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 };
  38
  39 struct PendingFutureValue {
  40         uint64_t value;
  41         modelclock_t expiration;
  42         ModelAction * act;
  43 };
  44
  45 /**
  46  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  47  */
  48 struct model_snapshot_members {
  49         ModelAction *current_action;
  50         int next_thread_id;
  51         modelclock_t used_sequence_numbers;
  52         Thread *nextThread;
  53         ModelAction *next_backtrack;
  54
  55         /** @see ModelChecker::lazy_sync_size */
  56         unsigned int lazy_sync_size;
  57 };
  58
  59 /** @brief The central structure for model-checking */
  60 class ModelChecker {
  61 public:
  62         ModelChecker(struct model_params params);
  63         ~ModelChecker();
  64
  65         /** @returns the context for the main model-checking system thread */
  66         ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
  67
  68         /** Prints an execution summary with trace information. */
  69         void print_summary();
  70
  71         void add_thread(Thread *t);
  72         void remove_thread(Thread *t);
  73         Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
  74         Thread * get_thread(ModelAction *act) { return get_thread(act->get_tid()); }
  75
  76         thread_id_t get_next_id();
  77         int get_num_threads();
  78         modelclock_t get_next_seq_num();
  79
  80         /** @return The currently executing Thread. */
  81         Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
  82
  83         int switch_to_master(ModelAction *act);
  84         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
  85         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
  86         bool next_execution();
  87         bool isfeasible();
  88         bool isfeasibleotherthanRMW();
  89         bool isfinalfeasible();
  90         void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
  91         void get_release_seq_heads(ModelAction *act, rel_heads_list_t *release_heads);
  92         void finish_execution();
  93         bool isfeasibleprefix();
  94         void set_assert() {asserted=true;}
  95
  96         MEMALLOC
  97 private:
  98         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
  99         Scheduler *scheduler;
 100
 101         bool thin_air_constraint_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
 102         bool has_asserted() {return asserted;}
 103         void reset_asserted() {asserted=false;}
 104         int num_executions;
 105         int num_feasible_executions;
 106         bool promises_expired();
 107         const model_params params;
 108
 109         /**
 110          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
 111          * immediately before switching from user- to system-context to pass
 112          * data between them.
 113          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 114          */
 115         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 116         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 117         ModelAction * initialize_curr_action(ModelAction *curr);
 118         bool process_read(ModelAction *curr, bool second_part_of_rmw);
 119         bool process_write(ModelAction *curr);
 120         void process_mutex(ModelAction *curr);
 121         bool check_action_enabled(ModelAction *curr);
 122
 123         bool take_step();
 124
 125         void check_recency(ModelAction *curr);
 126         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 127         void set_backtracking(ModelAction *act);
 128         Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
 129         ModelAction * get_next_backtrack();
 130         void reset_to_initial_state();
 131         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 132         void compute_promises(ModelAction *curr);
 133
 134         void check_curr_backtracking(ModelAction * curr);
 135         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 136         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid);
 137         ModelAction * get_last_seq_cst(ModelAction *curr);
 138         ModelAction * get_last_unlock(ModelAction *curr);
 139         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 140         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 141         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 142         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 143         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 144         bool release_seq_head(const ModelAction *rf, rel_heads_list_t *release_heads) const;
 145         bool resolve_release_sequences(void *location, work_queue_t *work_queue);
 146         void do_complete_join(ModelAction *join);
 147
 148         ModelAction *diverge;
 149
 150         ucontext_t system_context;
 151         action_list_t *action_trace;
 152         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 153
 154         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 155          * to a trace of all actions performed on the object. */
 156         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 157
 158         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 159          * to a trace of all actions performed on the object. */
 160         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *lock_waiters_map;
 161
 162         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 163         std::vector<Promise *> *promises;
 164         std::vector<struct PendingFutureValue> *futurevalues;
 165
 166         /**
 167          * Collection of lists of objects that might synchronize with one or
 168          * more release sequence. Release sequences might be determined lazily
 169          * as promises are fulfilled and modification orders are established.
 170          * This structure maps its lists by object location. Each ModelAction
 171          * in the lists should be an acquire operation.
 172          */
 173         HashTable<void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *lazy_sync_with_release;
 174
 175         /**
 176          * Represents the total size of the
 177          * ModelChecker::lazy_sync_with_release lists. This count should be
 178          * snapshotted, so it is actually a pointer to a location within
 179          * ModelChecker::priv
 180          */
 181         unsigned int *lazy_sync_size;
 182
 183         std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
 184         NodeStack *node_stack;
 185
 186         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 187          * together for efficiency and maintainability. */
 188         struct model_snapshot_members *priv;
 189
 190         /**
 191          * @brief The modification order graph
 192          *
 193          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 194          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 195          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 196          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 197          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 198          * separate ordering on a distinct object.
 199          *
 200          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 201          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 202          * <tt>b</tt>.
 203          */
 204         CycleGraph *mo_graph;
 205         bool failed_promise;
 206         bool too_many_reads;
 207         bool asserted;
 208 };
 209
 210 extern ModelChecker *model;
 211
 212 #endif /* __MODEL_H__ */