56b6f29ed8eb2f8f9fe26e58c4159ca4fb7d734c
[external/binutils.git] / gold / icf.cc
1 // icf.cc -- Identical Code Folding.
2 //
3 // Copyright (C) 2009-2019 Free Software Foundation, Inc.
4 // Written by Sriraman Tallam <tmsriram@google.com>.
5
6 // This file is part of gold.
7
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 // the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
11 // (at your option) any later version.
12
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 // GNU General Public License for more details.
17
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the Free Software
20 // Foundation, Inc., 51 Franklin Street - Fifth Floor, Boston,
21 // MA 02110-1301, USA.
22
23 // Identical Code Folding Algorithm
24 // ----------------------------------
25 // Detecting identical functions is done here and the basic algorithm
26 // is as follows.  A checksum is computed on each foldable section using
27 // its contents and relocations.  If the symbol name corresponding to
28 // a relocation is known it is used to compute the checksum.  If the
29 // symbol name is not known the stringified name of the object and the
30 // section number pointed to by the relocation is used.  The checksums
31 // are stored as keys in a hash map and a section is identical to some
32 // other section if its checksum is already present in the hash map.
33 // Checksum collisions are handled by using a multimap and explicitly
34 // checking the contents when two sections have the same checksum.
35 //
36 // However, two functions A and B with identical text but with
37 // relocations pointing to different foldable sections can be identical if
38 // the corresponding foldable sections to which their relocations point to
39 // turn out to be identical.  Hence, this checksumming process must be
40 // done repeatedly until convergence is obtained.  Here is an example for
41 // the following case :
42 //
43 // int funcA ()               int funcB ()
44 // {                          {
45 //   return foo();              return goo();
46 // }                          }
47 //
48 // The functions funcA and funcB are identical if functions foo() and
49 // goo() are identical.
50 //
51 // Hence, as described above, we repeatedly do the checksumming,
52 // assigning identical functions to the same group, until convergence is
53 // obtained.  Now, we have two different ways to do this depending on how
54 // we initialize.
55 //
56 // Algorithm I :
57 // -----------
58 // We can start with marking all functions as different and repeatedly do
59 // the checksumming.  This has the advantage that we do not need to wait
60 // for convergence. We can stop at any point and correctness will be
61 // guaranteed although not all cases would have been found.  However, this
62 // has a problem that some cases can never be found even if it is run until
63 // convergence.  Here is an example with mutually recursive functions :
64 //
65 // int funcA (int a)            int funcB (int a)
66 // {                            {
67 //   if (a == 1)                  if (a == 1)
68 //     return 1;                    return 1;
69 //   return 1 + funcB(a - 1);     return 1 + funcA(a - 1);
70 // }                            }
71 //
72 // In this example funcA and funcB are identical and one of them could be
73 // folded into the other.  However, if we start with assuming that funcA
74 // and funcB are not identical, the algorithm, even after it is run to
75 // convergence, cannot detect that they are identical.  It should be noted
76 // that even if the functions were self-recursive, Algorithm I cannot catch
77 // that they are identical, at least as is.
78 //
79 // Algorithm II :
80 // ------------
81 // Here we start with marking all functions as identical and then repeat
82 // the checksumming until convergence.  This can detect the above case
83 // mentioned above.  It can detect all cases that Algorithm I can and more.
84 // However, the caveat is that it has to be run to convergence.  It cannot
85 // be stopped arbitrarily like Algorithm I as correctness cannot be
86 // guaranteed.  Algorithm II is not implemented.
87 //
88 // Algorithm I is used because experiments show that about three
89 // iterations are more than enough to achieve convergence. Algorithm I can
90 // handle recursive calls if it is changed to use a special common symbol
91 // for recursive relocs.  This seems to be the most common case that
92 // Algorithm I could not catch as is.  Mutually recursive calls are not
93 // frequent and Algorithm I wins because of its ability to be stopped
94 // arbitrarily.
95 //
96 // Caveat with using function pointers :
97 // ------------------------------------
98 //
99 // Programs using function pointer comparisons/checks should use function
100 // folding with caution as the result of such comparisons could be different
101 // when folding takes place.  This could lead to unexpected run-time
102 // behaviour.
103 //
104 // Safe Folding :
105 // ------------
106 //
107 // ICF in safe mode folds only ctors and dtors if their function pointers can
108 // never be taken.  Also, for X86-64, safe folding uses the relocation
109 // type to determine if a function's pointer is taken or not and only folds
110 // functions whose pointers are definitely not taken.
111 //
112 // Caveat with safe folding :
113 // ------------------------
114 //
115 // This applies only to x86_64.
116 //
117 // Position independent executables are created from PIC objects (compiled
118 // with -fPIC) and/or PIE objects (compiled with -fPIE).  For PIE objects, the
119 // relocation types for function pointer taken and a call are the same.
120 // Now, it is not always possible to tell if an object used in the link of
121 // a pie executable is a PIC object or a PIE object.  Hence, for pie
122 // executables, using relocation types to disambiguate function pointers is
123 // currently disabled.
124 //
125 // Further, it is not correct to use safe folding to build non-pie
126 // executables using PIC/PIE objects.  PIC/PIE objects have different
127 // relocation types for function pointers than non-PIC objects, and the
128 // current implementation of safe folding does not handle those relocation
129 // types.  Hence, if used, functions whose pointers are taken could still be
130 // folded causing unpredictable run-time behaviour if the pointers were used
131 // in comparisons.
