threads-model.h

   1 /** @file threads-model.h
   2  *  @brief Model Checker Thread class.
   3  */
   4
   5 #ifndef __THREADS_MODEL_H__
   6 #define __THREADS_MODEL_H__
   7
   8 #include <stdint.h>
   9 #include "mymemory.h"
  10 #include "threads.h"
  11 #include "modeltypes.h"
  12 #include "stl-model.h"
  13 #include "context.h"
  14 #include "classlist.h"
  15 #include "pthread.h"
  16
  17 struct thread_params {
  18         thrd_start_t func;
  19         void *arg;
  20 };
  21
  22 /** @brief Represents the state of a user Thread */
  23 typedef enum thread_state {
  24         /** Thread was just created and hasn't run yet */
  25         THREAD_CREATED,
  26         /** Thread is running */
  27         THREAD_RUNNING,
  28         /** Thread is not currently running but is ready to run */
  29         THREAD_READY,
  30         /**
  31          * Thread is waiting on another action (e.g., thread completion, lock
  32          * release, etc.)
  33          */
  34         THREAD_BLOCKED,
  35         /** Thread has completed its execution */
  36         THREAD_COMPLETED
  37 } thread_state;
  38
  39
  40 /** @brief A Thread is created for each user-space thread */
  41 class Thread {
  42 public:
  43         Thread(thread_id_t tid);
  44         Thread(thread_id_t tid, thrd_t *t, void (*func)(void *), void *a, Thread *parent);
  45         Thread(thread_id_t tid, thrd_t *t, void *(*func)(void *), void *a, Thread *parent);
  46
  47         ~Thread();
  48         void complete();
  49
  50         static int swap(ucontext_t *ctxt, Thread *t);
  51         static int swap(Thread *t, ucontext_t *ctxt);
  52
  53         thread_state get_state() const { return state; }
  54         void set_state(thread_state s);
  55         thread_id_t get_id() const;
  56         thrd_t get_thrd_t() const { return *user_thread; }
  57         Thread * get_parent() const { return parent; }
  58
  59         void set_creation(ModelAction *act) { creation = act; }
  60         ModelAction * get_creation() const { return creation; }
  61
  62         /**
  63          * Set a return value for the last action in this thread (e.g., for an
  64          * atomic read).
  65          * @param value The value to return
  66          */
  67         void set_return_value(uint64_t value) { last_action_val = value; }
  68
  69         /**
  70          * Retrieve a return value for the last action in this thread. Used,
  71          * for instance, for an atomic read to return the 'read' value. Should
  72          * be called from a user context.
  73          * @return The value 'returned' by the action
  74          */
  75         uint64_t get_return_value() const { return last_action_val; }
  76
  77         /** @set and get the return value from pthread functions */
  78         void set_pthread_return(void *ret) { pthread_return = ret; }
  79         void * get_pthread_return() { return pthread_return; }
  80
  81         /** @return True if this thread is finished executing */
  82         bool is_complete() const { return state == THREAD_COMPLETED; }
  83
  84         /** @return True if this thread is blocked */
  85         bool is_blocked() const { return state == THREAD_BLOCKED; }
  86
  87         /** @return The pending (next) ModelAction for this Thread
  88          *  @see Thread::pending */
  89         ModelAction * get_pending() const { return pending; }
  90
  91         /** @brief Set the pending (next) ModelAction for this Thread
  92          *  @param act The pending ModelAction
  93          *  @see Thread::pending */
  94         void set_pending(ModelAction *act) { pending = act; }
  95
  96         bool just_woken_up() { return wakeup_state; }
  97         void set_wakeup_state(bool state) { wakeup_state = state; }
  98
  99         Thread * waiting_on() const;
 100         bool is_waiting_on(const Thread *t) const;
 101
 102         bool is_model_thread() const { return model_thread; }
 103
 104         friend void thread_startup();
 105 #ifdef TLS
 106         friend void setup_context();
 107         friend void * helper_thread(void *);
 108         friend void finalize_helper_thread();
 109 #endif
 110
 111         /**
 112          * Intentionally NOT allocated with MODELALLOC or SNAPSHOTALLOC.
