action.cc

   1 #include <stdio.h>
   2 #define __STDC_FORMAT_MACROS
   3 #include <inttypes.h>
   4 #include <stdlib.h>
   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 #include "wildcard.h"
  13
  14 #define ACTION_INITIAL_CLOCK 0
  15
  16 /** @brief A special value to represent a successful trylock */
  17 #define VALUE_TRYSUCCESS 1
  18
  19 /** @brief A special value to represent a failed trylock */
  20 #define VALUE_TRYFAILED 0
  21
  22 /**
  23  * @brief Construct a new ModelAction
  24  *
  25  * @param type The type of action
  26  * @param order The memory order of this action. A "don't care" for non-ATOMIC
  27  * actions (e.g., THREAD_* or MODEL_* actions).
  28  * @param loc The location that this action acts upon
  29  * @param value (optional) A value associated with the action (e.g., the value
  30  * read or written). Defaults to a given macro constant, for debugging purposes.
  31  * @param thread (optional) The Thread in which this action occurred. If NULL
  32  * (default), then a Thread is assigned according to the scheduler.
  33  */
  34 ModelAction::ModelAction(action_type_t type, memory_order order, void *loc,
  35                 uint64_t value, Thread *thread) :
  36         type(type),
  37         order(order),
  38         original_order(order),
  39         location(loc),
  40         value(value),
  41         reads_from(NULL),
  42         reads_from_promise(NULL),
  43         last_fence_release(NULL),
  44         node(NULL),
  45         seq_number(ACTION_INITIAL_CLOCK),
  46         cv(NULL),
  47         sleep_flag(false)
  48 {
  49         /* References to NULL atomic variables can end up here */
  50         ASSERT(loc || type == ATOMIC_FENCE || type == MODEL_FIXUP_RELSEQ);
  51
  52         Thread *t = thread ? thread : thread_current();
  53         this->tid = t->get_id();
  54 }
  55
  56 /** @brief ModelAction destructor */
  57 ModelAction::~ModelAction()
  58 {
  59         /**
  60          * We can't free the clock vector:
  61          * Clock vectors are snapshotting state. When we delete model actions,
  62          * they are at the end of the node list and have invalid old clock
  63          * vectors which have already been rolled back to an unallocated state.
  64          */
  65
  66         /*
  67          if (cv)
  68                 delete cv; */
  69 }
  70
  71 void ModelAction::copy_from_new(ModelAction *newaction)
  72 {
  73         seq_number = newaction->seq_number;
  74 }
  75
  76 void ModelAction::set_seq_number(modelclock_t num)
  77 {
  78         /* ATOMIC_UNINIT actions should never have non-zero clock */
  79         ASSERT(!is_uninitialized());
  80         ASSERT(seq_number == ACTION_INITIAL_CLOCK);
  81         seq_number = num;
  82 }
  83
  84 bool ModelAction::is_thread_start() const
  85 {
  86         return type == THREAD_START;
  87 }
  88
  89 bool ModelAction::is_thread_join() const
  90 {
  91         return type == THREAD_JOIN || type == PTHREAD_JOIN;
  92 }
  93
  94 bool ModelAction::is_relseq_fixup() const
  95 {
  96         return type == MODEL_FIXUP_RELSEQ;
  97 }
  98
  99 bool ModelAction::is_mutex_op() const
 100 {
 101         return type == ATOMIC_LOCK || type == ATOMIC_TRYLOCK || type == ATOMIC_UNLOCK || type == ATOMIC_WAIT || type == ATOMIC_NOTIFY_ONE || type == ATOMIC_NOTIFY_ALL;
 102 }
 103
 104 bool ModelAction::is_lock() const
 105 {
 106         return type == ATOMIC_LOCK;
 107 }
 108
 109 bool ModelAction::is_wait() const {
 110         return type == ATOMIC_WAIT;
 111 }
 112
 113 bool ModelAction::is_notify() const {
 114         return type == ATOMIC_NOTIFY_ONE || type == ATOMIC_NOTIFY_ALL;
 115 }
 116
 117 bool ModelAction::is_notify_one() const {
 118         return type == ATOMIC_NOTIFY_ONE;
 119 }
 120
 121 bool ModelAction::is_unlock() const
 122 {
 123         return type == ATOMIC_UNLOCK;
 124 }
 125
 126 bool ModelAction::is_trylock() const
 127 {
 128         return type == ATOMIC_TRYLOCK;
 129 }
 130
 131 bool ModelAction::is_success_lock() const
