action.cc

   1 #include <stdio.h>
   2 #define __STDC_FORMAT_MACROS
   3 #include <inttypes.h>
   4 #include <vector>
   5
   6 #include "model.h"
   7 #include "action.h"
   8 #include "clockvector.h"
   9 #include "common.h"
  10 #include "threads-model.h"
  11 #include "nodestack.h"
  12
  13 #define ACTION_INITIAL_CLOCK 0
  14
  15 /**
  16  * @brief Construct a new ModelAction
  17  *
  18  * @param type The type of action
  19  * @param order The memory order of this action. A "don't care" for non-ATOMIC
  20  * actions (e.g., THREAD_* or MODEL_* actions).
  21  * @param loc The location that this action acts upon
  22  * @param value (optional) A value associated with the action (e.g., the value
  23  * read or written). Defaults to a given macro constant, for debugging purposes.
  24  * @param thread (optional) The Thread in which this action occurred. If NULL
  25  * (default), then a Thread is assigned according to the scheduler.
  26  */
  27 ModelAction::ModelAction(action_type_t type, memory_order order, void *loc,
  28                 uint64_t value, Thread *thread) :
  29         type(type),
  30         order(order),
  31         location(loc),
  32         value(value),
  33         reads_from(NULL),
  34         node(NULL),
  35         seq_number(ACTION_INITIAL_CLOCK),
  36         cv(NULL),
  37         sleep_flag(false)
  38 {
  39         /* References to NULL atomic variables can end up here */
  40         ASSERT(loc || type == MODEL_FIXUP_RELSEQ);
  41
  42         Thread *t = thread ? thread : thread_current();
  43         this->tid = t->get_id();
  44 }
  45
  46 /** @brief ModelAction destructor */
  47 ModelAction::~ModelAction()
  48 {
  49         /**
  50          * We can't free the clock vector:
  51          * Clock vectors are snapshotting state. When we delete model actions,
  52          * they are at the end of the node list and have invalid old clock
  53          * vectors which have already been rolled back to an unallocated state.
  54          */
  55
  56         /*
  57          if (cv)
  58                 delete cv; */
  59 }
  60
  61 void ModelAction::copy_from_new(ModelAction *newaction)
  62 {
  63         seq_number = newaction->seq_number;
  64 }
  65
  66 void ModelAction::set_seq_number(modelclock_t num)
  67 {
  68         ASSERT(seq_number == ACTION_INITIAL_CLOCK);
  69         seq_number = num;
  70 }
  71
  72 bool ModelAction::is_relseq_fixup() const
  73 {
  74         return type == MODEL_FIXUP_RELSEQ;
  75 }
  76
  77 bool ModelAction::is_mutex_op() const
  78 {
  79         return type == ATOMIC_LOCK || type == ATOMIC_TRYLOCK || type == ATOMIC_UNLOCK || type == ATOMIC_WAIT || type == ATOMIC_NOTIFY_ONE || type == ATOMIC_NOTIFY_ALL;
  80 }
  81
  82 bool ModelAction::is_lock() const
  83 {
  84         return type == ATOMIC_LOCK;
  85 }
  86
  87 bool ModelAction::is_wait() const {
  88         return type == ATOMIC_WAIT;
  89 }
  90
  91 bool ModelAction::is_notify() const {
  92         return type==ATOMIC_NOTIFY_ONE || type==ATOMIC_NOTIFY_ALL;
  93 }
  94
  95 bool ModelAction::is_notify_one() const {
  96         return type==ATOMIC_NOTIFY_ONE;
  97 }
  98
  99 bool ModelAction::is_unlock() const
 100 {
 101         return type == ATOMIC_UNLOCK;
 102 }
 103
 104 bool ModelAction::is_trylock() const
 105 {
 106         return type == ATOMIC_TRYLOCK;
 107 }
 108
 109 bool ModelAction::is_success_lock() const
 110 {
 111         return type == ATOMIC_LOCK || (type == ATOMIC_TRYLOCK && value == VALUE_TRYSUCCESS);
 112 }
 113
 114 bool ModelAction::is_failed_trylock() const
 115 {
 116         return (type == ATOMIC_TRYLOCK && value == VALUE_TRYFAILED);
 117 }
 118
 119 bool ModelAction::is_read() const
 120 {
 121         return type == ATOMIC_READ || type == ATOMIC_RMWR || type == ATOMIC_RMW;
