Change initialize a bit
[c11tester.git] / snapshot.cc
index 0c90da839912c59ff1b5db675efec367796328bc..1f0cf352d2e214c0e5218818addb29fab2a37330 100644 (file)
 #include <unistd.h>
 #include <signal.h>
 #include <stdlib.h>
-#include "hashtable.h"
-#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>
 
+#include "hashtable.h"
+#include "snapshot.h"
+#include "mymemory.h"
 #include "common.h"
+#include "context.h"
+#include "model.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
+#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
 
-/* extern declaration definition */
-struct SnapShot * snapshotrecord = NULL;
+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;
 
-#if !USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-/** @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.
-*
-*   @savedSnapshotContext: contains the point to which takesnapshot() call should switch to.
-*   @savedUserSnapshotContext: contains the point to which the process whose snapshotid is equal to the rollbackid should switch to
-*   @snapshotid: it is a running counter for the various forked processes snapshotid. it is incremented and set in a persistently shared record
-*/
-static ucontext_t savedSnapshotContext;
-static ucontext_t savedUserSnapshotContext;
-static snapshot_id snapshotid = 0;
+       /** @brief Pointer to the shared (non-snapshot) stack region */
+       void *mStackBase;
 
-#else /* USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
+       /** @brief Size of the shared stack */
+       size_t mStackSize;
 
-/** PageAlignedAdressUpdate return a page aligned address for the
- * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
- */
-static void * PageAlignAddressUpward(void * addr) {
-       return (void *)((((uintptr_t)addr)+PAGESIZE-1)&~(PAGESIZE-1));
-}
+       /**
+        * @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;
 
-/** ReturnPageAlignedAddress returns a page aligned address for the
- * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
- */
-static void * ReturnPageAlignedAddress(void * addr) {
-       return (void *)(((uintptr_t)addr)&~(PAGESIZE-1));
-}
 
-/** The initSnapShotRecord method initialized the snapshotting data
- *  structures for the mprotect based snapshot.
- */
-static void initSnapShotRecord(unsigned int numbackingpages, unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions) {
-       snapshotrecord=( struct SnapShot * )model_malloc(sizeof(struct SnapShot));
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot=( struct MemoryRegion * )model_malloc(sizeof(struct MemoryRegion)*nummemoryregions);
-       snapshotrecord->backingStoreBasePtr= ( struct SnapShotPage * )model_malloc( sizeof( struct SnapShotPage ) * (numbackingpages + 1) );
-       //Page align the backingstorepages
-       snapshotrecord->backingStore=( struct SnapShotPage * )PageAlignAddressUpward(snapshotrecord->backingStoreBasePtr);
-       snapshotrecord->backingRecords=( struct BackingPageRecord * )model_malloc(sizeof(struct BackingPageRecord)*numbackingpages);
-       snapshotrecord->snapShots= ( struct SnapShotRecord * )model_malloc(sizeof(struct SnapShotRecord)*numsnapshots);
-       snapshotrecord->lastSnapShot=0;
-       snapshotrecord->lastBackingPage=0;
-       snapshotrecord->lastRegion=0;
-       snapshotrecord->maxRegions=nummemoryregions;
-       snapshotrecord->maxBackingPages=numbackingpages;
-       snapshotrecord->maxSnapShots=numsnapshots;
-}
 
-/** HandlePF is the page fault handler for mprotect based snapshotting
- * algorithm.
+       /** @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
  */
-static void HandlePF( int sig, siginfo_t *si, void * unused){
-       if( si->si_code == SEGV_MAPERR ){
-               printf("Real Fault at %p\n", si->si_addr);
-               print_trace();
-               exit( EXIT_FAILURE );
-       }
-       void* addr = ReturnPageAlignedAddress(si->si_addr);
+static ucontext_t private_ctxt;
+static snapshot_id snapshotid = 0;
 
-       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 );
-       }
+/**
+ * @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);
+}
 
