snapshot: clean up fork-based error handling
[c11tester.git] / snapshot.cc
index 1cc3255bbbe057ebc2a68037ad58877eb2052f22..da478075c8b4f8bde0c4fdfb3bc499f44a79ace9 100644 (file)
@@ -6,14 +6,12 @@
 #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"
-
-#define FAILURE(mesg) { model_print("failed in the API: %s with errno relative message: %s\n", mesg, strerror(errno)); exit(EXIT_FAILURE); }
+#include "context.h"
 
 /** PageAlignedAdressUpdate return a page aligned address for the
  * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
@@ -25,7 +23,7 @@ static void * PageAlignAddressUpward(void *addr)
 
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
 
-/* Each snapshotrecord lists the firstbackingpage that must be written to
+/* Each SnapShotRecord lists the firstbackingpage that must be written to
  * revert to that snapshot */
 struct SnapShotRecord {
        unsigned int firstBackingPage;
@@ -46,8 +44,19 @@ struct MemoryRegion {
        int sizeInPages; // size of memory region in pages
 };
 
+/** 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));
+}
+
 /* Primary struct for snapshotting system */
-struct SnapShot {
+struct mprot_snapshotter {
+       mprot_snapshotter(unsigned int numbackingpages, unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions);
+       ~mprot_snapshotter();
+
        struct MemoryRegion *regionsToSnapShot; //This pointer references an array of memory regions to snapshot
        snapshot_page_t *backingStore; //This pointer references an array of snapshotpage's that form the backing store
        void *backingStoreBasePtr; //This pointer references an array of snapshotpage's that form the backing store
@@ -61,42 +70,40 @@ struct SnapShot {
        unsigned int maxRegions; //Stores the max number of memory regions we support
        unsigned int maxBackingPages; //Stores the total number of backing pages
        unsigned int maxSnapShots; //Stores the total number of snapshots we allow
+
+       MEMALLOC
 };
 
-static struct SnapShot *snapshotrecord = NULL;
+static struct mprot_snapshotter *mprot_snap = NULL;
 
-/** 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)
+mprot_snapshotter::mprot_snapshotter(unsigned int backing_pages, unsigned int snapshots, unsigned int regions) :
+       lastSnapShot(0),
+       lastBackingPage(0),
+       lastRegion(0),
+       maxRegions(regions),
+       maxBackingPages(backing_pages),
+       maxSnapShots(snapshots)
 {
-       return (void *)(((uintptr_t)addr) & ~(PAGESIZE - 1));
+       regionsToSnapShot = (struct MemoryRegion *)model_malloc(sizeof(struct MemoryRegion) * regions);
+       backingStoreBasePtr = (void *)model_malloc(sizeof(snapshot_page_t) * (backing_pages + 1));
+       //Page align the backingstorepages
+       backingStore = (snapshot_page_t *)PageAlignAddressUpward(backingStoreBasePtr);
+       backingRecords = (struct BackingPageRecord *)model_malloc(sizeof(struct BackingPageRecord) * backing_pages);
+       snapShots = (struct SnapShotRecord *)model_malloc(sizeof(struct SnapShotRecord) * snapshots);
 }
 
-/** 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)
+mprot_snapshotter::~mprot_snapshotter()
 {
-       snapshotrecord = (struct SnapShot *)model_malloc(sizeof(struct SnapShot));
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot = (struct MemoryRegion *)model_malloc(sizeof(struct MemoryRegion) * nummemoryregions);
-       snapshotrecord->backingStoreBasePtr = (void *)model_malloc(sizeof(snapshot_page_t) * (numbackingpages + 1));
-       //Page align the backingstorepages
-       snapshotrecord->backingStore = (snapshot_page_t *)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;
+       model_free(regionsToSnapShot);
+       model_free(backingStoreBasePtr);
+       model_free(backingRecords);
+       model_free(snapShots);
 }
 
