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
  21 /* Forward declaration */
  22 class NodeStack;
  23 class CycleGraph;
  24 class Promise;
  25
  26 /**
  27  * Model checker parameter structure. Holds run-time configuration options for
  28  * the model checker.
  29  */
  30 struct model_params {
  31         int maxreads;
  32 };
  33
  34 /**
  35  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  36  */
  37 struct model_snapshot_members {
  38         ModelAction *current_action;
  39         int next_thread_id;
  40         modelclock_t used_sequence_numbers;
  41         Thread *nextThread;
  42         ModelAction *next_backtrack;
  43
  44         /** @see ModelChecker::lazy_sync_size */
  45         unsigned int lazy_sync_size;
  46 };
  47
  48 /** @brief The central structure for model-checking */
  49 class ModelChecker {
  50 public:
  51         ModelChecker(struct model_params params);
  52         ~ModelChecker();
  53
  54         /** @returns the context for the main model-checking system thread */
  55         ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
  56
  57         /** Prints an execution summary with trace information. */
  58         void print_summary();
  59
  60         void add_thread(Thread *t);
  61         void remove_thread(Thread *t);
  62         Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
  63
  64         thread_id_t get_next_id();
  65         int get_num_threads();
  66         modelclock_t get_next_seq_num();
  67
  68         /** @return The currently executing Thread. */
  69         Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
  70
  71         int switch_to_master(ModelAction *act);
  72         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
  73         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
  74         bool next_execution();
  75         bool isfeasible();
  76         bool isfinalfeasible();
  77         void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
  78         void get_release_seq_heads(ModelAction *act,
  79                         std::vector<const ModelAction *> *release_heads);
  80
  81         void finish_execution();
  82         bool isfeasibleprefix();
  83         void set_assert() {asserted=true;}
  84
  85         MEMALLOC
  86 private:
  87         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
  88         Scheduler *scheduler;
  89
  90         bool has_asserted() {return asserted;}
  91         void reset_asserted() {asserted=false;}
  92         int num_executions;
  93
  94         const model_params params;
  95
  96         /**
  97          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
  98          * immediately before switching from user- to system-context to pass
  99          * data between them.
 100          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 101          */
 102         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 103         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 104
 105         bool take_step();
 106
 107         void check_recency(ModelAction *curr, bool already_added);
 108         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 109         void set_backtracking(ModelAction *act);
 110         Thread * get_next_replay_thread();
 111         ModelAction * get_next_backtrack();
 112         void reset_to_initial_state();
 113         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 114         void compute_promises(ModelAction *curr);
 115
 116         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 117         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid);
 118         ModelAction * get_last_seq_cst(const void *location);
 119         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 120         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 121         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 122         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 123         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 124         bool release_seq_head(const ModelAction *rf,
 125                         std::vector<const ModelAction *> *release_heads) const;
 126         bool resolve_release_sequences(void *location);
 127
 128         ModelAction *diverge;
 129
 130         ucontext_t system_context;
 131         action_list_t *action_trace;
 132         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 133
 134         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 135          * to a trace of all actions performed on the object. */
 136         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 137
 138         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 139         std::vector<Promise *> *promises;
 140
 141         /**
 142          * Collection of lists of objects that might synchronize with one or
 143          * more release sequence. Release sequences might be determined lazily
 144          * as promises are fulfilled and modification orders are established.
 145          * This structure maps its lists by object location. Each ModelAction
 146          * in the lists should be an acquire operation.
 147          */
 148         HashTable<void *, std::list<ModelAction *>, uintptr_t, 4> *lazy_sync_with_release;
 149
 150         /**
 151          * Represents the total size of the
 152          * ModelChecker::lazy_sync_with_release lists. This count should be
 153          * snapshotted, so it is actually a pointer to a location within
 154          * ModelChecker::priv
 155          */
 156         unsigned int *lazy_sync_size;
 157
 158         std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
 159         NodeStack *node_stack;
 160
 161         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 162          * together for efficiency and maintainability. */
 163         struct model_snapshot_members *priv;
 164
 165         /**
 166          * @brief The modification order graph
 167          *
 168          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 169          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 170          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 171          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 172          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 173          * separate ordering on a distinct object.
 174          *
 175          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 176          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 177          * <tt>b</tt>.
 178          */
 179         CycleGraph *mo_graph;
 180         bool failed_promise;
 181         bool too_many_reads;
 182         bool asserted;
 183 };
 184
 185 extern ModelChecker *model;
 186
 187 #endif /* __MODEL_H__ */