 113          * Threads should be allocated on the user's normal (snapshotting) heap
 114          * to allow their allocation/deallocation to follow the same pattern as
 115          * the rest of the backtracked/replayed program.
 116          */
 117         void * operator new(size_t size) {
 118                 return Thread_malloc(size);
 119         }
 120         void operator delete(void *p, size_t size) {
 121                 Thread_free(p);
 122         }
 123         void * operator new[](size_t size) {
 124                 return Thread_malloc(size);
 125         }
 126         void operator delete[](void *p, size_t size) {
 127                 Thread_free(p);
 128         }
 129 #ifdef TLS
 130         void setTLS(char *_tls) { tls = _tls;}
 131 #endif
 132 private:
 133         int create_context();
 134
 135         /** @brief The parent Thread which created this Thread */
 136         Thread * const parent;
 137
 138         /** @brief The THREAD_CREATE ModelAction which created this Thread */
 139         ModelAction *creation;
 140
 141         /**
 142          * @brief The next ModelAction to be run by this Thread
 143          *
 144          * This action should be kept updated by the ModelChecker, so that we
 145          * always know what the next ModelAction's memory_order, action type,
 146          * and location are.
 147          */
 148         ModelAction *pending;
 149
 150         /** @brief True if this thread was just woken up */
 151         bool wakeup_state;
 152
 153         void (*start_routine)(void *);
 154         void *(*pstart_routine)(void *);
 155
 156         void *arg;
 157         ucontext_t context;
 158         void *stack;
 159 #ifdef TLS
 160 public:
 161         char *tls;
 162         ucontext_t helpercontext;
 163         pthread_mutex_t mutex;
 164         pthread_mutex_t mutex2;
 165         pthread_t thread;
 166 private:
 167 #endif
 168         thrd_t *user_thread;
 169         thread_id_t id;
 170         thread_state state;
 171
 172         /**
 173          * The value returned by the last action in this thread
 174          * @see Thread::set_return_value()
 175          * @see Thread::get_return_value()
 176          */
 177         uint64_t last_action_val;
 178
 179         /** the value return from pthread functions */
 180         void * pthread_return;
 181
 182         /** @brief Is this Thread a special model-checker thread? */
 183         const bool model_thread;
 184 };
 185
 186 #ifdef TLS
 187 uintptr_t get_tls_addr();
 188 #endif
 189
 190 Thread * thread_current();
 191 void thread_startup();
 192 void main_thread_startup();
 193
 194 static inline thread_id_t thrd_to_id(thrd_t t)
 195 {
 196         return t.priv->get_id();
 197 }
 198
 199 /**
 200  * @brief Map a zero-based integer index to a unique thread ID
 201  *
 202  * This is the inverse of id_to_int
 203  */
 204 static inline thread_id_t int_to_id(int i)
 205 {
 206         return i;
 207 }
 208
 209 /**
 210  * @brief Map a unique thread ID to a zero-based integer index
 211  *
 212  * This is the inverse of int_to_id
 213  */
 214 static inline int id_to_int(thread_id_t id)
 215 {
 216         return id;
 217 }
 218
 219 int real_pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *__mutex, const pthread_mutexattr_t *__mutexattr);
 220 int real_pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *__mutex);
 221 int real_pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *__mutex);
 222 int real_pthread_create (pthread_t *__restrict __newthread, const pthread_attr_t *__restrict __attr, void *(*__start_routine)(void *), void *__restrict __arg);
 223 int real_pthread_join (pthread_t __th, void ** __thread_return);
 224 void real_pthread_exit (void * value_ptr) __attribute__((noreturn));
 225 void real_init_all();
 226
 227 #endif  /* __THREADS_MODEL_H__ */