-/** HandlePF is the page fault handler for mprotect based snapshotting
+/** mprot_handle_pf is the page fault handler for mprotect based snapshotting
  * algorithm.
  */
-static void HandlePF(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
+static void mprot_handle_pf(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
 {
        if (si->si_code == SEGV_MAPERR) {
                model_print("Real Fault at %p\n", si->si_addr);
@@ -107,16 +114,16 @@ static void HandlePF(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
        }
        void* addr = ReturnPageAlignedAddress(si->si_addr);
 
-       unsigned int backingpage = snapshotrecord->lastBackingPage++; //Could run out of pages...
-       if (backingpage == snapshotrecord->maxBackingPages) {
+       unsigned int backingpage = mprot_snap->lastBackingPage++; //Could run out of pages...
+       if (backingpage == mprot_snap->maxBackingPages) {
                model_print("Out of backing pages at %p\n", si->si_addr);
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
        //copy page
-       memcpy(&(snapshotrecord->backingStore[backingpage]), addr, sizeof(snapshot_page_t));
+       memcpy(&(mprot_snap->backingStore[backingpage]), addr, sizeof(snapshot_page_t));
        //remember where to copy page back to
-       snapshotrecord->backingRecords[backingpage].basePtrOfPage = addr;
+       mprot_snap->backingRecords[backingpage].basePtrOfPage = addr;
        //set protection to read/write
        if (mprotect(addr, sizeof(snapshot_page_t), PROT_READ | PROT_WRITE)) {
                perror("mprotect");
@@ -138,7 +145,7 @@ static void mprot_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
        struct sigaction sa;
        sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_NODEFER | SA_RESTART | SA_ONSTACK;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
-       sa.sa_sigaction = HandlePF;
+       sa.sa_sigaction = mprot_handle_pf;
 #ifdef MAC
        if (sigaction(SIGBUS, &sa, NULL) == -1) {
                model_print("SIGACTION CANNOT BE INSTALLED\n");
@@ -150,58 +157,58 @@ static void mprot_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
-       initSnapShotRecord(numbackingpages, numsnapshots, nummemoryregions);
+       mprot_snap = new mprot_snapshotter(numbackingpages, numsnapshots, nummemoryregions);
 
-       // EVIL HACK: We need to make sure that calls into the HandlePF method don't cause dynamic links
+       // EVIL HACK: We need to make sure that calls into the mprot_handle_pf 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
+       mprot_handle_pf(SIGSEGV, &si, NULL);
+       mprot_snap->lastBackingPage--; //remove the fake page we copied
 
        void *basemySpace = model_malloc((numheappages + 1) * PAGESIZE);
        void *pagealignedbase = PageAlignAddressUpward(basemySpace);
        user_snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages * PAGESIZE, 1);
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
+       snapshot_add_memory_region(pagealignedbase, numheappages);
 
        void *base_model_snapshot_space = model_malloc((numheappages + 1) * PAGESIZE);
        pagealignedbase = PageAlignAddressUpward(base_model_snapshot_space);
        model_snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages * PAGESIZE, 1);
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
+       snapshot_add_memory_region(pagealignedbase, numheappages);
 
        entryPoint();
 }
 
 static void mprot_add_to_snapshot(void *addr, unsigned int numPages)
 {
-       unsigned int memoryregion = snapshotrecord->lastRegion++;
-       if (memoryregion == snapshotrecord->maxRegions) {
+       unsigned int memoryregion = mprot_snap->lastRegion++;
+       if (memoryregion == mprot_snap->maxRegions) {
                model_print("Exceeded supported number of memory regions!\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[memoryregion].basePtr = addr;
-       snapshotrecord->regionsToSnapShot[memoryregion].sizeInPages = numPages;
+       mprot_snap->regionsToSnapShot[memoryregion].basePtr = addr;
+       mprot_snap->regionsToSnapShot[memoryregion].sizeInPages = numPages;
 }
 
