small changes
[c11tester.git] / snapshot.cc
index 0e47ac00f5cb22508bac587039d6d38246c54490..0d38edc1c1cbc7ee0b34d393aeee50baa2e05ee8 100644 (file)
 #include <unistd.h>
 #include <signal.h>
 #include <stdlib.h>
-#include <map>
-#include <cstring>
-#include <cstdio>
-#include "snapshot.h"
-#include "snapshotimp.h"
-#include "mymemory.h"
-#include <fcntl.h>
-#include <assert.h>
-#include <pthread.h>
-#include <semaphore.h>
+#include <string.h>
 #include <errno.h>
 #include <sys/wait.h>
-#include <ucontext.h>
-
-#define FAILURE(mesg) { printf("failed in the API: %s with errno relative message: %s\n", mesg, strerror( errno ) ); exit(EXIT_FAILURE); }
-
-#ifdef CONFIG_SSDEBUG
-#define SSDEBUG                printf
-#else
-#define SSDEBUG(...)   do { } while (0)
-#endif
-
-/* extern declaration definition */
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-struct SnapShot * snapshotrecord = NULL;
-#else
-struct Snapshot_t * sTheRecord = NULL;
-#endif
-
-#if !USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-static ucontext_t savedSnapshotContext;
-static ucontext_t savedUserSnapshotContext;
-static snapshot_id snapshotid = 0;
-#endif
-
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
 
-/** The initSnapShotRecord method initialized the snapshotting data
- *  structures for the mprotect based snapshot. 
+#include "hashtable.h"
+#include "snapshot.h"
+#include "mymemory.h"
+#include "common.h"
+#include "context.h"
+#include "model.h"
+
+
+#define SHARED_MEMORY_DEFAULT  (200 * ((size_t)1 << 20))       // 100mb for the shared memory
+#define STACK_SIZE_DEFAULT      (((size_t)1 << 20) * 20)       // 20 mb out of the above 100 mb for my stack
+
+struct fork_snapshotter {
+       /** @brief Pointer to the shared (non-snapshot) memory heap base
+        * (NOTE: this has size SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(*fork_snap)) */
+       void *mSharedMemoryBase;
+
+       /** @brief Pointer to the shared (non-snapshot) stack region */
+       void *mStackBase;
+
+       /** @brief Size of the shared stack */
+       size_t mStackSize;
+
+       /**
+        * @brief Stores the ID that we are attempting to roll back to
+        *
+        * Used in inter-process communication so that each process can
+        * determine whether or not to take over execution (w/ matching ID) or
+        * exit (we're rolling back even further). Dubiously marked 'volatile'
+        * to prevent compiler optimizations from messing with the
+        * inter-process behavior.
+        */
+       volatile snapshot_id mIDToRollback;
+
+
+
+       /** @brief Inter-process tracking of the next snapshot ID */
+       snapshot_id currSnapShotID;
+};
+
+static struct fork_snapshotter *fork_snap = NULL;
+ucontext_t shared_ctxt;
+
+/** @statics
+ *   These variables are necessary because the stack is shared region and
+ *   there exists a race between all processes executing the same function.
+ *   To avoid the problem above, we require variables allocated in 'safe' regions.
+ *   The bug was actually observed with the forkID, these variables below are
+ *   used to indicate the various contexts to which to switch to.
+ *
+ *   @private_ctxt: the context which is internal to the current process. Used
+ *   for running the internal snapshot/rollback loop.
+ *   @exit_ctxt: a special context used just for exiting from a process (so we
+ *   can use swapcontext() instead of setcontext() + hacks)
+ *   @snapshotid: it is a running counter for the various forked processes
+ *   snapshotid. it is incremented and set in a persistently shared record
  */
-void initSnapShotRecord(unsigned int numbackingpages, unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions) {
-       snapshotrecord=( struct SnapShot * )MYMALLOC(sizeof(struct SnapShot));
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot=( struct MemoryRegion * )MYMALLOC(sizeof(struct MemoryRegion)*nummemoryregions);
-       snapshotrecord->backingStoreBasePtr= ( struct SnapShotPage * )MYMALLOC( sizeof( struct SnapShotPage ) * (numbackingpages + 1) );
-       //Page align the backingstorepages
-       snapshotrecord->backingStore=( struct SnapShotPage * )PageAlignAddressUpward(snapshotrecord->backingStoreBasePtr);
-       snapshotrecord->backingRecords=( struct BackingPageRecord * )MYMALLOC(sizeof(struct BackingPageRecord)*numbackingpages);
-       snapshotrecord->snapShots= ( struct SnapShotRecord * )MYMALLOC(sizeof(struct SnapShotRecord)*numsnapshots);
-       snapshotrecord->lastSnapShot=0;
-       snapshotrecord->lastBackingPage=0;
-       snapshotrecord->lastRegion=0;
-       snapshotrecord->maxRegions=nummemoryregions;
-       snapshotrecord->maxBackingPages=numbackingpages;
-       snapshotrecord->maxSnapShots=numsnapshots;
-}
-#endif //nothing to initialize for the fork based snapshotting.
+static ucontext_t private_ctxt;
+static snapshot_id snapshotid = 0;
 
