src/libpanic_unwind/gcc.rs

   1 //! Implementation of panics backed by libgcc/libunwind (in some form).
   2 //!
   3 //! For background on exception handling and stack unwinding please see
   4 //! "Exception Handling in LLVM" (llvm.org/docs/ExceptionHandling.html) and
   5 //! documents linked from it.
   6 //! These are also good reads:
   7 //!     https://itanium-cxx-abi.github.io/cxx-abi/abi-eh.html
   8 //!     http://monoinfinito.wordpress.com/series/exception-handling-in-c/
   9 //!     http://www.airs.com/blog/index.php?s=exception+frames
  10 //!
  11 //! ## A brief summary
  12 //!
  13 //! Exception handling happens in two phases: a search phase and a cleanup
  14 //! phase.
  15 //!
  16 //! In both phases the unwinder walks stack frames from top to bottom using
  17 //! information from the stack frame unwind sections of the current process's
  18 //! modules ("module" here refers to an OS module, i.e., an executable or a
  19 //! dynamic library).
  20 //!
  21 //! For each stack frame, it invokes the associated "personality routine", whose
  22 //! address is also stored in the unwind info section.
  23 //!
  24 //! In the search phase, the job of a personality routine is to examine
  25 //! exception object being thrown, and to decide whether it should be caught at
  26 //! that stack frame. Once the handler frame has been identified, cleanup phase
  27 //! begins.
  28 //!
  29 //! In the cleanup phase, the unwinder invokes each personality routine again.
  30 //! This time it decides which (if any) cleanup code needs to be run for
  31 //! the current stack frame. If so, the control is transferred to a special
  32 //! branch in the function body, the "landing pad", which invokes destructors,
  33 //! frees memory, etc. At the end of the landing pad, control is transferred
  34 //! back to the unwinder and unwinding resumes.
  35 //!
  36 //! Once stack has been unwound down to the handler frame level, unwinding stops
  37 //! and the last personality routine transfers control to the catch block.
  38 //!
  39 //! ## `eh_personality` and `eh_unwind_resume`
  40 //!
  41 //! These language items are used by the compiler when generating unwind info.
  42 //! The first one is the personality routine described above. The second one
  43 //! allows compilation target to customize the process of resuming unwind at the
  44 //! end of the landing pads. `eh_unwind_resume` is used only if
  45 //! `custom_unwind_resume` flag in the target options is set.
  46
  47 #![allow(private_no_mangle_fns)]
  48
  49 use alloc::boxed::Box;
  50 use core::any::Any;
  51
  52 use crate::dwarf::eh::{self, EHAction, EHContext};
  53 use libc::{c_int, uintptr_t};
  54 use unwind as uw;
  55
  56 #[repr(C)]
  57 struct Exception {
  58     _uwe: uw::_Unwind_Exception,
  59     cause: Box<dyn Any + Send>,
  60 }
  61
  62 pub unsafe fn panic(data: Box<dyn Any + Send>) -> u32 {
  63     let exception = Box::new(Exception {
  64         _uwe: uw::_Unwind_Exception {
  65             exception_class: rust_exception_class(),
  66             exception_cleanup,
  67             private: [0; uw::unwinder_private_data_size],
  68         },
  69         cause: data,
  70     });
  71     let exception_param = Box::into_raw(exception) as *mut uw::_Unwind_Exception;
  72     return uw::_Unwind_RaiseException(exception_param) as u32;
  73
  74     extern "C" fn exception_cleanup(
  75         _unwind_code: uw::_Unwind_Reason_Code,
  76         exception: *mut uw::_Unwind_Exception,
  77     ) {
  78         unsafe {
  79             let _: Box<Exception> = Box::from_raw(exception as *mut Exception);
  80             super::__rust_drop_panic();
  81         }
  82     }
  83 }
  84
  85 pub type Payload = *mut u8;
  86
  87 pub unsafe fn cleanup(ptr: *mut u8) -> Box<dyn Any + Send> {
  88     let exception = Box::from_raw(ptr as *mut Exception);
  89     exception.cause
  90 }
  91
  92 // Rust's exception class identifier.  This is used by personality routines to
  93 // determine whether the exception was thrown by their own runtime.
  94 fn rust_exception_class() -> uw::_Unwind_Exception_Class {
  95     // M O Z \0  R U S T -- vendor, language
  96     0x4d4f5a_00_52555354
  97 }
  98
  99 // Register ids were lifted from LLVM's TargetLowering::getExceptionPointerRegister()
 100 // and TargetLowering::getExceptionSelectorRegister() for each architecture,
 101 // then mapped to DWARF register numbers via register definition tables
 102 // (typically <arch>RegisterInfo.td, search for "DwarfRegNum").