-       //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?
-       }
+/** @brief An empty function, used for an "empty" context which just exits a
+ *  process */
+static void fork_exit()
+{
+       _Exit(EXIT_SUCCESS);
 }
-#endif /* USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
 
-#if !USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-void createSharedMemory(){
+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( MAP_FAILED == memMapBase )
-               FAILURE("mmap");
+       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);
+       }
 
        //Setup snapshot record at top of free region
-       snapshotrecord = ( struct SnapShot * )memMapBase;
-       snapshotrecord->mSharedMemoryBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + sizeof(struct SnapShot));
-       snapshotrecord->mStackBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + SHARED_MEMORY_DEFAULT);
-       snapshotrecord->mStackSize = STACK_SIZE_DEFAULT;
-       snapshotrecord->mIDToRollback = -1;
-       snapshotrecord->currSnapShotID = 0;
+       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;
+       sStaticSpace = create_shared_mspace();
 }
-#endif
 
-
-/** The initSnapshotLibrary function initializes the snapshot library.
- *  @param entryPoint the function that should run the program.
+/**
+ * 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
  */
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-
-void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
-               unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
-               unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint) {
-       /* Setup a stack for our signal handler....  */
-       stack_t ss;
-       ss.ss_sp = PageAlignAddressUpward(model_malloc(SIGSTACKSIZE+PAGESIZE-1));
-       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);
-       }
-
-       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...
+mspace create_shared_mspace()
+{
+       if (!fork_snap)
+               createSharedMemory();
+       return create_mspace_with_base((void *)(fork_snap->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(*fork_snap), 1);
+}
 
-       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
+static void fork_snapshot_init(unsigned int numheappages)
+{
+       if (!fork_snap)
+               createSharedMemory();
 
-       void *basemySpace = model_malloc((numheappages+1)*PAGESIZE);
-       void * pagealignedbase=PageAlignAddressUpward(basemySpace);
-       snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages*PAGESIZE, 1 );
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
-       entryPoint();
+       model_snapshot_space = create_mspace(numheappages * PAGESIZE, 1);
 }
-#else
-void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
-               unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
-               unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint) {
-       if (!snapshotrecord)
-               createSharedMemory();
 
-       //step 2 setup the stack context.
-       ucontext_t newContext;
-       getcontext( &newContext );
-       newContext.uc_stack.ss_sp = snapshotrecord->mStackBase;
-       newContext.uc_stack.ss_size = STACK_SIZE_DEFAULT;
-       makecontext( &newContext, entryPoint, 0 );
-       /* switch to a new entryPoint context, on a new stack */
-       swapcontext(&savedSnapshotContext, &newContext);
+volatile int modellock = 0;
 
+static void fork_loop() {
        /* switch back here when takesnapshot is called */
-       pid_t forkedID = 0;
-       snapshotid = snapshotrecord->currSnapShotID;
-       /* This bool indicates that the current process's snapshotid is same
-                as the id to which the rollback needs to occur */
-
-       bool rollback = false;
-       while( true ){
-               snapshotrecord->currSnapShotID=snapshotid+1;
-               forkedID = fork();
-
-               if( 0 == forkedID ){
-                       /* If the rollback bool is set, switch to the context we need to
-                                return to during a rollback. */
-                       if( rollback) {
-                               setcontext( &( snapshotrecord->mContextToRollback ) );
-                       } else {
-                               /*Child process which is forked as a result of takesnapshot
-                                       call should switch back to the takesnapshot context*/
-                               setcontext( &savedUserSnapshotContext );
-                       }
-               } else {
-                       int status;
-                       int retVal;
+       snapshotid = fork_snap->currSnapShotID;
+       if (model->params.nofork) {
+               setcontext(&shared_ctxt);
+               _Exit(EXIT_SUCCESS);
+       }
 