-/** HandlePF is the page fault handler for mprotect based snapshotting
- * algorithm.
+/**
+ * @brief Create a new context, with a given stack and entry function
+ * @param ctxt The context structure to fill
+ * @param stack The stack to run the new context in
+ * @param stacksize The size of the stack
+ * @param func The entry point function for the context
  */
+static void create_context(ucontext_t *ctxt, void *stack, size_t stacksize,
+                                                                                                        void (*func)(void))
+{
+       getcontext(ctxt);
+       ctxt->uc_stack.ss_sp = stack;
+       ctxt->uc_stack.ss_size = stacksize;
+       ctxt->uc_link = NULL;
+       makecontext(ctxt, func, 0);
+}
 
-void HandlePF( int sig, siginfo_t *si, void * unused){
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       if( si->si_code == SEGV_MAPERR ){
-               printf("Real Fault at %p\n", si->si_addr);
-               exit( EXIT_FAILURE );
-       }
-       void* addr = ReturnPageAlignedAddress(si->si_addr);
+/** @brief An empty function, used for an "empty" context which just exits a
+ *  process */
+static void fork_exit()
+{
+       _Exit(EXIT_SUCCESS);
+}
 
-       unsigned int backingpage=snapshotrecord->lastBackingPage++; //Could run out of pages...
-       if (backingpage==snapshotrecord->maxBackingPages) {
-               printf("Out of backing pages at %p\n", si->si_addr);
-               exit( EXIT_FAILURE );
+static void createSharedMemory()
+{
+       //step 1. create shared memory.
+       void *memMapBase = mmap(0, SHARED_MEMORY_DEFAULT + STACK_SIZE_DEFAULT, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANON, -1, 0);
+       if (memMapBase == MAP_FAILED) {
+               perror("mmap");
+               exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
-       //copy page
-       memcpy(&(snapshotrecord->backingStore[backingpage]), addr, sizeof(struct SnapShotPage));
-       //remember where to copy page back to
-       snapshotrecord->backingRecords[backingpage].basePtrOfPage=addr;
-       //set protection to read/write
-       if (mprotect( addr, sizeof(struct SnapShotPage), PROT_READ | PROT_WRITE )) {
-               perror("mprotect");
-               // Handle error by quitting?
-       }
-#endif //nothing to handle for non snapshotting case.
+       //Setup snapshot record at top of free region
+       fork_snap = (struct fork_snapshotter *)memMapBase;
+       fork_snap->mSharedMemoryBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + sizeof(*fork_snap));
+       fork_snap->mStackBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + SHARED_MEMORY_DEFAULT);
+       fork_snap->mStackSize = STACK_SIZE_DEFAULT;
+       fork_snap->mIDToRollback = -1;
+       fork_snap->currSnapShotID = 0;
 }
 
-/** ReturnPageAlignedAddress returns a page aligned address for the
- * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
+/**
+ * Create a new mspace pointer for the non-snapshotting (i.e., inter-process
+ * shared) memory region. Only for fork-based snapshotting.
+ *
+ * @return The shared memory mspace
  */
-
-void * ReturnPageAlignedAddress(void * addr) {
-       return (void *)(((uintptr_t)addr)&~(PAGESIZE-1));
+mspace create_shared_mspace()
+{
+       if (!fork_snap)
+               createSharedMemory();
+       return create_mspace_with_base((void *)(fork_snap->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(*fork_snap), 1);
 }
 
