action.h

   1 /** @file action.h
   2  *  @brief Models actions taken by threads.
   3  */
   4
   5 #ifndef __ACTION_H__
   6 #define __ACTION_H__
   7
   8 #include <cstddef>
   9 #include <inttypes.h>
  10
  11 #include "mymemory.h"
  12 #include "memoryorder.h"
  13 #include "modeltypes.h"
  14 #include "pthread.h"
  15
  16 /* Forward declarations */
  17 class ClockVector;
  18 class Thread;
  19 class Promise;
  20
  21 namespace std {
  22         class mutex;
  23 }
  24
  25 using std::memory_order;
  26 using std::memory_order_relaxed;
  27 using std::memory_order_consume;
  28 using std::memory_order_acquire;
  29 using std::memory_order_release;
  30 using std::memory_order_acq_rel;
  31 using std::memory_order_seq_cst;
  32
  33 /**
  34  * @brief A recognizable don't-care value for use in the ModelAction::value
  35  * field
  36  *
  37  * Note that this value can be legitimately used by a program, and hence by
  38  * iteself does not indicate no value.
  39  */
  40 #define VALUE_NONE 0xdeadbeef
  41
  42 /**
  43  * @brief The "location" at which a fence occurs
  44  *
  45  * We need a non-zero memory location to associate with fences, since our hash
  46  * tables don't handle NULL-pointer keys. HACK: Hopefully this doesn't collide
  47  * with any legitimate memory locations.
  48  */
  49 #define FENCE_LOCATION ((void *)0x7)
  50
  51 /** @brief Represents an action type, identifying one of several types of
  52  * ModelAction */
  53 typedef enum action_type {
  54         MODEL_FIXUP_RELSEQ,   /**< Special ModelAction: finalize a release
  55                                *   sequence */
  56         THREAD_CREATE,        /**< A thread creation action */
  57         THREAD_START,         /**< First action in each thread */
  58         THREAD_YIELD,         /**< A thread yield action */
  59         THREAD_JOIN,          /**< A thread join action */
  60         THREAD_FINISH,        /**< A thread completion action */
  61         PTHREAD_CREATE,       /**< A pthread creation action */
  62         PTHREAD_JOIN,         /**< A pthread join action */
  63
  64         ATOMIC_UNINIT,        /**< Represents an uninitialized atomic */
  65         ATOMIC_READ,          /**< An atomic read action */
  66         ATOMIC_WRITE,         /**< An atomic write action */
  67         ATOMIC_RMWR,          /**< The read part of an atomic RMW action */
  68         ATOMIC_RMW,           /**< The write part of an atomic RMW action */
  69         ATOMIC_RMWC,          /**< Convert an atomic RMW action into a READ */
  70         ATOMIC_INIT,          /**< Initialization of an atomic object (e.g.,
  71                                *   atomic_init()) */
  72         ATOMIC_FENCE,         /**< A fence action */
  73         ATOMIC_LOCK,          /**< A lock action */
  74         ATOMIC_TRYLOCK,       /**< A trylock action */
  75         ATOMIC_UNLOCK,        /**< An unlock action */
  76         ATOMIC_NOTIFY_ONE,    /**< A notify_one action */
  77         ATOMIC_NOTIFY_ALL,    /**< A notify all action */
  78         ATOMIC_WAIT,          /**< A wait action */
  79         ATOMIC_ANNOTATION     /**< An annotation action to pass information
  80                                                                                                          to a trace analysis */
  81 } action_type_t;
  82
  83 /* Forward declaration */
  84 class Node;
  85 class ClockVector;
  86
  87 /**
  88  * @brief Represents a single atomic action
  89  *
  90  * A ModelAction is always allocated as non-snapshotting, because it is used in
  91  * multiple executions during backtracking. Except for fake uninitialized
  92  * (ATOMIC_UNINIT) ModelActions, each action is assigned a unique sequence
  93  * number.