 122 }
 123
 124 bool ModelAction::is_write() const
 125 {
 126         return type == ATOMIC_WRITE || type == ATOMIC_RMW || type == ATOMIC_INIT;
 127 }
 128
 129 bool ModelAction::could_be_write() const
 130 {
 131         return is_write() || is_rmwr();
 132 }
 133
 134 bool ModelAction::is_rmwr() const
 135 {
 136         return type == ATOMIC_RMWR;
 137 }
 138
 139 bool ModelAction::is_rmw() const
 140 {
 141         return type == ATOMIC_RMW;
 142 }
 143
 144 bool ModelAction::is_rmwc() const
 145 {
 146         return type == ATOMIC_RMWC;
 147 }
 148
 149 bool ModelAction::is_fence() const
 150 {
 151         return type == ATOMIC_FENCE;
 152 }
 153
 154 bool ModelAction::is_initialization() const
 155 {
 156         return type == ATOMIC_INIT;
 157 }
 158
 159 bool ModelAction::is_relaxed() const
 160 {
 161         return order == std::memory_order_relaxed;
 162 }
 163
 164 bool ModelAction::is_acquire() const
 165 {
 166         switch (order) {
 167         case std::memory_order_acquire:
 168         case std::memory_order_acq_rel:
 169         case std::memory_order_seq_cst:
 170                 return true;
 171         default:
 172                 return false;
 173         }
 174 }
 175
 176 bool ModelAction::is_release() const
 177 {
 178         switch (order) {
 179         case std::memory_order_release:
 180         case std::memory_order_acq_rel:
 181         case std::memory_order_seq_cst:
 182                 return true;
 183         default:
 184                 return false;
 185         }
 186 }
 187
 188 bool ModelAction::is_seqcst() const
 189 {
 190         return order==std::memory_order_seq_cst;
 191 }
 192
 193 bool ModelAction::same_var(const ModelAction *act) const
 194 {
 195         if ( act->is_wait() || is_wait() ) {
 196                 if ( act->is_wait() && is_wait() ) {
 197                         if ( ((void *)value) == ((void *)act->value) )
 198                                 return true;
 199                 } else if ( is_wait() ) {
 200                         if ( ((void *)value) == act->location )
 201                                 return true;
 202                 } else if ( act->is_wait() ) {
 203                         if ( location == ((void *)act->value) )
 204                                 return true;
 205                 }
 206         }
 207
 208         return location == act->location;
 209 }
 210
 211 bool ModelAction::same_thread(const ModelAction *act) const
 212 {
 213         return tid == act->tid;
 214 }
 215
 216 void ModelAction::copy_typeandorder(ModelAction * act) {
 217         this->type = act->type;
 218         this->order = act->order;
 219 }
 220
 221 /** This method changes an existing read part of an RMW action into either:
 222  *  (1) a full RMW action in case of the completed write or
 223  *  (2) a READ action in case a failed action.
 224  * @todo  If the memory_order changes, we may potentially need to update our
 225  * clock vector.
 226  */
 227 void ModelAction::process_rmw(ModelAction * act) {
 228         this->order=act->order;
 229         if (act->is_rmwc())
 230                 this->type=ATOMIC_READ;
 231         else if (act->is_rmw()) {
 232                 this->type=ATOMIC_RMW;
 233                 this->value=act->value;
 234         }
 235 }
 236
 237 /** The is_synchronizing method should only explore interleavings if:
 238  *  (1) the operations are seq_cst and don't commute or
 239  *  (2) the reordering may establish or break a synchronization relation.
 240  *  Other memory operations will be dealt with by using the reads_from
 241  *  relation.
 242  *
 243  *  @param act is the action to consider exploring a reordering.
 244  *  @return tells whether we have to explore a reordering.
