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 "mymemory.h"
  14 #include "action.h"
  15 #include "hashtable.h"
  16 #include "workqueue.h"
  17 #include "config.h"
  18 #include "modeltypes.h"
  19
  20 /* Forward declaration */
  21 class NodeStack;
  22 class CycleGraph;
  23 class Promise;
  24 class Scheduler;
  25 class Thread;
  26
  27 /** @brief Shorthand for a list of release sequence heads */
  28 typedef std::vector< const ModelAction *, ModelAlloc<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         unsigned int bound;
  40
  41         /** @brief Maximum number of future values that can be sent to the same
  42          *  read */
  43         int maxfuturevalues;
  44 };
  45
  46 struct PendingFutureValue {
  47         ModelAction *writer;
  48         ModelAction * act;
  49 };
  50
  51 /**
  52  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  53  */
  54 struct model_snapshot_members {
  55         ModelAction *current_action;
  56         unsigned int next_thread_id;
  57         modelclock_t used_sequence_numbers;
  58         Thread *nextThread;
  59         ModelAction *next_backtrack;
  60 };
  61
  62 /** @brief Records information regarding a single pending release sequence */
  63 struct release_seq {
  64         /** @brief The acquire operation */
  65         ModelAction *acquire;
  66         /** @brief The head of the RMW chain from which 'acquire' reads; may be
  67          *  equal to 'release' */
  68         const ModelAction *rf;
  69         /** @brief The head of the potential longest release sequence chain */
  70         const ModelAction *release;
  71         /** @brief The write(s) that may break the release sequence */
  72         std::vector<const ModelAction *> writes;
  73 };
  74
  75 /** @brief The central structure for model-checking */
  76 class ModelChecker {
  77 public:
  78         ModelChecker(struct model_params params);
  79         ~ModelChecker();
  80
  81         /** @returns the context for the main model-checking system thread */
  82         ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
  83
  84         /** Prints an execution summary with trace information. */
  85         void print_summary();
  86 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  87         void dumpGraph(char *filename);
  88 #endif
  89
  90         void add_thread(Thread *t);
  91         void remove_thread(Thread *t);
  92         Thread * get_thread(thread_id_t tid) const;
  93         Thread * get_thread(ModelAction *act) const;
  94
  95         thread_id_t get_next_id();
  96         unsigned int get_num_threads();
  97         Thread * get_current_thread();
  98
  99         int switch_to_master(ModelAction *act);
 100         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
 101         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
 102         bool next_execution();
 103         bool isfeasible();
 104         bool isfeasibleotherthanRMW();
 105         bool isfinalfeasible();
 106         void check_promises_thread_disabled();
 107         void mo_check_promises(thread_id_t tid, const ModelAction *write);
 108         void check_promises(thread_id_t tid, ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
 109         void get_release_seq_heads(ModelAction *act, rel_heads_list_t *release_heads);
 110         void finish_execution();
 111         bool isfeasibleprefix();
 112         void set_assert() {asserted=true;}
 113
 114         /** @brief Alert the model-checker that an incorrectly-ordered
 115          * synchronization was made */
 116         void set_bad_synchronization() { bad_synchronization = true; }
 117
 118         const model_params params;
 119         Scheduler * get_scheduler() { return scheduler;}
 120         Node * get_curr_node();
 121
 122         MEMALLOC
 123 private:
 124         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
 125         Scheduler *scheduler;
 126
 127         bool sleep_can_read_from(ModelAction * curr, const ModelAction *write);
 128         bool thin_air_constraint_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
 129         bool mo_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
 130         bool has_asserted() {return asserted;}
 131         void reset_asserted() {asserted=false;}
 132         int num_executions;
 133         int num_feasible_executions;
 134         bool promises_expired();
 135         void execute_sleep_set();
 136         void wake_up_sleeping_actions(ModelAction * curr);
 137         modelclock_t get_next_seq_num();
 138
 139         /**
 140          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
 141          * immediately before switching from user- to system-context to pass
 142          * data between them.
 143          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 144          */
 145         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 146         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 147         bool initialize_curr_action(ModelAction **curr);
 148         bool process_read(ModelAction *curr, bool second_part_of_rmw);
 149         bool process_write(ModelAction *curr);
 150         bool process_mutex(ModelAction *curr);
 151         bool process_thread_action(ModelAction *curr);
 152         void process_relseq_fixup(ModelAction *curr, work_queue_t *work_queue);
 153         bool check_action_enabled(ModelAction *curr);
 154
 155         bool take_step();
 156
 157         void check_recency(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 158         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 159         void set_backtracking(ModelAction *act);
 160         Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
 161         ModelAction * get_next_backtrack();
 162         void reset_to_initial_state();
 163         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 164         void compute_promises(ModelAction *curr);
 165         void compute_relseq_breakwrites(ModelAction *curr);
 166
 167         void check_curr_backtracking(ModelAction * curr);
 168         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 169         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid) const;
 170         ModelAction * get_last_seq_cst(ModelAction *curr) const;
 171         ModelAction * get_last_unlock(ModelAction *curr) const;
 172         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 173         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 174         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 175         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 176         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 177         bool release_seq_heads(const ModelAction *rf, rel_heads_list_t *release_heads, struct release_seq *pending) const;
 178         bool resolve_release_sequences(void *location, work_queue_t *work_queue);
 179
 180         ModelAction *diverge;
 181         ModelAction *earliest_diverge;
 182
 183         ucontext_t system_context;
 184         action_list_t *action_trace;
 185         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 186
 187         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 188          * to a trace of all actions performed on the object. */
 189         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 190
 191         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 192          * to a trace of all actions performed on the object. */
 193         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *lock_waiters_map;
 194
 195         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 196          * to a trace of all actions performed on the object. */
 197         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *condvar_waiters_map;
 198
 199         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 200         std::vector< Promise *, SnapshotAlloc<Promise *> > *promises;
 201         std::vector< struct PendingFutureValue, SnapshotAlloc<struct PendingFutureValue> > *futurevalues;
 202
 203         /**
 204          * List of pending release sequences. Release sequences might be
 205          * determined lazily as promises are fulfilled and modification orders
 206          * are established. Each entry in the list may only be partially
 207          * filled, depending on its pending status.
 208          */
 209         std::vector< struct release_seq *, SnapshotAlloc<struct release_seq *> > *pending_rel_seqs;
 210
 211         std::vector< ModelAction *, SnapshotAlloc<ModelAction *> > *thrd_last_action;
 212         NodeStack *node_stack;
 213
 214         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 215          * together for efficiency and maintainability. */
 216         struct model_snapshot_members *priv;
 217
 218         /** A special model-checker Thread; used for associating with
 219          *  model-checker-related ModelAcitons */
 220         Thread *model_thread;
 221
 222         /**
 223          * @brief The modification order graph
 224          *
 225          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 226          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 227          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 228          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 229          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 230          * separate ordering on a distinct object.
 231          *
 232          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 233          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 234          * <tt>b</tt>.
 235          */
 236         CycleGraph *mo_graph;
 237         bool failed_promise;
 238         bool too_many_reads;
 239         bool asserted;
 240         /** @brief Incorrectly-ordered synchronization was made */
 241         bool bad_synchronization;
 242 };
 243
 244 extern ModelChecker *model;
 245
 246 #endif /* __MODEL_H__ */