */
 259
 260 #define FRAME_OFFSET(FP) 0
 261 #define PC_ADJUST -4
 262 #define STOP_FRAME(CURRENT, TOP_STACK) ((CURRENT)->next == 0)
 263
 264 #define BASE_SKIP 1
 265
 266 /*-------------------------- SPARC Solaris -----------------------------*/
 267
 268 #elif defined (sun) && defined (sparc)
 269
 270 #define USE_GENERIC_UNWINDER
 271
 272 /* These definitions are inspired from the Appendix D (Software
 273    Considerations) of the SPARC V8 architecture manual.  */
 274
 275 struct layout
 276 {
 277   struct layout *next;
 278   void *return_address;
 279 };
 280
 281 #ifdef __arch64__
 282 #define STACK_BIAS 2047 /* V9 ABI */
 283 #else
 284 #define STACK_BIAS 0    /* V8 ABI */
 285 #endif
 286
 287 #define FRAME_LEVEL 0
 288 #define FRAME_OFFSET(FP) (14 * sizeof (void*) + (FP ? STACK_BIAS : 0))
 289 #define PC_ADJUST 0
 290 #define STOP_FRAME(CURRENT, TOP_STACK) \
 291   ((CURRENT)->return_address == 0|| (CURRENT)->next == 0 \
 292    || (void *) (CURRENT) < (TOP_STACK))
 293
 294 /* The SPARC register windows need to be flushed before we may access them
 295    from the stack. This is achieved by way of builtin_frame_address only
 296    when the "count" argument is positive, so force at least one such call.  */
 297 #define FETCH_UP_FRAME_ADDRESS
 298
 299 #define BASE_SKIP 2
 300 /* From the frame pointer of frame N, we are accessing the flushed register
 301    window of frame N-1 (positive offset from fp), in which we retrieve the
 302    saved return address. We then end up with our caller's return address.  */
 303
 304 /*------------------------------- x86 ----------------------------------*/
 305
 306 #elif defined (i386)
 307
 308 #if defined (__WIN32)
 309 #include <windows.h>
 310 #define IS_BAD_PTR(ptr) (IsBadCodePtr((void *)ptr))
 311 #elif defined (sun)
 312 #define IS_BAD_PTR(ptr) ((unsigned long)ptr == -1UL)
 313 #else
 314 #define IS_BAD_PTR(ptr) 0
 315 #endif
 316
 317 /* Starting with GCC 4.6, -fomit-frame-pointer is turned on by default for
 318    32-bit x86/Linux as well and DWARF 2 unwind tables are emitted instead.
 319    See the x86-64 case below for the drawbacks with this approach.  */
 320 #if defined (linux) && (__GNUC__ * 10 + __GNUC_MINOR__ > 45)
 321 #define USE_GCC_UNWINDER
 322 #else
 323 #define USE_GENERIC_UNWINDER
 324 #endif
 325
 326 struct layout
 327 {
 328   struct layout *next;
 329   void *return_address;
 330 };
 331
 332 #define FRAME_LEVEL 1
 333 /* builtin_frame_address (1) is expected to work on this target, and (0) might
 334    return the soft stack pointer, which does not designate a location where a
 335    backchain and a return address might be found.  */
 336
 337 #define FRAME_OFFSET(FP) 0
 338 #define PC_ADJUST -2
 339 #define STOP_FRAME(CURRENT, TOP_STACK) \
 340   (IS_BAD_PTR((long)(CURRENT)) \
 341    || IS_BAD_PTR((long)(CURRENT)->return_address) \
 342    || (CURRENT)->return_address == 0 \
 343    || (void *) ((CURRENT)->next) < (TOP_STACK)  \
 344    || (void *) (CURRENT) < (TOP_STACK))
 345
 346 #define BASE_SKIP (1+FRAME_LEVEL)
 347
 348 /* On i386 architecture we check that at the call point we really have a call
 349    insn. Possible call instructions are:
 350
 351    call  addr16        E8 xx xx xx xx
 352    call  reg           FF Dx
 353    call  off(reg)      FF xx xx
 354    lcall addr seg      9A xx xx xx xx xx xx
 355
 356    This check will not catch all cases but it will increase the backtrace
 357    reliability on this architecture.
 358 */
 359
 360 #define VALID_STACK_FRAME(ptr) \
 361    (!IS_BAD_PTR(ptr) \
 362     && (((*((ptr) - 3) & 0xff) == 0xe8) \
 363         || ((*((ptr) - 5) & 0xff) == 0x9a) \
 364         || ((*((ptr) - 1) & 0xff) == 0xff) \
 365         || (((*(ptr) & 0xd0ff) == 0xd0ff))))
 366
 367 /*----------------------------- x86_64 ---------------------------------*/
 368
 369 #elif defined (__x86_64__)
 370
 371 #define USE_GCC_UNWINDER
 372 /* The generic unwinder is not used for this target because it is based
 373    on frame layout assumptions that are not reliable on this target (the
 374    rbp register is very likely used for something else than storing the
 375    frame pointer in optimized code). Hence, we use the GCC unwinder
 376    based on DWARF 2 call frame information, although it has the drawback
 377    of not being able to unwind through frames compiled without DWARF 2
 378    information.