 245  */
 246 bool ModelAction::could_synchronize_with(const ModelAction *act) const
 247 {
 248         //Same thread can't be reordered
 249         if (same_thread(act))
 250                 return false;
 251
 252         // Different locations commute
 253         if (!same_var(act))
 254                 return false;
 255
 256         // Explore interleavings of seqcst writes to guarantee total order
 257         // of seq_cst operations that don't commute
 258         if ((could_be_write() || act->could_be_write()) && is_seqcst() && act->is_seqcst())
 259                 return true;
 260
 261         // Explore synchronizing read/write pairs
 262         if (is_read() && is_acquire() && act->could_be_write() && act->is_release())
 263                 return true;
 264
 265         //lock just released...we can grab lock
 266         if ((is_lock() ||is_trylock()) && (act->is_unlock()||act->is_wait()))
 267                 return true;
 268
 269         //lock just acquired...we can fail to grab lock
 270         if (is_trylock() && act->is_success_lock())
 271                 return true;
 272
 273         //other thread stalling on lock...we can release lock
 274         if (is_unlock() && (act->is_trylock()||act->is_lock()))
 275                 return true;
 276
 277         if (is_trylock() && (act->is_unlock()||act->is_wait()))
 278                 return true;
 279
 280         if ( is_notify() && act->is_wait() )
 281                 return true;
 282
 283         if ( is_wait() && act->is_notify() )
 284                 return true;
 285
 286         // Otherwise handle by reads_from relation
 287         return false;
 288 }
 289
 290 bool ModelAction::is_conflicting_lock(const ModelAction *act) const
 291 {
 292         //Must be different threads to reorder
 293         if (same_thread(act))
 294                 return false;
 295
 296         //Try to reorder a lock past a successful lock
 297         if (act->is_success_lock())
 298                 return true;
 299
 300         //Try to push a successful trylock past an unlock
 301         if (act->is_unlock() && is_trylock() && value == VALUE_TRYSUCCESS)
 302                 return true;
 303
 304         //Try to push a successful trylock past a wait
 305         if (act->is_wait() && is_trylock() && value == VALUE_TRYSUCCESS)
 306                 return true;
 307
 308         return false;
 309 }
 310
 311 /**
 312  * Create a new clock vector for this action. Note that this function allows a
 313  * user to clobber (and leak) a ModelAction's existing clock vector. A user
 314  * should ensure that the vector has already either been rolled back
 315  * (effectively "freed") or freed.
 316  *
 317  * @param parent A ModelAction from which to inherit a ClockVector
 318  */
 319 void ModelAction::create_cv(const ModelAction *parent)
 320 {
 321         if (parent)
 322                 cv = new ClockVector(parent->cv, this);
 323         else
 324                 cv = new ClockVector(NULL, this);
 325 }
 326
 327 void ModelAction::set_try_lock(bool obtainedlock) {
 328         if (obtainedlock)
 329                 value=VALUE_TRYSUCCESS;
 330         else
 331                 value=VALUE_TRYFAILED;
 332 }
 333
 334 /**
 335  * Update the model action's read_from action
 336  * @param act The action to read from; should be a write
 337  * @return True if this read established synchronization
 338  */
 339 bool ModelAction::read_from(const ModelAction *act)
 340 {
 341         ASSERT(cv);
 342         reads_from = act;
 343         if (act != NULL && this->is_acquire()) {
 344                 rel_heads_list_t release_heads;
 345                 model->get_release_seq_heads(this, &release_heads);
 346                 int num_heads = release_heads.size();
 347                 for (unsigned int i = 0; i < release_heads.size(); i++)
 348                         if (!synchronize_with(release_heads[i])) {
 349                                 model->set_bad_synchronization();
 350                                 num_heads--;
 351                         }
 352                 return num_heads > 0;
 353         }
 354         return false;
 355 }
 356
 357 /**
 358  * Synchronize the current thread with the thread corresponding to the
 359  * ModelAction parameter.
 360  * @param act The ModelAction to synchronize with
 361  * @return True if this is a valid synchronization; false otherwise
 362  */
 363 bool ModelAction::synchronize_with(const ModelAction *act) {
 364         if (*this < *act && type != THREAD_JOIN && type != ATOMIC_LOCK)
 365                 return false;
 366         model->check_promises(act->get_tid(), cv, act->cv);
 367         cv->merge(act->cv);
 368         return true;
 369 }
 370
 371 bool ModelAction::has_synchronized_with(const ModelAction *act) const
 372 {
 373         return cv->synchronized_since(act);
 374 }
 375
 376 /**
 377  * Check whether 'this' happens before act, according to the memory-model's
 378  * happens before relation. This is checked via the ClockVector constructs.