 132 {
 133         return type == ATOMIC_LOCK || (type == ATOMIC_TRYLOCK && value == VALUE_TRYSUCCESS);
 134 }
 135
 136 bool ModelAction::is_failed_trylock() const
 137 {
 138         return (type == ATOMIC_TRYLOCK && value == VALUE_TRYFAILED);
 139 }
 140
 141 /** @return True if this operation is performed on a C/C++ atomic variable */
 142 bool ModelAction::is_atomic_var() const
 143 {
 144         return is_read() || could_be_write();
 145 }
 146
 147 bool ModelAction::is_uninitialized() const
 148 {
 149         return type == ATOMIC_UNINIT;
 150 }
 151
 152 bool ModelAction::is_read() const
 153 {
 154         return type == ATOMIC_READ || type == ATOMIC_RMWR || type == ATOMIC_RMW;
 155 }
 156
 157 bool ModelAction::is_write() const
 158 {
 159         return type == ATOMIC_WRITE || type == ATOMIC_RMW || type == ATOMIC_INIT || type == ATOMIC_UNINIT;
 160 }
 161
 162 bool ModelAction::could_be_write() const
 163 {
 164         return is_write() || is_rmwr();
 165 }
 166
 167 bool ModelAction::is_yield() const
 168 {
 169         return type == THREAD_YIELD;
 170 }
 171
 172 bool ModelAction::is_rmwr() const
 173 {
 174         return type == ATOMIC_RMWR;
 175 }
 176
 177 bool ModelAction::is_rmw() const
 178 {
 179         return type == ATOMIC_RMW;
 180 }
 181
 182 bool ModelAction::is_rmwc() const
 183 {
 184         return type == ATOMIC_RMWC;
 185 }
 186
 187 bool ModelAction::is_fence() const
 188 {
 189         return type == ATOMIC_FENCE;
 190 }
 191
 192 bool ModelAction::is_initialization() const
 193 {
 194         return type == ATOMIC_INIT;
 195 }
 196
 197 bool ModelAction::is_annotation() const
 198 {
 199         return type == ATOMIC_ANNOTATION;
 200 }
 201
 202 bool ModelAction::is_relaxed() const
 203 {
 204         return order == std::memory_order_relaxed;
 205 }
 206
 207 bool ModelAction::is_acquire() const
 208 {
 209         switch (order) {
 210         case std::memory_order_acquire:
 211         case std::memory_order_acq_rel:
 212         case std::memory_order_seq_cst:
 213                 return true;
 214         default:
 215                 return false;
 216         }
 217 }
 218
 219 bool ModelAction::is_release() const
 220 {
 221         switch (order) {
 222         case std::memory_order_release:
 223         case std::memory_order_acq_rel:
 224         case std::memory_order_seq_cst:
 225                 return true;
 226         default:
 227                 return false;
 228         }
 229 }
 230
 231 bool ModelAction::is_seqcst() const
 232 {
 233         return order == std::memory_order_seq_cst;
 234 }
 235
 236 bool ModelAction::same_var(const ModelAction *act) const
 237 {
 238         if (act->is_wait() || is_wait()) {
 239                 if (act->is_wait() && is_wait()) {
 240                         if (((void *)value) == ((void *)act->value))
 241                                 return true;
 242                 } else if (is_wait()) {
 243                         if (((void *)value) == act->location)
 244                                 return true;
 245                 } else if (act->is_wait()) {
 246                         if (location == ((void *)act->value))
 247                                 return true;
 248                 }
 249         }
 250
 251         return location == act->location;
 252 }
 253
 254 bool ModelAction::same_thread(const ModelAction *act) const
 255 {
 256         return tid == act->tid;
 257 }
 258
 259 void ModelAction::copy_typeandorder(ModelAction * act)
 260 {
 261         this->type = act->type;
 262         this->order = act->order;
 263 }
 264
 265 /**
 266  * Get the Thread which is the operand of this action. This is only valid for
 267  * THREAD_* operations (currently only for THREAD_CREATE and THREAD_JOIN). Note
 268  * that this provides a central place for determining the conventions of Thread
 269  * storage in ModelAction, where we generally aren't very type-safe (e.g., we
 270  * store object references in a (void *) address.