 static snapshot_id mprot_take_snapshot()
 {
-       for (unsigned int region = 0; region < snapshotrecord->lastRegion; region++) {
-               if (mprotect(snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].basePtr, snapshotrecord->regionsToSnapShot[region].sizeInPages * sizeof(snapshot_page_t), PROT_READ) == -1) {
+       for (unsigned int region = 0; region < mprot_snap->lastRegion; region++) {
+               if (mprotect(mprot_snap->regionsToSnapShot[region].basePtr, mprot_snap->regionsToSnapShot[region].sizeInPages * sizeof(snapshot_page_t), PROT_READ) == -1) {
                        perror("mprotect");
                        model_print("Failed to mprotect inside of takeSnapShot\n");
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
        }
-       unsigned int snapshot = snapshotrecord->lastSnapShot++;
-       if (snapshot == snapshotrecord->maxSnapShots) {
+       unsigned int snapshot = mprot_snap->lastSnapShot++;
+       if (snapshot == mprot_snap->maxSnapShots) {
                model_print("Out of snapshots\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
-       snapshotrecord->snapShots[snapshot].firstBackingPage = snapshotrecord->lastBackingPage;
+       mprot_snap->snapShots[snapshot].firstBackingPage = mprot_snap->lastBackingPage;
 
        return snapshot;
 }
@@ -209,41 +216,39 @@ static snapshot_id mprot_take_snapshot()
 static void mprot_roll_back(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(snapshot_page_t));
+       if (mprot_snap->lastSnapShot == (theID + 1)) {
+               for (unsigned int page = mprot_snap->snapShots[theID].firstBackingPage; page < mprot_snap->lastBackingPage; page++) {
+                       memcpy(mprot_snap->backingRecords[page].basePtrOfPage, &mprot_snap->backingStore[page], sizeof(snapshot_page_t));
                }
                return;
        }
 #endif
 
        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(snapshot_page_t), PROT_READ | PROT_WRITE) == -1) {
+       for (unsigned int region = 0; region < mprot_snap->lastRegion; region++) {
+               if (mprotect(mprot_snap->regionsToSnapShot[region].basePtr, mprot_snap->regionsToSnapShot[region].sizeInPages * sizeof(snapshot_page_t), PROT_READ | PROT_WRITE) == -1) {
                        perror("mprotect");
                        model_print("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(snapshot_page_t));
+       for (unsigned int page = mprot_snap->snapShots[theID].firstBackingPage; page < mprot_snap->lastBackingPage; page++) {
+               if (!duplicateMap.contains(mprot_snap->backingRecords[page].basePtrOfPage)) {
+                       duplicateMap.put(mprot_snap->backingRecords[page].basePtrOfPage, true);
+                       memcpy(mprot_snap->backingRecords[page].basePtrOfPage, &mprot_snap->backingStore[page], sizeof(snapshot_page_t));
                }
        }
-       snapshotrecord->lastSnapShot = theID;
-       snapshotrecord->lastBackingPage = snapshotrecord->snapShots[theID].firstBackingPage;
+       mprot_snap->lastSnapShot = theID;
+       mprot_snap->lastBackingPage = mprot_snap->snapShots[theID].firstBackingPage;
        mprot_take_snapshot(); //Make sure current snapshot is still good...All later ones are cleared
 }
 
 #else /* !USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
 
-#include <ucontext.h>
-
 #define SHARED_MEMORY_DEFAULT  (100 * ((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 SnapShot {
+struct fork_snapshotter {
        void *mSharedMemoryBase;
        void *mStackBase;
        size_t mStackSize;
@@ -252,7 +257,7 @@ struct SnapShot {
        snapshot_id currSnapShotID;
 };
 
-static struct SnapShot *snapshotrecord = NULL;
+static struct fork_snapshotter *fork_snap = NULL;
 
 /** @statics
 *   These variables are necessary because the stack is shared region and
@@ -273,16 +278,18 @@ 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");
+       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(struct fork_snapshotter));
+       fork_snap->mStackBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + SHARED_MEMORY_DEFAULT);
+       fork_snap->mStackSize = STACK_SIZE_DEFAULT;
+       fork_snap->mIDToRollback = -1;
+       fork_snap->currSnapShotID = 0;
 }
 