132 //
133 // Notes regarding C++ exception handling :
134 // --------------------------------------
135 //
136 // It is possible for two sections to have identical text, identical
137 // relocations, but different exception handling metadata (unwind
138 // information in the .eh_frame section, and/or handler information in
139 // a .gcc_except_table section).  Thus, if a foldable section is
140 // referenced from a .eh_frame FDE, we must include in its checksum
141 // the contents of that FDE as well as of the CIE that the FDE refers
142 // to.  The CIE and FDE in turn probably contain relocations to the
143 // personality routine and LSDA, which are handled like any other
144 // relocation for ICF purposes.  This logic is helped by the fact that
145 // gcc with -ffunction-sections puts each function's LSDA in its own
146 // .gcc_except_table.<functionname> section.  Given sections for two
147 // functions with nontrivial exception handling logic, we will
148 // determine on the first iteration that their .gcc_except_table
149 // sections are identical and can be folded, and on the second
150 // iteration that their .text and .eh_frame contents (including the
151 // now-merged .gcc_except_table relocations for the LSDA) are
152 // identical and can be folded.
153 //
154 //
155 // How to run  : --icf=[safe|all|none]
156 // Optional parameters : --icf-iterations <num> --print-icf-sections
157 //
158 // Performance : Less than 20 % link-time overhead on industry strength
159 // applications.  Up to 6 %  text size reductions.
160
161 #include "gold.h"
162 #include "object.h"
163 #include "gc.h"
164 #include "icf.h"
165 #include "symtab.h"
166 #include "libiberty.h"
167 #include "demangle.h"
168 #include "elfcpp.h"
169 #include "int_encoding.h"
170
171 #include <limits>
172
173 namespace gold
174 {
175
176 // This function determines if a section or a group of identical
177 // sections has unique contents.  Such unique sections or groups can be
178 // declared final and need not be processed any further.
179 // Parameters :
180 // ID_SECTION : Vector mapping a section index to a Section_id pair.
181 // IS_SECN_OR_GROUP_UNIQUE : To check if a section or a group of identical
182 //                            sections is already known to be unique.
183 // SECTION_CONTENTS : Contains the section's text and relocs to sections
184 //                    that cannot be folded.   SECTION_CONTENTS are NULL
185 //                    implies that this function is being called for the
186 //                    first time before the first iteration of icf.
187
188 static void
189 preprocess_for_unique_sections(const std::vector<Section_id>& id_section,
190                                std::vector<bool>* is_secn_or_group_unique,
191                                std::vector<std::string>* section_contents)
192 {
193   Unordered_map<uint32_t, unsigned int> uniq_map;
194   std::pair<Unordered_map<uint32_t, unsigned int>::iterator, bool>
195     uniq_map_insert;
196
197   for (unsigned int i = 0; i < id_section.size(); i++)
198     {
199       if ((*is_secn_or_group_unique)[i])
200         continue;
201
202       uint32_t cksum;
203       Section_id secn = id_section[i];
204       section_size_type plen;
205       if (section_contents == NULL)
206         {
207           // Lock the object so we can read from it.  This is only called
208           // single-threaded from queue_middle_tasks, so it is OK to lock.
209           // Unfortunately we have no way to pass in a Task token.
210           const Task* dummy_task = reinterpret_cast<const Task*>(-1);
211           Task_lock_obj<Object> tl(dummy_task, secn.first);
212           const unsigned char* contents;
213           contents = secn.first->section_contents(secn.second,
214                                                   &plen,
215                                                   false);
216           cksum = xcrc32(contents, plen, 0xffffffff);
217         }
218       else
219         {
220           const unsigned char* contents_array = reinterpret_cast
221             <const unsigned char*>((*section_contents)[i].c_str());
222           cksum = xcrc32(contents_array, (*section_contents)[i].length(),
223                          0xffffffff);
224         }
225       uniq_map_insert = uniq_map.insert(std::make_pair(cksum, i));
226       if (uniq_map_insert.second)
227         {
228           (*is_secn_or_group_unique)[i] = true;
229         }
230       else
231         {
232           (*is_secn_or_group_unique)[i] = false;
233           (*is_secn_or_group_unique)[uniq_map_insert.first->second] = false;
234         }
235     }
236 }
237
238 // For SHF_MERGE sections that use REL relocations, the addend is stored in
239 // the text section at the relocation offset.  Read  the addend value given
240 // the pointer to the addend in the text section and the addend size.
241 // Update the addend value if a valid addend is found.
242 // Parameters:
243 // RELOC_ADDEND_PTR   : Pointer to the addend in the text section.
244 // ADDEND_SIZE        : The size of the addend.
245 // RELOC_ADDEND_VALUE : Pointer to the addend that is updated.
246
247 inline void
248 get_rel_addend(const unsigned char* reloc_addend_ptr,
249                const unsigned int addend_size,
250                uint64_t* reloc_addend_value)
251 {
252   switch (addend_size)
253     {
254     case 0:
255       break;
256     case 1:
257       *reloc_addend_value =
258         read_from_pointer<8>(reloc_addend_ptr);
259       break;
260     case 2:
261       *reloc_addend_value =
262           read_from_pointer<16>(reloc_addend_ptr);
263       break;
264     case 4:
265       *reloc_addend_value =
266         read_from_pointer<32>(reloc_addend_ptr);
267       break;
268     case 8:
269       *reloc_addend_value =
270         read_from_pointer<64>(reloc_addend_ptr);
271       break;
272     default:
273       gold_unreachable();
274     }
275 }
276
277 // This returns the buffer containing the section's contents, both
278 // text and relocs.  Relocs are differentiated as those pointing to
279 // sections that could be folded and those that cannot.  Only relocs
280 // pointing to sections that could be folded are recomputed on
281 // subsequent invocations of this function.