 271  *
 272  * For THREAD_CREATE, this yields the Thread which is created.
 273  * For THREAD_JOIN, this yields the Thread we are joining with.
 274  *
 275  * @return The Thread which this action acts on, if exists; otherwise NULL
 276  */
 277 Thread * ModelAction::get_thread_operand() const
 278 {
 279         if (type == THREAD_CREATE) {
 280                 /* thread_operand is set in execution.cc */
 281                 return thread_operand;
 282         } else if (type == PTHREAD_CREATE) {
 283                 return thread_operand;
 284         } else if (type == THREAD_JOIN) {
 285                 /* THREAD_JOIN uses (Thread *) for location */
 286                 return (Thread *)get_location();
 287         } else if (type == PTHREAD_JOIN) {
 288                 // return NULL;
 289                 // thread_operand is stored in execution::pthread_map;
 290                 return (Thread *)get_location();
 291         } else
 292                 return NULL;
 293 }
 294
 295 /**
 296  * @brief Convert the read portion of an RMW
 297  *
 298  * Changes an existing read part of an RMW action into either:
 299  *  -# a full RMW action in case of the completed write or
 300  *  -# a READ action in case a failed action.
 301  *
 302  * @todo  If the memory_order changes, we may potentially need to update our
 303  * clock vector.
 304  *
 305  * @param act The second half of the RMW (either RMWC or RMW)
 306  */
 307 void ModelAction::process_rmw(ModelAction *act)
 308 {
 309         this->order = act->order;
 310         if (act->is_rmwc())
 311                 this->type = ATOMIC_READ;
 312         else if (act->is_rmw()) {
 313                 this->type = ATOMIC_RMW;
 314                 this->value = act->value;
 315         }
 316 }
 317
 318 /**
 319  * @brief Check if this action should be backtracked with another, due to
 320  * potential synchronization
 321  *
 322  * The is_synchronizing method should only explore interleavings if:
 323  *  -# the operations are seq_cst and don't commute or
 324  *  -# the reordering may establish or break a synchronization relation.
 325  *
 326  * Other memory operations will be dealt with by using the reads_from relation.
