model.h

   1 /** @file model.h
   2  *  @brief Core model checker.
   3  */
   4
   5 #ifndef __MODEL_H__
   6 #define __MODEL_H__
   7
   8 #include <list>
   9 #include <vector>
  10 #include <cstddef>
  11 #include <ucontext.h>
  12
  13 #include "schedule.h"
  14 #include "mymemory.h"
  15 #include "libthreads.h"
  16 #include "threads.h"
  17 #include "action.h"
  18 #include "clockvector.h"
  19 #include "hashtable.h"
  20 #include "workqueue.h"
  21
  22 /* Forward declaration */
  23 class NodeStack;
  24 class CycleGraph;
  25 class Promise;
  26
  27 /** @brief Shorthand for a list of release sequence heads */
  28 typedef std::vector< const ModelAction *, MyAlloc<const ModelAction *> > rel_heads_list_t;
  29
  30 /**
  31  * Model checker parameter structure. Holds run-time configuration options for
  32  * the model checker.
  33  */
  34 struct model_params {
  35         int maxreads;
  36         int maxfuturedelay;
  37         unsigned int fairwindow;
  38         unsigned int enabledcount;
  39 };
  40
  41 struct PendingFutureValue {
  42         uint64_t value;
  43         modelclock_t expiration;
  44         ModelAction * act;
  45 };
  46
  47 /**
  48  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  49  */
  50 struct model_snapshot_members {
  51         ModelAction *current_action;
  52         int next_thread_id;
  53         modelclock_t used_sequence_numbers;
  54         Thread *nextThread;
  55         ModelAction *next_backtrack;
  56 };
  57
  58 /** @brief The central structure for model-checking */
  59 class ModelChecker {
  60 public:
  61         ModelChecker(struct model_params params);
  62         ~ModelChecker();
  63
  64         /** @returns the context for the main model-checking system thread */
  65         ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
  66
  67         /** Prints an execution summary with trace information. */
  68         void print_summary();
  69
  70         void add_thread(Thread *t);
  71         void remove_thread(Thread *t);
  72         Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
  73         Thread * get_thread(ModelAction *act) { return get_thread(act->get_tid()); }
  74
  75         thread_id_t get_next_id();
  76         int get_num_threads();
  77         modelclock_t get_next_seq_num();
  78
  79         /** @return The currently executing Thread. */
  80         Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
  81
  82         int switch_to_master(ModelAction *act);
  83         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
  84         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
  85         bool next_execution();
  86         bool isfeasible();
  87         bool isfeasibleotherthanRMW();
  88         bool isfinalfeasible();
  89         void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
  90         void get_release_seq_heads(ModelAction *act, rel_heads_list_t *release_heads);
  91         void finish_execution();
  92         bool isfeasibleprefix();
  93         void set_assert() {asserted=true;}
  94
  95         /** @brief Alert the model-checker that an incorrectly-ordered
  96          * synchronization was made */
  97         void set_bad_synchronization() { bad_synchronization = true; }
  98
  99         const model_params params;
 100
 101         MEMALLOC
 102 private:
 103         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
 104         Scheduler *scheduler;
 105
 106         bool thin_air_constraint_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
 107         bool has_asserted() {return asserted;}
 108         void reset_asserted() {asserted=false;}
 109         int num_executions;
 110         int num_feasible_executions;
 111         bool promises_expired();
 112
 113         /**
 114          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
 115          * immediately before switching from user- to system-context to pass
 116          * data between them.
 117          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 118          */
 119         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 120         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 121         ModelAction * initialize_curr_action(ModelAction *curr);
 122         bool process_read(ModelAction *curr, bool second_part_of_rmw);
 123         bool process_write(ModelAction *curr);
 124         bool process_mutex(ModelAction *curr);
 125         bool process_thread_action(ModelAction *curr);
 126         bool check_action_enabled(ModelAction *curr);
 127
 128         bool take_step();
 129
 130         void check_recency(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 131         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 132         void set_backtracking(ModelAction *act);
 133         Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
 134         ModelAction * get_next_backtrack();
 135         void reset_to_initial_state();
 136         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 137         void compute_promises(ModelAction *curr);
 138
 139         void check_curr_backtracking(ModelAction * curr);
 140         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 141         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid) const;
 142         ModelAction * get_last_seq_cst(ModelAction *curr) const;
 143         ModelAction * get_last_unlock(ModelAction *curr) const;
 144         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 145         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 146         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 147         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 148         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 149         bool release_seq_head(const ModelAction *rf, rel_heads_list_t *release_heads) const;
 150         bool resolve_release_sequences(void *location, work_queue_t *work_queue);
 151         void do_complete_join(ModelAction *join);
 152
 153         ModelAction *diverge;
 154
 155         ucontext_t system_context;
 156         action_list_t *action_trace;
 157         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 158
 159         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 160          * to a trace of all actions performed on the object. */
 161         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 162
 163         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 164          * to a trace of all actions performed on the object. */
 165         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *lock_waiters_map;
 166
 167         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 168         std::vector<Promise *> *promises;
 169         std::vector<struct PendingFutureValue> *futurevalues;
 170
 171         /**
 172          * List of acquire actions that might synchronize with one or more
 173          * release sequence. Release sequences might be determined lazily as
 174          * promises are fulfilled and modification orders are established. Each
 175          * ModelAction in this list must be an acquire operation.
 176          */
 177         std::vector<ModelAction *> *pending_acq_rel_seq;
 178
 179         std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
 180         NodeStack *node_stack;
 181
 182         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 183          * together for efficiency and maintainability. */
 184         struct model_snapshot_members *priv;
 185
 186         /**
 187          * @brief The modification order graph
 188          *
 189          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 190          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 191          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 192          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 193          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 194          * separate ordering on a distinct object.
 195          *
 196          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 197          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 198          * <tt>b</tt>.
 199          */
 200         CycleGraph *mo_graph;
 201         bool failed_promise;
 202         bool too_many_reads;
 203         bool asserted;
 204         /** @brief Incorrectly-ordered synchronization was made */
 205         bool bad_synchronization;
 206 };
 207
 208 extern ModelChecker *model;
 209
 210 #endif /* __MODEL_H__ */