-                       SSDEBUG("The process id of child is %d and the process id of this process is %d and snapshot id is %d\n",
-                               forkedID, getpid(), snapshotid );
+       while (true) {
+               pid_t forkedID;
+               fork_snap->currSnapShotID = snapshotid + 1;
 
-                       do {
-                               retVal=waitpid( forkedID, &status, 0 );
-                       } while( -1 == retVal && errno == EINTR );
+               modellock = 1;
+               forkedID = fork();
+               modellock = 0;
 
-                       if( snapshotrecord->mIDToRollback != snapshotid ) {
-                               exit(EXIT_SUCCESS);
+               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);
+                               }
                        }
-                       rollback = true;
+
+                       if (fork_snap->mIDToRollback != snapshotid)
+                               _Exit(EXIT_SUCCESS);
                }
        }
 }
-#endif
 
-/** The addMemoryRegionToSnapShot function assumes that addr is page aligned.
+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);
+}
+
+static snapshot_id fork_take_snapshot() {
+       model_swapcontext(&shared_ctxt, &private_ctxt);
+       DEBUG("TAKESNAPSHOT RETURN\n");
+       fork_snap->mIDToRollback = -1;
+       return snapshotid;
+}
+
+static void fork_roll_back(snapshot_id theID)
+{
+       DEBUG("Rollback\n");
+       fork_snap->mIDToRollback = theID;
+       fork_exit();
+}
+
+/**
+ * @brief Initializes the snapshot system
+ * @param entryPoint the function that should run the program.
  */
-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);
-       }
+void snapshot_system_init(unsigned int numheappages)
+{
+       fork_snapshot_init(numheappages);
+}
 
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[ memoryregion ].basePtr=addr;
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[ memoryregion ].sizeInPages=numPages;
-#endif //NOT REQUIRED IN THE CASE OF FORK BASED SNAPSHOTS.
+void startExecution() {
+       fork_startExecution();
 }
 
-/** The takeSnapshot function takes a snapshot.
+/** Takes a snapshot of memory.
  * @return The snapshot identifier.
  */
-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 );
-       SSDEBUG("TAKESNAPSHOT RETURN\n");
-       return snapshotid;
-#endif
+snapshot_id take_snapshot()
+{
+       return fork_take_snapshot();
 }
 
-/** The rollBack function rollback to the given snapshot identifier.
+/** Rolls the memory state back to the given snapshot identifier.
  *  @param theID is the snapshot identifier to rollback to.
  */
-void rollBack( snapshot_id theID ){
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT==2
-       if (snapshotrecord->lastSnapShot==(theID+1)) {
-               for(unsigned int page=snapshotrecord->snapShots[theID].firstBackingPage; page<snapshotrecord->lastBackingPage; page++) {
-                       memcpy(snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage, &snapshotrecord->backingStore[page], sizeof(struct SnapShotPage));
-               }
-               return;
-       }
-#endif
-
-#if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
-       HashTable< void *, bool, uintptr_t, 4, model_malloc, model_calloc, model_free> 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++) {
-               if( !duplicateMap.contains(snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage )) {
-                       duplicateMap.put(snapshotrecord->backingRecords[page].basePtrOfPage, true);
-                       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
-       snapshotrecord->mIDToRollback = theID;
-       volatile int sTemp = 0;
-       getcontext( &snapshotrecord->mContextToRollback );
-       /*
-        * This is used to quit the process on rollback, so that the process
-        * which needs to rollback can quit allowing the process whose
-        * snapshotid matches the rollbackid to switch to this context and
-        * continue....
-        */
-       if( !sTemp ){
-               sTemp = 1;
-               SSDEBUG("Invoked rollback\n");
-               exit(EXIT_SUCCESS);
-       }
-       /*
-        * This fix obviates the need for a finalize call. hence less dependences for model-checker....
-        *
-        */
-       snapshotrecord->mIDToRollback = -1;
-#endif
+void snapshot_roll_back(snapshot_id theID)
+{
+       fork_roll_back(theID);
 }
-