 327  *
 328  * @param act The action to consider exploring a reordering
 329  * @return True, if we have to explore a reordering; otherwise false
 330  */
 331 bool ModelAction::could_synchronize_with(const ModelAction *act) const
 332 {
 333         // Same thread can't be reordered
 334         if (same_thread(act))
 335                 return false;
 336
 337         // Different locations commute
 338         if (!same_var(act) && !is_fence() && !act->is_fence())
 339                 return false;
 340
 341         // Explore interleavings of seqcst writes/fences to guarantee total
 342         // order of seq_cst operations that don't commute
 343         if ((could_be_write() || act->could_be_write() || is_fence() || act->is_fence()) && is_seqcst() && act->is_seqcst())
 344                 return true;
 345
 346         // Explore synchronizing read/write pairs
 347         if (is_acquire() && act->is_release() && is_read() && act->could_be_write())
 348                 return true;
 349
 350         // lock just released...we can grab lock
 351         if ((is_lock() || is_trylock()) && (act->is_unlock() || act->is_wait()))
 352                 return true;
 353
 354         // lock just acquired...we can fail to grab lock
 355         if (is_trylock() && act->is_success_lock())
 356                 return true;
 357
 358         // other thread stalling on lock...we can release lock
 359         if (is_unlock() && (act->is_trylock() || act->is_lock()))
 360                 return true;
 361
 362         if (is_trylock() && (act->is_unlock() || act->is_wait()))
 363                 return true;
 364
 365         if (is_notify() && act->is_wait())
 366                 return true;
 367
 368         if (is_wait() && act->is_notify())
 369                 return true;
 370
 371         // Otherwise handle by reads_from relation
 372         return false;
 373 }
 374
 375 bool ModelAction::is_conflicting_lock(const ModelAction *act) const
 376 {
 377         // Must be different threads to reorder
 378         if (same_thread(act))
 379                 return false;
 380
 381         // Try to reorder a lock past a successful lock
 382         if (act->is_success_lock())
 383                 return true;
 384
 385         // Try to push a successful trylock past an unlock
 386         if (act->is_unlock() && is_trylock() && value == VALUE_TRYSUCCESS)
 387                 return true;
 388
 389         // Try to push a successful trylock past a wait
 390         if (act->is_wait() && is_trylock() && value == VALUE_TRYSUCCESS)
 391                 return true;
 392
 393         return false;
 394 }
 395
 396 /**
 397  * Create a new clock vector for this action. Note that this function allows a
 398  * user to clobber (and leak) a ModelAction's existing clock vector. A user
 399  * should ensure that the vector has already either been rolled back
 400  * (effectively "freed") or freed.
 401  *
 402  * @param parent A ModelAction from which to inherit a ClockVector
 403  */
 404 void ModelAction::create_cv(const ModelAction *parent)
 405 {
 406         if (parent)
 407                 cv = new ClockVector(parent->cv, this);
 408         else
 409                 cv = new ClockVector(NULL, this);
 410 }
 411
 412 void ModelAction::set_try_lock(bool obtainedlock)
 413 {
 414         value = obtainedlock ? VALUE_TRYSUCCESS : VALUE_TRYFAILED;
 415 }
 416
 417 /**
 418  * @brief Get the value read by this load
 419  *
 420  * We differentiate this function from ModelAction::get_write_value and
 421  * ModelAction::get_value for the purpose of RMW's, which may have both a
 422  * 'read' and a 'write' value.
 423  *
 424  * Note: 'this' must be a load.
 425  *
 426  * @return The value read by this load
 427  */
 428 uint64_t ModelAction::get_reads_from_value() const
 429 {
 430         ASSERT(is_read());
 431         if (reads_from)
 432                 return reads_from->get_write_value();
 433         else if (reads_from_promise)
 434                 return reads_from_promise->get_value();
 435         return VALUE_NONE; /* Only for new actions with no reads-from */
 436 }
 437
 438 /**
 439  * @brief Get the value written by this store
 440  *
 441  * We differentiate this function from ModelAction::get_reads_from_value and
 442  * ModelAction::get_value for the purpose of RMW's, which may have both a
 443  * 'read' and a 'write' value.
 444  *
 445  * Note: 'this' must be a store.
 446  *
 447  * @return The value written by this store
 448  */
 449 uint64_t ModelAction::get_write_value() const
 450 {
 451         ASSERT(is_write());
 452         return value;
 453 }
 454
 455 /**
 456  * @brief Get the value returned by this action
 457  *
 458  * For atomic reads (including RMW), an operation returns the value it read.
 459  * For atomic writes, an operation returns the value it wrote. For other
 460  * operations, the return value varies (sometimes is a "don't care"), but the
 461  * value is simply stored in the "value" field.