282 // Parameters  :
283 // FIRST_ITERATION    : true if it is the first invocation.
284 // FIXED_CACHE        : String that stores the portion of the result that
285 //                      does not change from iteration to iteration;
286 //                      written if first_iteration is true, read if it's false.
287 // SECN               : Section for which contents are desired.
288 // SELF_SECN          : Relocations that target this section will be
289 //                      considered "relocations to self" so that recursive
290 //                      functions can be folded. Should normally be the
291 //                      same as `secn` except when processing extra identity
292 //                      regions.
293 // NUM_TRACKED_RELOCS : Vector reference to store the number of relocs
294 //                      to ICF sections.
295 // KEPT_SECTION_ID    : Vector which maps folded sections to kept sections.
296 // START_OFFSET       : Only consider the part of the section at and after
297 //                      this offset.
298 // END_OFFSET         : Only consider the part of the section before this
299 //                      offset.
300
301 static std::string
302 get_section_contents(bool first_iteration,
303                      std::string* fixed_cache,
304                      const Section_id& secn,
305                      const Section_id& self_secn,
306                      unsigned int* num_tracked_relocs,
307                      Symbol_table* symtab,
308                      const std::vector<unsigned int>& kept_section_id,
309                      section_offset_type start_offset = 0,
310                      section_offset_type end_offset =
311                        std::numeric_limits<section_offset_type>::max())
312 {
313   section_size_type plen;
314   const unsigned char* contents = NULL;
315   if (first_iteration)
316     contents = secn.first->section_contents(secn.second, &plen, false);
317
318   // The buffer to hold all the contents including relocs.  A checksum
319   // is then computed on this buffer.
320   std::string buffer;
321   std::string icf_reloc_buffer;
322
323   Icf::Reloc_info_list& reloc_info_list = 
324     symtab->icf()->reloc_info_list();
325
326   Icf::Reloc_info_list::iterator it_reloc_info_list =
327     reloc_info_list.find(secn);
328
329   buffer.clear();
330   icf_reloc_buffer.clear();
331
332   // Process relocs and put them into the buffer.
333
334   if (it_reloc_info_list != reloc_info_list.end())
335     {
336       Icf::Sections_reachable_info &v =
337         (it_reloc_info_list->second).section_info;
338       // Stores the information of the symbol pointed to by the reloc.
339       const Icf::Symbol_info &s = (it_reloc_info_list->second).symbol_info;
340       // Stores the addend and the symbol value.
341       Icf::Addend_info &a = (it_reloc_info_list->second).addend_info;
342       // Stores the offset of the reloc.
343       const Icf::Offset_info &o = (it_reloc_info_list->second).offset_info;
344       const Icf::Reloc_addend_size_info &reloc_addend_size_info =
345         (it_reloc_info_list->second).reloc_addend_size_info;
346       Icf::Sections_reachable_info::iterator it_v = v.begin();
347       Icf::Symbol_info::const_iterator it_s = s.begin();
348       Icf::Addend_info::iterator it_a = a.begin();
349       Icf::Offset_info::const_iterator it_o = o.begin();
350       Icf::Reloc_addend_size_info::const_iterator it_addend_size =
351         reloc_addend_size_info.begin();
352
353       for (; it_v != v.end(); ++it_v, ++it_s, ++it_a, ++it_o, ++it_addend_size)
354         {
355           Symbol* gsym = *it_s;
356           bool is_section_symbol = false;
357
358           // Ignore relocations outside the region we were told to look at
359           if (static_cast<section_offset_type>(*it_o) < start_offset
360               || static_cast<section_offset_type>(*it_o) >= end_offset)
361             continue;
362
363           // A -1 value in the symbol vector indicates a local section symbol.
364           if (gsym == reinterpret_cast<Symbol*>(-1))
365             {
366               is_section_symbol = true;
367               gsym = NULL;
368             }
369
370           if (first_iteration
371               && it_v->first != NULL)
372             {
373               Symbol_location loc;
374               loc.object = it_v->first;
375               loc.shndx = it_v->second;
376               loc.offset = convert_types<off_t, long long>(it_a->first
377                                                            + it_a->second);
378               // Look through function descriptors
379               parameters->target().function_location(&loc);
380               if (loc.shndx != it_v->second)
381                 {
382                   it_v->second = loc.shndx;
383                   // Modify symvalue/addend to the code entry.
384                   it_a->first = loc.offset;
385                   it_a->second = 0;
386                 }
387             }
388
389           // ADDEND_STR stores the symbol value and addend and offset,
390           // each at most 16 hex digits long.  it_a points to a pair
391           // where first is the symbol value and second is the
392           // addend.
393           char addend_str[50];
394
395           // It would be nice if we could use format macros in inttypes.h
396           // here but there are not in ISO/IEC C++ 1998.
397           snprintf(addend_str, sizeof(addend_str), "%llx %llx %llx",
398                    static_cast<long long>((*it_a).first),
399                    static_cast<long long>((*it_a).second),
400                    static_cast<unsigned long long>(*it_o - start_offset));
401
402           // If the symbol pointed to by the reloc is not in an ordinary
403           // section or if the symbol type is not FROM_OBJECT, then the
404           // object is NULL.