-/** PageAlignedAdressUpdate return a page aligned address for the
- * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
- */
+static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
+                                                                                                                        unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
+                                                                                                                        unsigned int numheappages)
+{
+       if (!fork_snap)
+               createSharedMemory();
 
-void * PageAlignAddressUpward(void * addr) {
-       return (void *)((((uintptr_t)addr)+PAGESIZE-1)&~(PAGESIZE-1));
-}
-void createSharedLibrary(){
-#if !USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       //step 1. create shared memory.
-       if( sTheRecord ) return;
-       int fd = shm_open( "/ModelChecker-Snapshotter", O_RDWR | O_CREAT, 0777 ); //universal permissions.
-       if( -1 == fd ) FAILURE("shm_open");
-       if( -1 == ftruncate( fd, ( size_t )SHARED_MEMORY_DEFAULT + ( size_t )STACK_SIZE_DEFAULT ) ) FAILURE( "ftruncate" );
-       char * memMapBase = ( char * ) mmap( 0, ( size_t )SHARED_MEMORY_DEFAULT + ( size_t )STACK_SIZE_DEFAULT, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0 );
-       if( MAP_FAILED == memMapBase ) FAILURE("mmap");
-       sTheRecord = ( struct Snapshot_t * )memMapBase;
-       sTheRecord->mSharedMemoryBase = memMapBase + sizeof( struct Snapshot_t );
-       sTheRecord->mStackBase = ( char * )memMapBase + ( size_t )SHARED_MEMORY_DEFAULT;
-       sTheRecord->mStackSize = STACK_SIZE_DEFAULT;
-       sTheRecord->mIDToRollback = -1;
-       sTheRecord->currSnapShotID = 0;
-       sTheRecord->mbFinalize = false;
-#endif
+       model_snapshot_space = create_mspace(numheappages * PAGESIZE, 1);
 }
 
-/** The initSnapShotLibrary function initializes the Snapshot library.
- *  @param entryPoint the function that should run the program.
- */
-void initSnapShotLibrary(unsigned int numbackingpages,
-               unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
-               unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint) {
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       /* Setup a stack for our signal handler....  */
-       stack_t ss;
-       ss.ss_sp = MYMALLOC(SIGSTACKSIZE);
-       ss.ss_size = SIGSTACKSIZE;
-       ss.ss_flags = 0;
-       sigaltstack(&ss, NULL);
-
-       struct sigaction sa;
-       sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_NODEFER | SA_RESTART | SA_ONSTACK;
-       sigemptyset( &sa.sa_mask );
-       sa.sa_sigaction = HandlePF;
-#ifdef MAC
-       if( sigaction( SIGBUS, &sa, NULL ) == -1 ){
-               printf("SIGACTION CANNOT BE INSTALLED\n");
-               exit(EXIT_FAILURE);
-       }
-#endif
-       if( sigaction( SIGSEGV, &sa, NULL ) == -1 ){
-               printf("SIGACTION CANNOT BE INSTALLED\n");
-               exit(EXIT_FAILURE);
-       }
+volatile int modellock = 0;
 