 103 // See also http://llvm.org/docs/WritingAnLLVMBackend.html#defining-a-register.
 104
 105 #[cfg(target_arch = "x86")]
 106 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (0, 2); // EAX, EDX
 107
 108 #[cfg(target_arch = "x86_64")]
 109 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (0, 1); // RAX, RDX
 110
 111 #[cfg(any(target_arch = "arm", target_arch = "aarch64"))]
 112 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (0, 1); // R0, R1 / X0, X1
 113
 114 #[cfg(any(target_arch = "mips", target_arch = "mips64"))]
 115 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (4, 5); // A0, A1
 116
 117 #[cfg(any(target_arch = "powerpc", target_arch = "powerpc64"))]
 118 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (3, 4); // R3, R4 / X3, X4
 119
 120 #[cfg(target_arch = "s390x")]
 121 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (6, 7); // R6, R7
 122
 123 #[cfg(target_arch = "sparc64")]
 124 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (24, 25); // I0, I1
 125
 126 #[cfg(target_arch = "hexagon")]
 127 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (0, 1); // R0, R1
 128
 129 #[cfg(target_arch = "riscv64")]
 130 const UNWIND_DATA_REG: (i32, i32) = (10, 11); // x10, x11
 131
 132 // The following code is based on GCC's C and C++ personality routines.  For reference, see:
 133 // https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/master/libstdc++-v3/libsupc++/eh_personality.cc
 134 // https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/trunk/libgcc/unwind-c.c
 135
 136 cfg_if::cfg_if! {
 137     if #[cfg(all(target_arch = "arm", not(target_os = "ios"), not(target_os = "netbsd")))] {
 138         // ARM EHABI personality routine.
 139         // http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.ihi0038b/IHI0038B_ehabi.pdf
 140         //
 141         // iOS uses the default routine instead since it uses SjLj unwinding.
 142         #[lang = "eh_personality"]
 143         #[no_mangle]
 144         unsafe extern "C" fn rust_eh_personality(state: uw::_Unwind_State,
 145                                                  exception_object: *mut uw::_Unwind_Exception,
 146                                                  context: *mut uw::_Unwind_Context)
 147                                                  -> uw::_Unwind_Reason_Code {
 148             let state = state as c_int;
 149             let action = state & uw::_US_ACTION_MASK as c_int;
 150             let search_phase = if action == uw::_US_VIRTUAL_UNWIND_FRAME as c_int {
 151                 // Backtraces on ARM will call the personality routine with
 152                 // state == _US_VIRTUAL_UNWIND_FRAME | _US_FORCE_UNWIND. In those cases
 153                 // we want to continue unwinding the stack, otherwise all our backtraces
 154                 // would end at __rust_try
 155                 if state & uw::_US_FORCE_UNWIND as c_int != 0 {
 156                     return continue_unwind(exception_object, context);
 157                 }
 158                 true
 159             } else if action == uw::_US_UNWIND_FRAME_STARTING as c_int {
 160                 false
 161             } else if action == uw::_US_UNWIND_FRAME_RESUME as c_int {
 162                 return continue_unwind(exception_object, context);
 163             } else {
 164                 return uw::_URC_FAILURE;
 165             };
 166
 167             // The DWARF unwinder assumes that _Unwind_Context holds things like the function
 168             // and LSDA pointers, however ARM EHABI places them into the exception object.
 169             // To preserve signatures of functions like _Unwind_GetLanguageSpecificData(), which
 170             // take only the context pointer, GCC personality routines stash a pointer to
 171             // exception_object in the context, using location reserved for ARM's
 172             // "scratch register" (r12).
 173             uw::_Unwind_SetGR(context,
 174                               uw::UNWIND_POINTER_REG,
 175                               exception_object as uw::_Unwind_Ptr);
 176             // ...A more principled approach would be to provide the full definition of ARM's
 177             // _Unwind_Context in our libunwind bindings and fetch the required data from there
 178             // directly, bypassing DWARF compatibility functions.
 179
 180             let exception_class = (*exception_object).exception_class;
 181             let foreign_exception = exception_class != rust_exception_class();
 182             let eh_action = match find_eh_action(context, foreign_exception) {
 183                 Ok(action) => action,
 184                 Err(_) => return uw::_URC_FAILURE,
 185             };
 186             if search_phase {
 187                 match eh_action {
 188                     EHAction::None |
 189                     EHAction::Cleanup(_) => return continue_unwind(exception_object, context),
 190                     EHAction::Catch(_) => {
 191                         // EHABI requires the personality routine to update the
 192                         // SP value in the barrier cache of the exception object.