405           if (it_v->first == NULL)
406             {
407               if (first_iteration)
408                 {
409                   // If the symbol name is available, use it.
410                   if (gsym != NULL)
411                       buffer.append(gsym->name());
412                   // Append the addend.
413                   buffer.append(addend_str);
414                   buffer.append("@");
415                 }
416               continue;
417             }
418
419           Section_id reloc_secn(it_v->first, it_v->second);
420
421           // If this reloc turns back and points to the same section,
422           // like a recursive call, use a special symbol to mark this.
423           if (reloc_secn.first == self_secn.first
424               && reloc_secn.second == self_secn.second)
425             {
426               if (first_iteration)
427                 {
428                   buffer.append("R");
429                   buffer.append(addend_str);
430                   buffer.append("@");
431                 }
432               continue;
433             }
434           Icf::Uniq_secn_id_map& section_id_map =
435             symtab->icf()->section_to_int_map();
436           Icf::Uniq_secn_id_map::iterator section_id_map_it =
437             section_id_map.find(reloc_secn);
438           bool is_sym_preemptible = (gsym != NULL
439                                      && !gsym->is_from_dynobj()
440                                      && !gsym->is_undefined()
441                                      && gsym->is_preemptible());
442           if (!is_sym_preemptible
443               && section_id_map_it != section_id_map.end())
444             {
445               // This is a reloc to a section that might be folded.
446               if (num_tracked_relocs)
447                 (*num_tracked_relocs)++;
448
449               char kept_section_str[10];
450               unsigned int secn_id = section_id_map_it->second;
451               snprintf(kept_section_str, sizeof(kept_section_str), "%u",
452                        kept_section_id[secn_id]);
453               if (first_iteration)
454                 {
455                   buffer.append("ICF_R");
456                   buffer.append(addend_str);
457                 }
458               icf_reloc_buffer.append(kept_section_str);
459               // Append the addend.
460               icf_reloc_buffer.append(addend_str);
461               icf_reloc_buffer.append("@");
462             }
463           else
464             {
465               // This is a reloc to a section that cannot be folded.
466               // Process it only in the first iteration.
467               if (!first_iteration)
468                 continue;
469
470               uint64_t secn_flags = (it_v->first)->section_flags(it_v->second);
471               // This reloc points to a merge section.  Hash the
472               // contents of this section.
473               if ((secn_flags & elfcpp::SHF_MERGE) != 0
474                   && parameters->target().can_icf_inline_merge_sections())
475                 {
476                   uint64_t entsize =
477                     (it_v->first)->section_entsize(it_v->second);
478                   long long offset = it_a->first;
479
480                   // Handle SHT_RELA and SHT_REL addends. Only one of these
481                   // addends exists. When pointing to a merge section, the
482                   // addend only matters if it's relative to a section
483                   // symbol. In order to unambiguously identify the target
484                   // of the relocation, the compiler (and assembler) must use
485                   // a local non-section symbol unless Symbol+Addend does in
486                   // fact point directly to the target. (In other words,
487                   // a bias for a pc-relative reference or a non-zero based
488                   // access forces the use of a local symbol, and the addend
489                   // is used only to provide that bias.)
490                   uint64_t reloc_addend_value = 0;
491                   if (is_section_symbol)
492                     {
493                       // Get the SHT_RELA addend.  For RELA relocations,
494                       // we have the addend from the relocation.
495                       reloc_addend_value = it_a->second;
496
497                       // Handle SHT_REL addends.
498                       // For REL relocations, we need to fetch the addend
499                       // from the section contents.
500                       const unsigned char* reloc_addend_ptr =
501                         contents + static_cast<unsigned long long>(*it_o);
502
503                       // Update the addend value with the SHT_REL addend if
504                       // available.
505                       get_rel_addend(reloc_addend_ptr, *it_addend_size,
506                                      &reloc_addend_value);
507
508                       // Ignore the addend when it is a negative value.
509                       // See the comments in Merged_symbol_value::value
510                       // in object.h.
511                       if (reloc_addend_value < 0xffffff00)
512                         offset = offset + reloc_addend_value;
513                     }
514
515                   section_size_type secn_len;
516
517                   const unsigned char* str_contents =
518                   (it_v->first)->section_contents(it_v->second,
519                                                   &secn_len,
520                                                   false) + offset;
521                   gold_assert (offset < (long long) secn_len);
522
523                   if ((secn_flags & elfcpp::SHF_STRINGS) != 0)
524                     {
525                       // String merge section.
526                       const char* str_char =
527                         reinterpret_cast<const char*>(str_contents);
528                       switch(entsize)
529                         {
530                         case 1:
531                           {
532                             buffer.append(str_char);
533                             break;
534                           }
535                         case 2:
536                           {
537                             const uint16_t* ptr_16 =
538                               reinterpret_cast<const uint16_t*>(str_char);
539                             unsigned int strlen_16 = 0;
540                             // Find the NULL character.
541                             while(*(ptr_16 + strlen_16) != 0)
542                                 strlen_16++;
543                             buffer.append(str_char, strlen_16 * 2);
544                           }
545                           break;
546                         case 4:
547                           {
548                             const uint32_t* ptr_32 =
549                               reinterpret_cast<const uint32_t*>(str_char);
550                             unsigned int strlen_32 = 0;
551                             // Find the NULL character.