 /**
@@ -293,16 +300,16 @@ static void createSharedMemory()
  */
 mspace create_shared_mspace()
 {
-       if (!snapshotrecord)
+       if (!fork_snap)
                createSharedMemory();
-       return create_mspace_with_base((void *)(snapshotrecord->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(struct SnapShot), 1);
+       return create_mspace_with_base((void *)(fork_snap->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(struct fork_snapshotter), 1);
 }
 
 static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
                unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
                unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint)
 {
-       if (!snapshotrecord)
+       if (!fork_snap)
                createSharedMemory();
 
        void *base_model_snapshot_space = malloc((numheappages + 1) * PAGESIZE);
@@ -312,47 +319,47 @@ static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
        //step 2 setup the stack context.
        ucontext_t newContext;
        getcontext(&newContext);
-       newContext.uc_stack.ss_sp = snapshotrecord->mStackBase;
+       newContext.uc_stack.ss_sp = fork_snap->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);
+       model_swapcontext(&savedSnapshotContext, &newContext);
 
        /* switch back here when takesnapshot is called */
        pid_t forkedID = 0;
-       snapshotid = snapshotrecord->currSnapShotID;
+       snapshotid = fork_snap->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;
+               fork_snap->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));
+                               setcontext(&(fork_snap->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;
-
-                       DEBUG("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);
-
-                       do {
-                               retVal = waitpid(forkedID, &status, 0);
-                       } while (-1 == retVal && errno == EINTR);
+                       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 (snapshotrecord->mIDToRollback != snapshotid) {
+                       if (fork_snap->mIDToRollback != snapshotid)
                                exit(EXIT_SUCCESS);
-                       }
                        rollback = true;
                }
        }
@@ -360,16 +367,16 @@ static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
 
 static snapshot_id fork_take_snapshot()
 {
-       swapcontext(&savedUserSnapshotContext, &savedSnapshotContext);
+       model_swapcontext(&savedUserSnapshotContext, &savedSnapshotContext);
        DEBUG("TAKESNAPSHOT RETURN\n");
        return snapshotid;
 }
 
 static void fork_roll_back(snapshot_id theID)
 {
-       snapshotrecord->mIDToRollback = theID;
+       fork_snap->mIDToRollback = theID;
        volatile int sTemp = 0;
-       getcontext(&snapshotrecord->mContextToRollback);
+       getcontext(&fork_snap->mContextToRollback);
        /*
         * This is used to quit the process on rollback, so that the process
         * which needs to rollback can quit allowing the process whose
@@ -384,15 +391,16 @@ static void fork_roll_back(snapshot_id theID)
        /*
         * This fix obviates the need for a finalize call. hence less dependences for model-checker....
         */
-       snapshotrecord->mIDToRollback = -1;
+       fork_snap->mIDToRollback = -1;
 }
 
 #endif /* !USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
 
-/** The initSnapshotLibrary function initializes the snapshot library.
- *  @param entryPoint the function that should run the program.
+/**
+ * @brief Initializes the snapshot system
+ * @param entryPoint the function that should run the program.
  */
-void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
+void snapshot_system_init(unsigned int numbackingpages,
                unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
                unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint)
 {
@@ -403,8 +411,8 @@ void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
 #endif
 }
 
-/** The addMemoryRegionToSnapShot function assumes that addr is page aligned. */
-void addMemoryRegionToSnapShot(void *addr, unsigned int numPages)
+/** Assumes that addr is page aligned. */
+void snapshot_add_memory_region(void *addr, unsigned int numPages)
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        mprot_add_to_snapshot(addr, numPages);
@@ -413,10 +421,10 @@ void addMemoryRegionToSnapShot(void *addr, unsigned int numPages)
 #endif
 }
 
-/** The takeSnapshot function takes a snapshot.
+/** Takes a snapshot of memory.
  * @return The snapshot identifier.
  */
-snapshot_id takeSnapshot()
+snapshot_id take_snapshot()
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        return mprot_take_snapshot();
@@ -425,10 +433,10 @@ snapshot_id takeSnapshot()
 #endif
 }
 
-/** 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)
+void snapshot_roll_back(snapshot_id theID)
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        mprot_roll_back(theID);