-       initSnapShotRecord(numbackingpages, numsnapshots, nummemoryregions);
-
-       // EVIL HACK: We need to make sure that calls into the HandlePF method don't cause dynamic links
-       // The problem is that we end up protecting state in the dynamic linker...
-       // Solution is to call our signal handler before we start protecting stuff...
-
-       siginfo_t si;
-       memset(&si, 0, sizeof(si));
-       si.si_addr=ss.ss_sp;
-       HandlePF(SIGSEGV, &si, NULL);
-       snapshotrecord->lastBackingPage--; //remove the fake page we copied
-
-       basemySpace=MYMALLOC((numheappages+1)*PAGESIZE);
-       void * pagealignedbase=PageAlignAddressUpward(basemySpace);
-       mySpace = create_mspace_with_base(pagealignedbase,  numheappages*PAGESIZE, 1 );
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
-       entryPoint();
-#else
-
-       basemySpace=system_malloc((numheappages+1)*PAGESIZE);
-       void * pagealignedbase=PageAlignAddressUpward(basemySpace);
-       mySpace = create_mspace_with_base(pagealignedbase,  numheappages*PAGESIZE, 1 );
-       createSharedLibrary();
-
-       //step 2 setup the stack context.
-
-       int alreadySwapped = 0;
-       getcontext( &savedSnapshotContext );
-       if( !alreadySwapped ){
-               alreadySwapped = 1;
-               ucontext_t currentContext, swappedContext, newContext;
-               getcontext( &newContext );
-               newContext.uc_stack.ss_sp = sTheRecord->mStackBase;
-               newContext.uc_stack.ss_size = STACK_SIZE_DEFAULT;
-               newContext.uc_link = &currentContext;
-               makecontext( &newContext, entryPoint, 0 );
-               swapcontext( &swappedContext, &newContext );
+static void fork_loop() {
+       /* switch back here when takesnapshot is called */
+       snapshotid = fork_snap->currSnapShotID;
+       if (model->params.nofork) {
+               setcontext(&shared_ctxt);
+               _Exit(EXIT_SUCCESS);
        }
 
-       //add the code to take a snapshot here...
-       //to return to user process, do a second swapcontext...
-       pid_t forkedID = 0;
-       snapshotid = sTheRecord->currSnapShotID;
-       bool swapContext = false;
-       while( !sTheRecord->mbFinalize ){
-               sTheRecord->currSnapShotID=snapshotid+1;
-               forkedID = fork();
-               if( 0 == forkedID ){
-                       ucontext_t currentContext;
-#if 0
-                       int dbg = 0;
-                       while( !dbg );
-#endif
-                       if( swapContext )
-                               swapcontext( &currentContext, &( sTheRecord->mContextToRollback ) );
-                       else{
-                               swapcontext( &currentContext, &savedUserSnapshotContext );
-                       }
-               } else {
-                       int status;
-                       int retVal;
+       while (true) {
+               pid_t forkedID;
+               fork_snap->currSnapShotID = snapshotid + 1;
 
-                       SSDEBUG("The process id of child is %d and the process id of this process is %d and snapshot id is %d",
-                               forkedID, getpid(), snapshotid );
-
-                       do {
-                               retVal=waitpid( forkedID, &status, 0 );
-                       } while( -1 == retVal && errno == EINTR );
+               modellock = 1;
+               forkedID = fork();
+               modellock = 0;
 
-                       if( sTheRecord->mIDToRollback != snapshotid )
-                               exit(EXIT_SUCCESS);
-                       else{
-                               swapContext = true;
+               if (0 == forkedID) {
+                       setcontext(&shared_ctxt);
+               } else {
+                       DEBUG("parent PID: %d, child PID: %d, snapshot ID: %d\n",
+                                               getpid(), forkedID, snapshotid);
+
+                       while (waitpid(forkedID, NULL, 0) < 0) {
+                               /* waitpid() may be interrupted */
+                               if (errno != EINTR) {
+                                       perror("waitpid");
+                                       exit(EXIT_FAILURE);
+                               }
                        }
+
+                       if (fork_snap->mIDToRollback != snapshotid)
+                               _Exit(EXIT_SUCCESS);
                }
        }
+}
 
-#endif
+static void fork_startExecution() {
+       /* switch to a new entryPoint context, on a new stack */
+       create_context(&private_ctxt, snapshot_calloc(STACK_SIZE_DEFAULT, 1), STACK_SIZE_DEFAULT, fork_loop);
 }
 
-/** The addMemoryRegionToSnapShot function assumes that addr is page aligned. 
- */
-void addMemoryRegionToSnapShot( void * addr, unsigned int numPages) {
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       unsigned int memoryregion=snapshotrecord->lastRegion++;
-       if (memoryregion==snapshotrecord->maxRegions) {
-               printf("Exceeded supported number of memory regions!\n");
-               exit(EXIT_FAILURE);
-       }
+static snapshot_id fork_take_snapshot() {
+       model_swapcontext(&shared_ctxt, &private_ctxt);
+       DEBUG("TAKESNAPSHOT RETURN\n");
+       fork_snap->mIDToRollback = -1;
+       return snapshotid;
+}
 