552                             while(*(ptr_32 + strlen_32) != 0)
553                                 strlen_32++;
554                             buffer.append(str_char, strlen_32 * 4);
555                           }
556                           break;
557                         default:
558                           gold_unreachable();
559                         }
560                     }
561                   else
562                     {
563                       // Use the entsize to determine the length to copy.
564                       uint64_t bufsize = entsize;
565                       // If entsize is too big, copy all the remaining bytes.
566                       if ((offset + entsize) > secn_len)
567                         bufsize = secn_len - offset;
568                       buffer.append(reinterpret_cast<const
569                                                      char*>(str_contents),
570                                     bufsize);
571                     }
572                   buffer.append("@");
573                 }
574               else if (gsym != NULL)
575                 {
576                   // If symbol name is available use that.
577                   buffer.append(gsym->name());
578                   // Append the addend.
579                   buffer.append(addend_str);
580                   buffer.append("@");
581                 }
582               else
583                 {
584                   // Symbol name is not available, like for a local symbol,
585                   // use object and section id.
586                   buffer.append(it_v->first->name());
587                   char secn_id[10];
588                   snprintf(secn_id, sizeof(secn_id), "%u",it_v->second);
589                   buffer.append(secn_id);
590                   // Append the addend.
591                   buffer.append(addend_str);
592                   buffer.append("@");
593                 }
594             }
595         }
596     }
597
598   if (first_iteration)
599     {
600       buffer.append("Contents = ");
601
602       const unsigned char* slice_end =
603         contents + std::min<section_offset_type>(plen, end_offset);
604
605       if (contents + start_offset < slice_end)
606         {
607           buffer.append(reinterpret_cast<const char*>(contents + start_offset),
608                         slice_end - (contents + start_offset));
609         }
610     }
611
612   // Add any extra identity regions.
613   std::pair<Icf::Extra_identity_list::const_iterator,
614             Icf::Extra_identity_list::const_iterator>
615     extra_range = symtab->icf()->extra_identity_list().equal_range(secn);
616   for (Icf::Extra_identity_list::const_iterator it_ext = extra_range.first;
617        it_ext != extra_range.second; ++it_ext)
618     {
619       std::string external_fixed;
620       std::string external_all =
621         get_section_contents(first_iteration, &external_fixed,
622                              it_ext->second.section, self_secn,
623                              num_tracked_relocs, symtab,
624                              kept_section_id, it_ext->second.offset,
625                              it_ext->second.offset + it_ext->second.length);
626       buffer.append(external_fixed);
627       icf_reloc_buffer.append(external_all, external_fixed.length(),
628                               std::string::npos);
629     }
630
631   if (first_iteration)
632     {
633       // Store the section contents that don't change to avoid recomputing
634       // during the next call to this function.
635       *fixed_cache = buffer;
636     }
637   else
638     {
639       gold_assert(buffer.empty());
640
641       // Reuse the contents computed in the previous iteration.
642       buffer.append(*fixed_cache);
643     }
644
645   buffer.append(icf_reloc_buffer);
646   return buffer;
647 }
648
649 // This function computes a checksum on each section to detect and form
650 // groups of identical sections.  The first iteration does this for all 
651 // sections.
652 // Further iterations do this only for the kept sections from each group to
653 // determine if larger groups of identical sections could be formed.  The
654 // first section in each group is the kept section for that group.
655 //
656 // CRC32 is the checksumming algorithm and can have collisions.  That is,
657 // two sections with different contents can have the same checksum. Hence,
658 // a multimap is used to maintain more than one group of checksum
659 // identical sections.  A section is added to a group only after its
660 // contents are explicitly compared with the kept section of the group.
661 //
662 // Parameters  :
663 // ITERATION_NUM           : Invocation instance of this function.
664 // NUM_TRACKED_RELOCS : Vector reference to store the number of relocs
665 //                      to ICF sections.
666 // KEPT_SECTION_ID    : Vector which maps folded sections to kept sections.
667 // ID_SECTION         : Vector mapping a section to an unique integer.
668 // IS_SECN_OR_GROUP_UNIQUE : To check if a section or a group of identical
669 //                            sections is already known to be unique.
670 // SECTION_CONTENTS   : Store the section's text and relocs to non-ICF
671 //                      sections.
672
673 static bool
674 match_sections(unsigned int iteration_num,
675                Symbol_table* symtab,
676                std::vector<unsigned int>* num_tracked_relocs,
677                std::vector<unsigned int>* kept_section_id,
678                const std::vector<Section_id>& id_section,
679                const std::vector<uint64_t>& section_addraligns,
680                std::vector<bool>* is_secn_or_group_unique,
681                std::vector<std::string>* section_contents)
682 {
683   Unordered_multimap<uint32_t, unsigned int> section_cksum;
684   std::pair<Unordered_multimap<uint32_t, unsigned int>::iterator,
685             Unordered_multimap<uint32_t, unsigned int>::iterator> key_range;
686   bool converged = true;
687
688   if (iteration_num == 1)
689     preprocess_for_unique_sections(id_section,
690                                    is_secn_or_group_unique,
691                                    NULL);
692   else
693     preprocess_for_unique_sections(id_section,
694                                    is_secn_or_group_unique,
695                                    section_contents);
696
697   std::vector<std::string> full_section_contents;
698
699   for (unsigned int i = 0; i < id_section.size(); i++)
700     {
701       full_section_contents.push_back("");
702       if ((*is_secn_or_group_unique)[i])
703         continue;
704
705       Section_id secn = id_section[i];
706
707       // Lock the object so we can read from it.  This is only called
708       // single-threaded from queue_middle_tasks, so it is OK to lock.