 193                         (*exception_object).private[5] =
 194                             uw::_Unwind_GetGR(context, uw::UNWIND_SP_REG);
 195                         return uw::_URC_HANDLER_FOUND;
 196                     }
 197                     EHAction::Terminate => return uw::_URC_FAILURE,
 198                 }
 199             } else {
 200                 match eh_action {
 201                     EHAction::None => return continue_unwind(exception_object, context),
 202                     EHAction::Cleanup(lpad) |
 203                     EHAction::Catch(lpad) => {
 204                         uw::_Unwind_SetGR(context, UNWIND_DATA_REG.0,
 205                                           exception_object as uintptr_t);
 206                         uw::_Unwind_SetGR(context, UNWIND_DATA_REG.1, 0);
 207                         uw::_Unwind_SetIP(context, lpad);
 208                         return uw::_URC_INSTALL_CONTEXT;
 209                     }
 210                     EHAction::Terminate => return uw::_URC_FAILURE,
 211                 }
 212             }
 213
 214             // On ARM EHABI the personality routine is responsible for actually
 215             // unwinding a single stack frame before returning (ARM EHABI Sec. 6.1).
 216             unsafe fn continue_unwind(exception_object: *mut uw::_Unwind_Exception,
 217                                       context: *mut uw::_Unwind_Context)
 218                                       -> uw::_Unwind_Reason_Code {
 219                 if __gnu_unwind_frame(exception_object, context) == uw::_URC_NO_REASON {
 220                     uw::_URC_CONTINUE_UNWIND
 221                 } else {
 222                     uw::_URC_FAILURE
 223                 }
 224             }
 225             // defined in libgcc
 226             extern "C" {
 227                 fn __gnu_unwind_frame(exception_object: *mut uw::_Unwind_Exception,
 228                                       context: *mut uw::_Unwind_Context)
 229                                       -> uw::_Unwind_Reason_Code;
 230             }
 231         }
 232     } else {
 233         // Default personality routine, which is used directly on most targets
 234         // and indirectly on Windows x86_64 via SEH.
 235         unsafe extern "C" fn rust_eh_personality_impl(version: c_int,
 236                                                       actions: uw::_Unwind_Action,
 237                                                       exception_class: uw::_Unwind_Exception_Class,
 238                                                       exception_object: *mut uw::_Unwind_Exception,
 239                                                       context: *mut uw::_Unwind_Context)
 240                                                       -> uw::_Unwind_Reason_Code {
 241             if version != 1 {
 242                 return uw::_URC_FATAL_PHASE1_ERROR;
 243             }
 244             let foreign_exception = exception_class != rust_exception_class();
 245             let eh_action = match find_eh_action(context, foreign_exception) {
 246                 Ok(action) => action,
 247                 Err(_) => return uw::_URC_FATAL_PHASE1_ERROR,
 248             };
 249             if actions as i32 & uw::_UA_SEARCH_PHASE as i32 != 0 {
 250                 match eh_action {
 251                     EHAction::None |
 252                     EHAction::Cleanup(_) => uw::_URC_CONTINUE_UNWIND,
 253                     EHAction::Catch(_) => uw::_URC_HANDLER_FOUND,
 254                     EHAction::Terminate => uw::_URC_FATAL_PHASE1_ERROR,
 255                 }
 256             } else {
 257                 match eh_action {
 258                     EHAction::None => uw::_URC_CONTINUE_UNWIND,
 259                     EHAction::Cleanup(lpad) |
 260                     EHAction::Catch(lpad) => {
 261                         uw::_Unwind_SetGR(context, UNWIND_DATA_REG.0,
 262                             exception_object as uintptr_t);
 263                         uw::_Unwind_SetGR(context, UNWIND_DATA_REG.1, 0);
 264                         uw::_Unwind_SetIP(context, lpad);
 265                         uw::_URC_INSTALL_CONTEXT
 266                     }
 267                     EHAction::Terminate => uw::_URC_FATAL_PHASE2_ERROR,
 268                 }
 269             }
 270         }
 271
 272         cfg_if::cfg_if! {
 273             if #[cfg(all(windows, target_arch = "x86_64", target_env = "gnu"))] {
 274                 // On x86_64 MinGW targets, the unwinding mechanism is SEH however the unwind
 275                 // handler data (aka LSDA) uses GCC-compatible encoding.
