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 #include "config.h"
  22
  23 /* Forward declaration */
  24 class NodeStack;
  25 class CycleGraph;
  26 class Promise;
  27
  28 /** @brief Shorthand for a list of release sequence heads */
  29 typedef std::vector< const ModelAction *, MyAlloc<const ModelAction *> > rel_heads_list_t;
  30
  31 /**
  32  * Model checker parameter structure. Holds run-time configuration options for
  33  * the model checker.
  34  */
  35 struct model_params {
  36         int maxreads;
  37         int maxfuturedelay;
  38         unsigned int fairwindow;
  39         unsigned int enabledcount;
  40 };
  41
  42 struct PendingFutureValue {
  43         uint64_t value;
  44         modelclock_t expiration;
  45         ModelAction * act;
  46 };
  47
  48 /**
  49  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  50  */
  51 struct model_snapshot_members {
  52         ModelAction *current_action;
  53         int next_thread_id;
  54         modelclock_t used_sequence_numbers;
  55         Thread *nextThread;
  56         ModelAction *next_backtrack;
  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 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  71         void dumpGraph(char *filename);
  72 #endif
  73
  74         void add_thread(Thread *t);
  75         void remove_thread(Thread *t);
  76         Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
  77         Thread * get_thread(ModelAction *act) { return get_thread(act->get_tid()); }
  78
  79         thread_id_t get_next_id();
  80         int get_num_threads();
  81
  82         /** @return The currently executing Thread. */
  83         Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
  84
  85         int switch_to_master(ModelAction *act);
  86         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
  87         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
  88         bool next_execution();
  89         bool isfeasible();
  90         bool isfeasibleotherthanRMW();
  91         bool isfinalfeasible();
  92         void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
  93         void get_release_seq_heads(ModelAction *act, rel_heads_list_t *release_heads);
  94         void finish_execution();
  95         bool isfeasibleprefix();
  96         void set_assert() {asserted=true;}
  97
  98         /** @brief Alert the model-checker that an incorrectly-ordered
  99          * synchronization was made */
 100         void set_bad_synchronization() { bad_synchronization = true; }
 101
 102         const model_params params;
 103
 104         MEMALLOC
 105 private:
 106         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
 107         Scheduler *scheduler;
 108
 109         bool thin_air_constraint_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
 110         bool has_asserted() {return asserted;}
 111         void reset_asserted() {asserted=false;}
 112         int num_executions;
 113         int num_feasible_executions;
 114         bool promises_expired();
 115
 116         modelclock_t get_next_seq_num();
 117
 118         /**
 119          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
 120          * immediately before switching from user- to system-context to pass
 121          * data between them.
 122          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 123          */
 124         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 125         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 126         ModelAction * initialize_curr_action(ModelAction *curr);
 127         bool process_read(ModelAction *curr, bool second_part_of_rmw);
 128         bool process_write(ModelAction *curr);
 129         bool process_mutex(ModelAction *curr);
 130         bool process_thread_action(ModelAction *curr);
 131         bool check_action_enabled(ModelAction *curr);
 132
 133         bool take_step();
 134
 135         void check_recency(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 136         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 137         void set_backtracking(ModelAction *act);
 138         Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
 139         ModelAction * get_next_backtrack();
 140         void reset_to_initial_state();
 141         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 142         void compute_promises(ModelAction *curr);
 143
 144         void check_curr_backtracking(ModelAction * curr);
 145         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 146         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid) const;
 147         ModelAction * get_last_seq_cst(ModelAction *curr) const;
 148         ModelAction * get_last_unlock(ModelAction *curr) const;
 149         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 150         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 151         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 152         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 153         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 154         bool release_seq_head(const ModelAction *rf, rel_heads_list_t *release_heads) const;
 155         bool resolve_release_sequences(void *location, work_queue_t *work_queue);
 156         void do_complete_join(ModelAction *join);
 157
 158         ModelAction *diverge;
 159         ModelAction *earliest_diverge;
 160
 161         ucontext_t system_context;
 162         action_list_t *action_trace;
 163         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 164
 165         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 166          * to a trace of all actions performed on the object. */
 167         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 168
 169         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 170          * to a trace of all actions performed on the object. */
 171         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *lock_waiters_map;
 172
 173         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 174         std::vector<Promise *> *promises;
 175         std::vector<struct PendingFutureValue> *futurevalues;
 176
 177         /**
 178          * List of acquire actions that might synchronize with one or more
 179          * release sequence. Release sequences might be determined lazily as
 180          * promises are fulfilled and modification orders are established. Each
 181          * ModelAction in this list must be an acquire operation.
 182          */
 183         std::vector<ModelAction *> *pending_acq_rel_seq;
 184
 185         std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
 186         NodeStack *node_stack;
 187
 188         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 189          * together for efficiency and maintainability. */
 190         struct model_snapshot_members *priv;
 191
 192         /**
 193          * @brief The modification order graph
 194          *
 195          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 196          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 197          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 198          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 199          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 200          * separate ordering on a distinct object.
 201          *
 202          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 203          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 204          * <tt>b</tt>.
 205          */
 206         CycleGraph *mo_graph;
 207         bool failed_promise;
 208         bool too_many_reads;
 209         bool asserted;
 210         /** @brief Incorrectly-ordered synchronization was made */
 211         bool bad_synchronization;
 212 };
 213
 214 extern ModelChecker *model;
 215
 216 #endif /* __MODEL_H__ */