709       // Unfortunately we have no way to pass in a Task token.
710       const Task* dummy_task = reinterpret_cast<const Task*>(-1);
711       Task_lock_obj<Object> tl(dummy_task, secn.first);
712
713       std::string this_secn_contents;
714       uint32_t cksum;
715       std::string* this_secn_cache = &((*section_contents)[i]);
716       if (iteration_num == 1)
717         {
718           unsigned int num_relocs = 0;
719           this_secn_contents = get_section_contents(true, this_secn_cache,
720                                                     secn, secn, &num_relocs,
721                                                     symtab, (*kept_section_id));
722           (*num_tracked_relocs)[i] = num_relocs;
723         }
724       else
725         {
726           if ((*kept_section_id)[i] != i)
727             {
728               // This section is already folded into something.
729               continue;
730             }
731           this_secn_contents = get_section_contents(false, this_secn_cache,
732                                                     secn, secn, NULL,
733                                                     symtab, (*kept_section_id));
734         }
735
736       const unsigned char* this_secn_contents_array =
737             reinterpret_cast<const unsigned char*>(this_secn_contents.c_str());
738       cksum = xcrc32(this_secn_contents_array, this_secn_contents.length(),
739                      0xffffffff);
740       size_t count = section_cksum.count(cksum);
741
742       if (count == 0)
743         {
744           // Start a group with this cksum.
745           section_cksum.insert(std::make_pair(cksum, i));
746           full_section_contents[i] = this_secn_contents;
747         }
748       else
749         {
750           key_range = section_cksum.equal_range(cksum);
751           Unordered_multimap<uint32_t, unsigned int>::iterator it;
752           // Search all the groups with this cksum for a match.
753           for (it = key_range.first; it != key_range.second; ++it)
754             {
755               unsigned int kept_section = it->second;
756               if (full_section_contents[kept_section].length()
757                   != this_secn_contents.length())
758                   continue;
759               if (memcmp(full_section_contents[kept_section].c_str(),
760                          this_secn_contents.c_str(),
761                          this_secn_contents.length()) != 0)
762                   continue;
763
764               // Check section alignment here.
765               // The section with the larger alignment requirement
766               // should be kept.  We assume alignment can only be 
767               // zero or positive integral powers of two.
768               uint64_t align_i = section_addraligns[i];
769               uint64_t align_kept = section_addraligns[kept_section];
770               if (align_i <= align_kept)
771                 {
772                   (*kept_section_id)[i] = kept_section;
773                 }
774               else
775                 {
776                   (*kept_section_id)[kept_section] = i;
777                   it->second = i;
778                   full_section_contents[kept_section].swap(
779                       full_section_contents[i]);
780                 }
781
782               converged = false;
783               break;
784             }
785           if (it == key_range.second)
786             {
787               // Create a new group for this cksum.
788               section_cksum.insert(std::make_pair(cksum, i));
789               full_section_contents[i] = this_secn_contents;
790             }
791         }
792       // If there are no relocs to foldable sections do not process
793       // this section any further.
794       if (iteration_num == 1 && (*num_tracked_relocs)[i] == 0)
795         (*is_secn_or_group_unique)[i] = true;
796     }
797
798   // If a section was folded into another section that was later folded
799   // again then the former has to be updated.
800   for (unsigned int i = 0; i < id_section.size(); i++)
801     {
802       // Find the end of the folding chain
803       unsigned int kept = i;
804       while ((*kept_section_id)[kept] != kept)
805         {
806           kept = (*kept_section_id)[kept];
807         }
808       // Update every element of the chain
809       unsigned int current = i;
810       while ((*kept_section_id)[current] != kept)
811         {
812           unsigned int next = (*kept_section_id)[current];
813           (*kept_section_id)[current] = kept;
814           current = next;
815         }
816     }
817
818   return converged;
819 }
820
821 // During safe icf (--icf=safe), only fold functions that are ctors or dtors.
822 // This function returns true if the section name is that of a ctor or a dtor.
823
824 static bool
825 is_function_ctor_or_dtor(const std::string& section_name)
826 {
827   const char* mangled_func_name = strrchr(section_name.c_str(), '.');
828   gold_assert(mangled_func_name != NULL);
829   if ((is_prefix_of("._ZN", mangled_func_name)
830        || is_prefix_of("._ZZ", mangled_func_name))
831       && (is_gnu_v3_mangled_ctor(mangled_func_name + 1)
832           || is_gnu_v3_mangled_dtor(mangled_func_name + 1)))
833     {
834       return true;
835     }
836   return false;
837 }
838
839 // Iterate through the .eh_frame section that has index
840 // `ehframe_shndx` in `object`, adding entries to extra_identity_list_
841 // that will cause the contents of each FDE and its CIE to be included
842 // in the logical ICF identity of the function that the FDE refers to.