 379  * @return true if this action's thread has synchronized with act's thread
 380  * since the execution of act, false otherwise.
 381  */
 382 bool ModelAction::happens_before(const ModelAction *act) const
 383 {
 384         return act->cv->synchronized_since(this);
 385 }
 386
 387 /** @brief Print nicely-formatted info about this ModelAction */
 388 void ModelAction::print() const
 389 {
 390         const char *type_str, *mo_str;
 391         switch (this->type) {
 392         case MODEL_FIXUP_RELSEQ:
 393                 type_str = "relseq fixup";
 394                 break;
 395         case THREAD_CREATE:
 396                 type_str = "thread create";
 397                 break;
 398         case THREAD_START:
 399                 type_str = "thread start";
 400                 break;
 401         case THREAD_YIELD:
 402                 type_str = "thread yield";
 403                 break;
 404         case THREAD_JOIN:
 405                 type_str = "thread join";
 406                 break;
 407         case THREAD_FINISH:
 408                 type_str = "thread finish";
 409                 break;
 410         case ATOMIC_READ:
 411                 type_str = "atomic read";
 412                 break;
 413         case ATOMIC_WRITE:
 414                 type_str = "atomic write";
 415                 break;
 416         case ATOMIC_RMW:
 417                 type_str = "atomic rmw";
 418                 break;
 419         case ATOMIC_FENCE:
 420                 type_str = "fence";
 421                 break;
 422         case ATOMIC_RMWR:
 423                 type_str = "atomic rmwr";
 424                 break;
 425         case ATOMIC_RMWC:
 426                 type_str = "atomic rmwc";
 427                 break;
 428         case ATOMIC_INIT:
 429                 type_str = "init atomic";
 430                 break;
 431         case ATOMIC_LOCK:
 432                 type_str = "lock";
 433                 break;
 434         case ATOMIC_UNLOCK:
 435                 type_str = "unlock";
 436                 break;
 437         case ATOMIC_TRYLOCK:
 438                 type_str = "trylock";
 439                 break;
 440         case ATOMIC_WAIT:
 441                 type_str = "wait";
 442                 break;
 443         case ATOMIC_NOTIFY_ONE:
 444                 type_str = "notify one";
 445                 break;
 446         case ATOMIC_NOTIFY_ALL:
 447                 type_str = "notify all";
 448                 break;
 449         default:
 450                 type_str = "unknown type";
 451         }
 452
 453         uint64_t valuetoprint=type==ATOMIC_READ?(reads_from!=NULL?reads_from->value:VALUE_NONE):value;
 454
 455         switch (this->order) {
 456         case std::memory_order_relaxed:
 457                 mo_str = "relaxed";
 458                 break;
 459         case std::memory_order_acquire:
 460                 mo_str = "acquire";
 461                 break;
 462         case std::memory_order_release:
 463                 mo_str = "release";
 464                 break;
 465         case std::memory_order_acq_rel:
 466                 mo_str = "acq_rel";
 467                 break;
 468         case std::memory_order_seq_cst:
 469                 mo_str = "seq_cst";
 470                 break;
 471         default:
 472                 mo_str = "unknown";
 473                 break;
 474         }
 475
 476         model_print("(%4d) Thread: %-2d   Action: %-13s   MO: %7s  Loc: %14p   Value: %-#18" PRIx64,
 477                         seq_number, id_to_int(tid), type_str, mo_str, location, valuetoprint);
 478         if (is_read()) {
 479                 if (reads_from)
 480                         model_print("  Rf: %-3d", reads_from->get_seq_number());
 481                 else
 482                         model_print("  Rf: ?  ");
 483         }
 484         if (cv) {
 485                 if (is_read())
 486                         model_print(" ");
 487                 else
 488                         model_print("          ");
 489                 cv->print();
 490         } else
 491                 model_print("\n");
 492 }
 493
 494 /** @brief Print nicely-formatted info about this ModelAction */
 495 unsigned int ModelAction::hash() const
 496 {
 497         unsigned int hash=(unsigned int) this->type;
 498         hash^=((unsigned int)this->order)<<3;
 499         hash^=seq_number<<5;
 500         hash ^= id_to_int(tid) << 6;
 501
 502         if (is_read()) {
 503                 if (reads_from)
 504                         hash^=reads_from->get_seq_number();
 505         }
 506         return hash;
 507 }