 462  *
 463  * @return This action's return value
 464  */
 465 uint64_t ModelAction::get_return_value() const
 466 {
 467         if (is_read())
 468                 return get_reads_from_value();
 469         else if (is_write())
 470                 return get_write_value();
 471         else
 472                 return value;
 473 }
 474
 475 /** @return The Node associated with this ModelAction */
 476 Node * ModelAction::get_node() const
 477 {
 478         /* UNINIT actions do not have a Node */
 479         ASSERT(!is_uninitialized());
 480         return node;
 481 }
 482
 483 /**
 484  * Update the model action's read_from action
 485  * @param act The action to read from; should be a write
 486  */
 487 void ModelAction::set_read_from(const ModelAction *act)
 488 {
 489         ASSERT(act);
 490
 491         reads_from = act;
 492         reads_from_promise = NULL;
 493
 494         if (act->is_uninitialized()) { // WL
 495                 uint64_t val = *((uint64_t *) location);
 496                 ModelAction * act_initialized = (ModelAction *)act;
 497                 act_initialized->set_value(val);
 498                 reads_from = (const ModelAction *)act_initialized;
 499
 500 // disabled by WL, because LLVM IR is unable to detect atomic init
 501 /*              model->assert_bug("May read from uninitialized atomic:\n"
 502                                 "    action %d, thread %d, location %p (%s, %s)",
 503                                 seq_number, id_to_int(tid), location,
 504                                 get_type_str(), get_mo_str());
 505 */
 506         }
 507 }
 508
 509 /**
 510  * Set this action's read-from promise
 511  * @param promise The promise to read from
 512  */
 513 void ModelAction::set_read_from_promise(Promise *promise)
 514 {
 515         ASSERT(is_read());
 516         reads_from_promise = promise;
 517         reads_from = NULL;
 518 }
 519
 520 /**
 521  * Synchronize the current thread with the thread corresponding to the
 522  * ModelAction parameter.
 523  * @param act The ModelAction to synchronize with
 524  * @return True if this is a valid synchronization; false otherwise
 525  */
 526 bool ModelAction::synchronize_with(const ModelAction *act)
 527 {
 528         if (*this < *act)
 529                 return false;
 530         cv->merge(act->cv);
 531         return true;
 532 }
 533
 534 bool ModelAction::has_synchronized_with(const ModelAction *act) const
 535 {
 536         return cv->synchronized_since(act);
 537 }
 538
 539 /**
 540  * Check whether 'this' happens before act, according to the memory-model's
 541  * happens before relation. This is checked via the ClockVector constructs.
 542  * @return true if this action's thread has synchronized with act's thread
 543  * since the execution of act, false otherwise.
 544  */
 545 bool ModelAction::happens_before(const ModelAction *act) const
 546 {
 547         return act->cv->synchronized_since(this);
 548 }
 549
 550 const char * ModelAction::get_type_str() const
 551 {
 552         switch (this->type) {
 553                 case MODEL_FIXUP_RELSEQ: return "relseq fixup";
 554                 case THREAD_CREATE: return "thread create";
 555                 case THREAD_START: return "thread start";
 556                 case THREAD_YIELD: return "thread yield";
 557                 case THREAD_JOIN: return "thread join";
 558                 case THREAD_FINISH: return "thread finish";
 559
 560                 case PTHREAD_CREATE: return "pthread create";
 561                 case PTHREAD_JOIN: return "pthread join";
 562
 563                 case ATOMIC_UNINIT: return "uninitialized";
 564                 case ATOMIC_READ: return "atomic read";
 565                 case ATOMIC_WRITE: return "atomic write";
 566                 case ATOMIC_RMW: return "atomic rmw";
 567                 case ATOMIC_FENCE: return "fence";
 568                 case ATOMIC_RMWR: return "atomic rmwr";
 569                 case ATOMIC_RMWC: return "atomic rmwc";
 570                 case ATOMIC_INIT: return "init atomic";
 571                 case ATOMIC_LOCK: return "lock";
 572                 case ATOMIC_UNLOCK: return "unlock";
 573                 case ATOMIC_TRYLOCK: return "trylock";