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[ memoryregion ].basePtr=addr;
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[ memoryregion ].sizeInPages=numPages;
-#endif //NOT REQUIRED IN THE CASE OF FORK BASED SNAPSHOTS.
+static void fork_roll_back(snapshot_id theID)
+{
+       DEBUG("Rollback\n");
+       fork_snap->mIDToRollback = theID;
+       fork_exit();
 }
 
-/** The takeSnapshot function takes a snapshot.
- * @return The snapshot identifier.
+/**
+ * @brief Initializes the snapshot system
+ * @param entryPoint the function that should run the program.
  */
+void snapshot_system_init(unsigned int numbackingpages,
+                                                                                                       unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
+                                                                                                       unsigned int numheappages)
+{
+       fork_snapshot_init(numbackingpages, numsnapshots, nummemoryregions, numheappages);
+}
 
-snapshot_id takeSnapshot( ){
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       for(unsigned int region=0; region<snapshotrecord->lastRegion;region++) {
-               if( mprotect(snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].basePtr, snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].sizeInPages*sizeof(struct SnapShotPage), PROT_READ ) == -1 ){
-                       perror("mprotect");
-                       printf("Failed to mprotect inside of takeSnapShot\n");
-                       exit(EXIT_FAILURE);
-               }
-       }
-       unsigned int snapshot=snapshotrecord->lastSnapShot++;
-       if (snapshot==snapshotrecord->maxSnapShots) {
-               printf("Out of snapshots\n");
-               exit(EXIT_FAILURE);
-       }
-       snapshotrecord->snapShots[snapshot].firstBackingPage=snapshotrecord->lastBackingPage;
-
-       return snapshot;
-#else
-       swapcontext( &savedUserSnapshotContext, &savedSnapshotContext );
-       return snapshotid;
-#endif
+void startExecution() {
+       fork_startExecution();
 }
 
-/** The rollBack function rollback to the given snapshot identifier.
- *  @param theID is the snapshot identifier to rollback to.
+/** Takes a snapshot of memory.
+ * @return The snapshot identifier.
  */
-
-void rollBack( snapshot_id theID ){
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       std::map< void *, bool, std::less< void * >, MyAlloc< std::pair< const void *, bool > > > duplicateMap;
-       for(unsigned int region=0; region<snapshotrecord->lastRegion;region++) {
-               if( mprotect(snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].basePtr, snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].sizeInPages*sizeof(struct SnapShotPage), PROT_READ | PROT_WRITE ) == -1 ){
-                       perror("mprotect");
-                       printf("Failed to mprotect inside of takeSnapShot\n");
-                       exit(EXIT_FAILURE);
-               }
-       }
-       for(unsigned int page=snapshotrecord->snapShots[theID].firstBackingPage; page<snapshotrecord->lastBackingPage; page++) {
-               bool oldVal = false;
-               if( duplicateMap.find( snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage ) != duplicateMap.end() ){
-                       oldVal = true;
-               }
-               else{
-                       duplicateMap[ snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage ] = true;
-               }
-               if(  !oldVal ){
-                       memcpy(snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage, &snapshotrecord->backingStore[page], sizeof(struct SnapShotPage));
-               }
-       }
-       snapshotrecord->lastSnapShot=theID;
-       snapshotrecord->lastBackingPage=snapshotrecord->snapShots[theID].firstBackingPage;
-       takeSnapshot(); //Make sure current snapshot is still good...All later ones are cleared
-#else
-       sTheRecord->mIDToRollback = theID;
-       int sTemp = 0;
-       getcontext( &sTheRecord->mContextToRollback );
-       if( !sTemp ){
-               sTemp = 1;
-               SSDEBUG("Invoked rollback");
-               exit(EXIT_SUCCESS);
-       }
-#endif
+snapshot_id take_snapshot()
+{
+       return fork_take_snapshot();
 }
 
-/** The finalize method shuts down the snapshotting system.  */
-//Subramanian -- remove this function from the external interface and
-//have us call it internally
-
-void finalize(){
-#if !USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       sTheRecord->mbFinalize = true;
-#endif
+/** Rolls the memory state back to the given snapshot identifier.
+ *  @param theID is the snapshot identifier to rollback to.
+ */
+void snapshot_roll_back(snapshot_id theID)
+{
+       fork_roll_back(theID);
 }
-