  94  */
  95 class ModelAction {
  96 public:
  97         ModelAction(action_type_t type, memory_order order, void *loc, uint64_t value = VALUE_NONE, Thread *thread = NULL);
  98         ~ModelAction();
  99         void print() const;
 100
 101         thread_id_t get_tid() const { return tid; }
 102         action_type get_type() const { return type; }
 103         memory_order get_mo() const { return order; }
 104         memory_order get_original_mo() const { return original_order; }
 105         void set_mo(memory_order order) { this->order = order; }
 106         void * get_location() const { return location; }
 107         modelclock_t get_seq_number() const { return seq_number; }
 108         uint64_t get_value() const { return value; }
 109         uint64_t get_reads_from_value() const;
 110         uint64_t get_write_value() const;
 111         uint64_t get_return_value() const;
 112         const ModelAction * get_reads_from() const { return reads_from; }
 113         Promise * get_reads_from_promise() const { return reads_from_promise; }
 114         std::mutex * get_mutex() const;
 115
 116         Node * get_node() const;
 117         void set_node(Node *n) { node = n; }
 118
 119         void set_read_from(const ModelAction *act);
 120         void set_read_from_promise(Promise *promise);
 121
 122         /** Store the most recent fence-release from the same thread
 123          *  @param fence The fence-release that occured prior to this */
 124         void set_last_fence_release(const ModelAction *fence) { last_fence_release = fence; }
 125         /** @return The most recent fence-release from the same thread */
 126         const ModelAction * get_last_fence_release() const { return last_fence_release; }
 127
 128         void copy_from_new(ModelAction *newaction);
 129         void set_seq_number(modelclock_t num);
 130         void set_try_lock(bool obtainedlock);
 131         bool is_thread_start() const;
 132         bool is_thread_join() const;
 133         bool is_relseq_fixup() const;
 134         bool is_mutex_op() const;
 135         bool is_lock() const;
 136         bool is_trylock() const;
 137         bool is_unlock() const;
 138         bool is_wait() const;
 139         bool is_notify() const;
 140         bool is_notify_one() const;
 141         bool is_success_lock() const;
 142         bool is_failed_trylock() const;
 143         bool is_atomic_var() const;
 144         bool is_uninitialized() const;
 145         bool is_read() const;
 146         bool is_write() const;
 147         bool is_yield() const;
 148         bool could_be_write() const;
 149         bool is_rmwr() const;
 150         bool is_rmwc() const;
 151         bool is_rmw() const;
 152         bool is_fence() const;
 153         bool is_initialization() const;
 154         bool is_annotation() const;
 155         bool is_relaxed() const;
 156         bool is_acquire() const;
 157         bool is_release() const;
 158         bool is_seqcst() const;
 159         bool same_var(const ModelAction *act) const;
 160         bool same_thread(const ModelAction *act) const;
 161         bool is_conflicting_lock(const ModelAction *act) const;
 162         bool could_synchronize_with(const ModelAction *act) const;
 163
 164         Thread * get_thread_operand() const;
 165
 166         void create_cv(const ModelAction *parent = NULL);
 167         ClockVector * get_cv() const { return cv; }
 168         bool synchronize_with(const ModelAction *act);
 169
 170         bool has_synchronized_with(const ModelAction *act) const;
 171         bool happens_before(const ModelAction *act) const;
 172
 173         inline bool operator <(const ModelAction& act) const {
 174                 return get_seq_number() < act.get_seq_number();
 175         }
 176         inline bool operator >(const ModelAction& act) const {
 177                 return get_seq_number() > act.get_seq_number();
 178         }
 179
 180         void process_rmw(ModelAction * act);
 181         void copy_typeandorder(ModelAction * act);
 182
 183         void set_sleep_flag() { sleep_flag=true; }
 184         bool get_sleep_flag() { return sleep_flag; }
 185         unsigned int hash() const;
 186
 187         bool equals(const ModelAction *x) const { return this == x; }
 188         bool equals(const Promise *x) const { return false; }
 189
 190         bool may_read_from(const ModelAction *write) const;
 191         bool may_read_from(const Promise *promise) const;
 192         MEMALLOC
 193
 194         void set_value(uint64_t val) { value = val; }
 195
 196         /* to accomodate pthread create and join */
 197         Thread * thread_operand;
 198         void set_thread_operand(Thread *th) { thread_operand = th; }
 199 private:
 200
 201         const char * get_type_str() const;
 202         const char * get_mo_str() const;
 203
 204         /** @brief Type of action (read, write, RMW, fence, thread create, etc.) */
 205         action_type type;
 206
 207         /** @brief The memory order for this operation. */
 208         memory_order order;
 209
 210         /** @brief The original memory order parameter for this operation. */
 211         memory_order original_order;
 212
 213         /** @brief A pointer to the memory location for this action. */
 214         void *location;
 215
 216         /** @brief The thread id that performed this action. */
 217         thread_id_t tid;
 218
 219         /** @brief The value written (for write or RMW; undefined for read) */
 220         uint64_t value;
 221
 222         /**
 223          * @brief The store that this action reads from
 224          *
 225          * Only valid for reads
 226          */
 227         const ModelAction *reads_from;
 228
 229         /**
 230          * @brief The promise that this action reads from
 231          *
 232          * Only valid for reads
 233          */
 234         Promise *reads_from_promise;
 235
 236         /** @brief The last fence release from the same thread */
 237         const ModelAction *last_fence_release;
 238
 239         /**
 240          * @brief A back reference to a Node in NodeStack
 241          *
 242          * Only set if this ModelAction is saved on the NodeStack. (A
 243          * ModelAction can be thrown away before it ever enters the NodeStack.)
 244          */
 245         Node *node;
 246
 247         /**
 248          * @brief The sequence number of this action
 249          *
 250          * Except for ATOMIC_UNINIT actions, this number should be unique and
 251          * should represent the action's position in the execution order.
 252          */
 253         modelclock_t seq_number;
 254
 255         /**
 256          * @brief The clock vector for this operation
 257          *
 258          * Technically, this is only needed for potentially synchronizing
 259          * (e.g., non-relaxed) operations, but it is very handy to have these
 260          * vectors for all operations.
 261          */
 262         ClockVector *cv;
 263
 264         bool sleep_flag;
 265 };
 266
 267 #endif /* __ACTION_H__ */