843
844 bool
845 Icf::add_ehframe_links(Relobj* object, unsigned int ehframe_shndx,
846                        Reloc_info& relocs)
847 {
848   section_size_type contents_len;
849   const unsigned char* pcontents = object->section_contents(ehframe_shndx,
850                                                             &contents_len,
851                                                             false);
852   const unsigned char* p = pcontents;
853   const unsigned char* pend = pcontents + contents_len;
854
855   Sections_reachable_info::iterator it_target = relocs.section_info.begin();
856   Sections_reachable_info::iterator it_target_end = relocs.section_info.end();
857   Offset_info::iterator it_offset = relocs.offset_info.begin();
858   Offset_info::iterator it_offset_end = relocs.offset_info.end();
859
860   // Maps section offset to the length of the CIE defined at that offset.
861   typedef Unordered_map<section_offset_type, section_size_type> Cie_map;
862   Cie_map cies;
863
864   uint32_t (*read_swap_32)(const unsigned char*);
865   if (object->is_big_endian())
866     read_swap_32 = &elfcpp::Swap<32, true>::readval;
867   else
868     read_swap_32 = &elfcpp::Swap<32, false>::readval;
869
870   // TODO: The logic for parsing the CIE/FDE framing is copied from
871   // Eh_frame::do_add_ehframe_input_section() and might want to be
872   // factored into a shared helper function.
873   while (p < pend)
874     {
875       if (pend - p < 4)
876         return false;
877
878       unsigned int len = read_swap_32(p);
879       p += 4;
880       if (len == 0)
881         {
882           // We should only find a zero-length entry at the end of the
883           // section.
884           if (p < pend)
885             return false;
886           break;
887         }
888       // We don't support a 64-bit .eh_frame.
889       if (len == 0xffffffff)
890         return false;
891       if (static_cast<unsigned int>(pend - p) < len)
892         return false;
893
894       const unsigned char* const pentend = p + len;
895
896       if (pend - p < 4)
897         return false;
898
899       unsigned int id = read_swap_32(p);
900       p += 4;
901
902       if (id == 0)
903         {
904           // CIE.
905           cies.insert(std::make_pair(p - pcontents, len - 4));
906         }
907       else
908         {
909           // FDE.
910           Cie_map::const_iterator it;
911           it = cies.find((p - pcontents) - (id - 4));
912           if (it == cies.end())
913             return false;
914
915           // Figure out which section this FDE refers into. The word at `p`
916           // is an address, and we expect to see a relocation there. If not,
917           // this FDE isn't ICF-relevant.
918           while (it_offset != it_offset_end
919                  && it_target != it_target_end
920                  && static_cast<ptrdiff_t>(*it_offset) < (p - pcontents))
921             {
922               ++it_offset;
923               ++it_target;
924             }
925           if (it_offset != it_offset_end
926               && it_target != it_target_end
927               && static_cast<ptrdiff_t>(*it_offset) == (p - pcontents))
928             {
929               // Found a reloc. Add this FDE and its CIE as extra identity
930               // info for the section it refers to.
931               Extra_identity_info rec_fde = {Section_id(object, ehframe_shndx),
932                                              p - pcontents, len - 4};
933               Extra_identity_info rec_cie = {Section_id(object, ehframe_shndx),
934                                              it->first, it->second};
935               extra_identity_list_.insert(std::make_pair(*it_target, rec_fde));
936               extra_identity_list_.insert(std::make_pair(*it_target, rec_cie));
937             }
938         }
939
940       p = pentend;
941     }
942
943   return true;
944 }
945
946 // This is the main ICF function called in gold.cc.  This does the
947 // initialization and calls match_sections repeatedly (thrice by default)
948 // which computes the crc checksums and detects identical functions.
949
950 void
951 Icf::find_identical_sections(const Input_objects* input_objects,
952                              Symbol_table* symtab)
953 {
954   unsigned int section_num = 0;
955   std::vector<unsigned int> num_tracked_relocs;
956   std::vector<uint64_t> section_addraligns;
957   std::vector<bool> is_secn_or_group_unique;
958   std::vector<std::string> section_contents;
959   const Target& target = parameters->target();
960
961   // Decide which sections are possible candidates first.
962
963   for (Input_objects::Relobj_iterator p = input_objects->relobj_begin();
964        p != input_objects->relobj_end();
965        ++p)
966     {
967       // Lock the object so we can read from it.  This is only called
968       // single-threaded from queue_middle_tasks, so it is OK to lock.
969       // Unfortunately we have no way to pass in a Task token.
970       const Task* dummy_task = reinterpret_cast<const Task*>(-1);
971       Task_lock_obj<Object> tl(dummy_task, *p);
972       std::vector<unsigned int> eh_frame_ind;
973
974       for (unsigned int i = 0; i < (*p)->shnum(); ++i)
975         {
976           const std::string section_name = (*p)->section_name(i);
977           if (!is_section_foldable_candidate(section_name))
978             {
979               if (is_prefix_of(".eh_frame", section_name.c_str()))
980                 eh_frame_ind.push_back(i);
981               continue;
982             }
983
984           if (!(*p)->is_section_included(i))
985             continue;
986           if (parameters->options().gc_sections()
987               && symtab->gc()->is_section_garbage(*p, i))
988               continue;
989           // With --icf=safe, check if the mangled function name is a ctor
990           // or a dtor.  The mangled function name can be obtained from the
991           // section name by stripping the section prefix.