 276                 #[lang = "eh_personality"]
 277                 #[no_mangle]
 278                 #[allow(nonstandard_style)]
 279                 unsafe extern "C" fn rust_eh_personality(exceptionRecord: *mut uw::EXCEPTION_RECORD,
 280                         establisherFrame: uw::LPVOID,
 281                         contextRecord: *mut uw::CONTEXT,
 282                         dispatcherContext: *mut uw::DISPATCHER_CONTEXT)
 283                         -> uw::EXCEPTION_DISPOSITION {
 284                     uw::_GCC_specific_handler(exceptionRecord,
 285                                              establisherFrame,
 286                                              contextRecord,
 287                                              dispatcherContext,
 288                                              rust_eh_personality_impl)
 289                 }
 290             } else {
 291                 // The personality routine for most of our targets.
 292                 #[lang = "eh_personality"]
 293                 #[no_mangle]
 294                 unsafe extern "C" fn rust_eh_personality(version: c_int,
 295                         actions: uw::_Unwind_Action,
 296                         exception_class: uw::_Unwind_Exception_Class,
 297                         exception_object: *mut uw::_Unwind_Exception,
 298                         context: *mut uw::_Unwind_Context)
 299                         -> uw::_Unwind_Reason_Code {
 300                     rust_eh_personality_impl(version,
 301                                              actions,
 302                                              exception_class,
 303                                              exception_object,
 304                                              context)
 305                 }
 306             }
 307         }
 308     }
 309 }
 310
 311 unsafe fn find_eh_action(
 312     context: *mut uw::_Unwind_Context,
 313     foreign_exception: bool,
 314 ) -> Result<EHAction, ()> {
 315     let lsda = uw::_Unwind_GetLanguageSpecificData(context) as *const u8;
 316     let mut ip_before_instr: c_int = 0;
 317     let ip = uw::_Unwind_GetIPInfo(context, &mut ip_before_instr);
 318     let eh_context = EHContext {
 319         // The return address points 1 byte past the call instruction,
 320         // which could be in the next IP range in LSDA range table.
 321         ip: if ip_before_instr != 0 { ip } else { ip - 1 },
 322         func_start: uw::_Unwind_GetRegionStart(context),
 323         get_text_start: &|| uw::_Unwind_GetTextRelBase(context),
 324         get_data_start: &|| uw::_Unwind_GetDataRelBase(context),
 325     };
 326     eh::find_eh_action(lsda, &eh_context, foreign_exception)
 327 }
 328
 329 // See docs in the `unwind` module.
 330 #[cfg(all(
 331     target_os = "windows",
 332     any(target_arch = "x86", target_arch = "x86_64"),
 333     target_env = "gnu"
 334 ))]
 335 #[lang = "eh_unwind_resume"]
 336 #[unwind(allowed)]
 337 unsafe extern "C" fn rust_eh_unwind_resume(panic_ctx: *mut u8) -> ! {
 338     uw::_Unwind_Resume(panic_ctx as *mut uw::_Unwind_Exception);
 339 }
 340
 341 // Frame unwind info registration
 342 //
 343 // Each module's image contains a frame unwind info section (usually
 344 // ".eh_frame").  When a module is loaded/unloaded into the process, the
 345 // unwinder must be informed about the location of this section in memory. The
 346 // methods of achieving that vary by the platform.  On some (e.g., Linux), the
 347 // unwinder can discover unwind info sections on its own (by dynamically
 348 // enumerating currently loaded modules via the dl_iterate_phdr() API and
 349 // finding their ".eh_frame" sections); Others, like Windows, require modules
 350 // to actively register their unwind info sections via unwinder API.
 351 //
 352 // This module defines two symbols which are referenced and called from
 353 // rsbegin.rs to register our information with the GCC runtime. The
 354 // implementation of stack unwinding is (for now) deferred to libgcc_eh, however
 355 // Rust crates use these Rust-specific entry points to avoid potential clashes
 356 // with any GCC runtime.
 357 #[cfg(all(target_os = "windows", target_arch = "x86", target_env = "gnu"))]
 358 pub mod eh_frame_registry {
 359     extern "C" {
 360         fn __register_frame_info(eh_frame_begin: *const u8, object: *mut u8);
 361         fn __deregister_frame_info(eh_frame_begin: *const u8, object: *mut u8);
 362     }
 363
 364     #[no_mangle]
 365     pub unsafe extern "C" fn rust_eh_register_frames(eh_frame_begin: *const u8, object: *mut u8) {
 366         __register_frame_info(eh_frame_begin, object);
 367     }
 368
 369     #[no_mangle]
 370     pub unsafe extern "C" fn rust_eh_unregister_frames(eh_frame_begin: *const u8, object: *mut u8) {
 371         __deregister_frame_info(eh_frame_begin, object);
 372     }
 373 }