 379 */
 380
 381 #define PC_ADJUST -2
 382 /* The minimum size of call instructions on this architecture is 2 bytes */
 383
 384 /*----------------------------- ia64 ---------------------------------*/
 385
 386 #elif defined (__ia64__) && (defined (linux) || defined (__hpux__))
 387
 388 #define USE_GCC_UNWINDER
 389 /* Use _Unwind_Backtrace driven exceptions on ia64 HP-UX and ia64
 390    GNU/Linux, where _Unwind_Backtrace is provided by the system unwind
 391    library. On HP-UX 11.23 this requires patch PHSS_33352, which adds
 392    _Unwind_Backtrace to the system unwind library. */
 393
 394 #define PC_ADJUST -4
 395
 396
 397 #endif
 398
 399 /*---------------------------------------------------------------------*
 400  *--      The post GCC 3.3 infrastructure based implementation       --*
 401  *---------------------------------------------------------------------*/
 402
 403 #if defined (USE_GCC_UNWINDER) && (__GNUC__ * 10 + __GNUC_MINOR__ > 33)
 404
 405 /* Conditioning the inclusion on the GCC version is useful to avoid bootstrap
 406    path problems, since the included file refers to post 3.3 functions in
 407    libgcc, and the stage1 compiler is unlikely to be linked against a post 3.3
 408    library.  It actually disables the support for backtraces in this compiler
 409    for targets defining USE_GCC_UNWINDER, which is OK since we don't use the
 410    traceback capability in the compiler anyway.
 411
 412    The condition is expressed the way above because we cannot reliably rely on
 413    any other macro from the base compiler when compiling stage1.  */
 414
 415 #include "tb-gcc.c"
 416
 417 /*------------------------------------------------------------------*
 418  *-- The generic implementation based on frame layout assumptions --*
 419  *------------------------------------------------------------------*/
 420
 421 #elif defined (USE_GENERIC_UNWINDER)
 422
 423 #ifndef CURRENT_STACK_FRAME
 424 # define CURRENT_STACK_FRAME  ({ char __csf; &__csf; })
 425 #endif
 426
 427 #ifndef VALID_STACK_FRAME
 428 #define VALID_STACK_FRAME(ptr) 1
 429 #endif
 430
 431 #ifndef MAX
 432 #define MAX(x,y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
 433 #endif
 434
 435 #ifndef FORCE_CALL
 436 #define FORCE_CALL 0
 437 #endif
 438
 439 /* Make sure the function is not inlined.  */
 440 static void forced_callee (void) __attribute__ ((noinline));
 441
 442 static void forced_callee (void)
 443 {
 444   /* Make sure the function is not pure.  */
 445   volatile int i __attribute__ ((unused)) = 0;
 446 }
 447
 448 int
 449 __gnat_backtrace (void **array,
 450                   int size,
 451                   void *exclude_min,
 452                   void *exclude_max,
 453                   int skip_frames)
 454 {
 455   struct layout *current;
 456   void *top_frame;
 457   void *top_stack ATTRIBUTE_UNUSED;
 458   int cnt = 0;
 459
 460   if (FORCE_CALL)
 461     forced_callee ();
 462
 463   /* Force a call to builtin_frame_address with a positive argument
 464      if required. This is necessary e.g. on SPARC to have the register
 465      windows flushed before we attempt to access them on the stack.  */
 466 #if defined (FETCH_UP_FRAME_ADDRESS) && (FRAME_LEVEL == 0)
 467   __builtin_frame_address (1);
 468 #endif
 469
 470   top_frame = __builtin_frame_address (FRAME_LEVEL);
 471   top_stack = CURRENT_STACK_FRAME;
 472   current = (struct layout *) ((size_t) top_frame + FRAME_OFFSET (0));
 473
 474   /* Skip the number of calls we have been requested to skip, accounting for
 475      the BASE_SKIP parameter.
 476
 477      FRAME_LEVEL is meaningless for the count adjustment. It impacts where we
 478      start retrieving data from, but how many frames "up" we start at is in
 479      BASE_SKIP by definition.  */
 480
 481   skip_frames = MAX (0, skip_frames - BASE_SKIP);
 482
 483   while (cnt < skip_frames)
 484     {
 485       current = (struct layout *) ((size_t) current->next + FRAME_OFFSET (1));
 486       cnt++;
 487     }
 488
 489   cnt = 0;
 490   while (cnt < size)
 491     {
 492       if (STOP_FRAME (current, top_stack) ||
 493           !VALID_STACK_FRAME(((char *) current->return_address) + PC_ADJUST))
 494         break;
 495
 496       if (current->return_address < exclude_min
 497           || current->return_address > exclude_max)
 498         array[cnt++] = ((char *) current->return_address) + PC_ADJUST;
 499
 500       current = (struct layout *) ((size_t) current->next + FRAME_OFFSET (1));
 501     }
 502
 503   return cnt;
 504 }
 505
 506 #else
 507
 508 /* No target specific implementation and neither USE_GCC_UNWINDER nor
 509    USE_GENERIC_UNWINDER defined.  */
 510
 511 /*------------------------------*
 512  *-- The dummy implementation --*
 513  *------------------------------*/
 514
 515 int
 516 __gnat_backtrace (void **array ATTRIBUTE_UNUSED,
 517                   int size ATTRIBUTE_UNUSED,
 518                   void *exclude_min ATTRIBUTE_UNUSED,
 519                   void *exclude_max ATTRIBUTE_UNUSED,
 520                   int skip_frames ATTRIBUTE_UNUSED)
 521 {
 522   return 0;
 523 }
 524
 525 #endif
 526
 527 #endif
 528
 529 #ifdef __cplusplus
 530 }
 531 #endif