 574                 case ATOMIC_WAIT: return "wait";
 575                 case ATOMIC_NOTIFY_ONE: return "notify one";
 576           case ATOMIC_NOTIFY_ALL: return "notify all";
 577           case ATOMIC_ANNOTATION: return "annotation";
 578                 default: return "unknown type";
 579         };
 580 }
 581
 582 const char * ModelAction::get_mo_str() const
 583 {
 584         switch (this->order) {
 585                 case std::memory_order_relaxed: return "relaxed";
 586                 case std::memory_order_acquire: return "acquire";
 587                 case std::memory_order_release: return "release";
 588                 case std::memory_order_acq_rel: return "acq_rel";
 589                 case std::memory_order_seq_cst: return "seq_cst";
 590                 default: return "unknown";
 591         }
 592 }
 593
 594 /** @brief Print nicely-formatted info about this ModelAction */
 595 void ModelAction::print() const
 596 {
 597         const char *type_str = get_type_str(), *mo_str = get_mo_str();
 598
 599         model_print("%-4d %-2d   %-14s  %7s  %14p   %-#18" PRIx64,
 600                         seq_number, id_to_int(tid), type_str, mo_str, location, get_return_value());
 601         if (is_read()) {
 602                 if (reads_from)
 603                         model_print("  %-3d", reads_from->get_seq_number());
 604                 else if (reads_from_promise) {
 605                         int idx = reads_from_promise->get_index();
 606                         if (idx >= 0)
 607                                 model_print("  P%-2d", idx);
 608                         else
 609                                 model_print("  P? ");
 610                 } else
 611                         model_print("  ?  ");
 612         }
 613         if (cv) {
 614                 if (is_read())
 615                         model_print(" ");
 616                 else
 617                         model_print("      ");
 618                 cv->print();
 619         } else
 620                 model_print("\n");
 621 }
 622
 623 /** @brief Get a (likely) unique hash for this ModelAction */
 624 unsigned int ModelAction::hash() const
 625 {
 626         unsigned int hash = (unsigned int)this->type;
 627         hash ^= ((unsigned int)this->order) << 3;
 628         hash ^= seq_number << 5;
 629         hash ^= id_to_int(tid) << 6;
 630
 631         if (is_read()) {
 632                if (reads_from)
 633                        hash ^= reads_from->get_seq_number();
 634                else if (reads_from_promise)
 635                        hash ^= reads_from_promise->get_index();
 636                hash ^= get_reads_from_value();
 637         }
 638         return hash;
 639 }
 640
 641 /**
 642  * @brief Checks the NodeStack to see if a ModelAction is in our may-read-from set
 643  * @param write The ModelAction to check for
 644  * @return True if the ModelAction is found; false otherwise
 645  */
 646 bool ModelAction::may_read_from(const ModelAction *write) const
 647 {
 648         for (int i = 0; i < node->get_read_from_past_size(); i++)
 649                 if (node->get_read_from_past(i) == write)
 650                         return true;
 651         return false;
 652 }
 653
 654 /**
 655  * @brief Checks the NodeStack to see if a Promise is in our may-read-from set
 656  * @param promise The Promise to check for
 657  * @return True if the Promise is found; false otherwise
 658  */
 659 bool ModelAction::may_read_from(const Promise *promise) const
 660 {
 661         for (int i = 0; i < node->get_read_from_promise_size(); i++)
 662                 if (node->get_read_from_promise(i) == promise)
 663                         return true;
 664         return false;
 665 }
 666
 667 /**
 668  * Only valid for LOCK, TRY_LOCK, UNLOCK, and WAIT operations.
 669  * @return The mutex operated on by this action, if any; otherwise NULL
 670  */
 671 std::mutex * ModelAction::get_mutex() const
 672 {
 673         if (is_trylock() || is_lock() || is_unlock())
 674                 return (std::mutex *)get_location();
 675         else if (is_wait())
 676                 return (std::mutex *)get_value();
 677         else
 678                 return NULL;
 679 }