992           if (parameters->options().icf_safe_folding()
993               && !is_function_ctor_or_dtor(section_name)
994               && (!target.can_check_for_function_pointers()
995                   || section_has_function_pointers(*p, i)))
996             {
997               continue;
998             }
999           this->id_section_.push_back(Section_id(*p, i));
1000           this->section_id_[Section_id(*p, i)] = section_num;
1001           this->kept_section_id_.push_back(section_num);
1002           num_tracked_relocs.push_back(0);
1003           section_addraligns.push_back((*p)->section_addralign(i));
1004           is_secn_or_group_unique.push_back(false);
1005           section_contents.push_back("");
1006           section_num++;
1007         }
1008
1009       for (std::vector<unsigned int>::iterator it_eh_ind = eh_frame_ind.begin();
1010            it_eh_ind != eh_frame_ind.end(); ++it_eh_ind)
1011         {
1012           // gc_process_relocs() recorded relocations for this
1013           // section even though we can't fold it. We need to
1014           // use those relocations to associate other foldable
1015           // sections with the FDEs and CIEs that are relevant
1016           // to them, so we can avoid merging sections that
1017           // don't have identical exception-handling behavior.
1018
1019           Section_id sect(*p, *it_eh_ind);
1020           Reloc_info_list::iterator it_rel = this->reloc_info_list().find(sect);
1021           if (it_rel != this->reloc_info_list().end())
1022             {
1023               if (!add_ehframe_links(*p, *it_eh_ind, it_rel->second))
1024                 {
1025                   gold_warning(_("could not parse eh_frame section %s(%s); ICF "
1026                                  "might not preserve exception handling "
1027                                  "behavior"),
1028                                (*p)->name().c_str(),
1029                                (*p)->section_name(*it_eh_ind).c_str());
1030                 }
1031             }
1032         }
1033     }
1034
1035   unsigned int num_iterations = 0;
1036
1037   // Default number of iterations to run ICF is 3.
1038   unsigned int max_iterations = (parameters->options().icf_iterations() > 0)
1039                             ? parameters->options().icf_iterations()
1040                             : 3;
1041
1042   bool converged = false;
1043
1044   while (!converged && (num_iterations < max_iterations))
1045     {
1046       num_iterations++;
1047       converged = match_sections(num_iterations, symtab,
1048                                  &num_tracked_relocs, &this->kept_section_id_,
1049                                  this->id_section_, section_addraligns,
1050                                  &is_secn_or_group_unique, &section_contents);
1051     }
1052
1053   if (parameters->options().print_icf_sections())
1054     {
1055       if (converged)
1056         gold_info(_("%s: ICF Converged after %u iteration(s)"),
1057                   program_name, num_iterations);
1058       else
1059         gold_info(_("%s: ICF stopped after %u iteration(s)"),
1060                   program_name, num_iterations);
1061     }
1062
1063   // Unfold --keep-unique symbols.
1064   for (options::String_set::const_iterator p =
1065          parameters->options().keep_unique_begin();
1066        p != parameters->options().keep_unique_end();
1067        ++p)
1068     {
1069       const char* name = p->c_str();
1070       Symbol* sym = symtab->lookup(name);
1071       if (sym == NULL)
1072         {
1073           gold_warning(_("Could not find symbol %s to unfold\n"), name);
1074         }
1075       else if (sym->source() == Symbol::FROM_OBJECT 
1076                && !sym->object()->is_dynamic())
1077         {
1078           Relobj* obj = static_cast<Relobj*>(sym->object());
1079           bool is_ordinary;
1080           unsigned int shndx = sym->shndx(&is_ordinary);
1081           if (is_ordinary)
1082             {
1083               this->unfold_section(obj, shndx);
1084             }
1085         }
1086
1087     }
1088
1089   this->icf_ready();
1090 }
1091
1092 // Unfolds the section denoted by OBJ and SHNDX if folded.
1093
1094 void
1095 Icf::unfold_section(Relobj* obj, unsigned int shndx)
1096 {
1097   Section_id secn(obj, shndx);
1098   Uniq_secn_id_map::iterator it = this->section_id_.find(secn);
1099   if (it == this->section_id_.end())
1100     return;
1101   unsigned int section_num = it->second;
1102   unsigned int kept_section_id = this->kept_section_id_[section_num];
1103   if (kept_section_id != section_num)
1104     this->kept_section_id_[section_num] = section_num;
1105 }
1106
1107 // This function determines if the section corresponding to the
1108 // given object and index is folded based on if the kept section
1109 // is different from this section.
1110
1111 bool
1112 Icf::is_section_folded(Relobj* obj, unsigned int shndx)
1113 {
1114   Section_id secn(obj, shndx);
1115   Uniq_secn_id_map::iterator it = this->section_id_.find(secn);
1116   if (it == this->section_id_.end())
1117     return false;
1118   unsigned int section_num = it->second;
1119   unsigned int kept_section_id = this->kept_section_id_[section_num];
1120   return kept_section_id != section_num;
1121 }
1122
1123 // This function returns the folded section for the given section.
1124
1125 Section_id
1126 Icf::get_folded_section(Relobj* dup_obj, unsigned int dup_shndx)
1127 {
1128   Section_id dup_secn(dup_obj, dup_shndx);
1129   Uniq_secn_id_map::iterator it = this->section_id_.find(dup_secn);
1130   gold_assert(it != this->section_id_.end());
1131   unsigned int section_num = it->second;
1132   unsigned int kept_section_id = this->kept_section_id_[section_num];
1133   Section_id folded_section = this->id_section_[kept_section_id];
1134   return folded_section;
1135 }
1136
1137 } // End of namespace gold.