Change initialize a bit
[c11tester.git] / threads.cc
index ba7b54730781369fd6c17ec9f4bc492d660b3843..e22ffa3221f83ae1f95abb5b7b6c63da04c72183 100644 (file)
-#include "libthreads.h"
+/** @file threads.cc
+ *  @brief Thread functions.
+ */
+
+#include <string.h>
+
+#include <threads.h>
+#include "mutex.h"
 #include "common.h"
-#include "threads.h"
+#include "threads-model.h"
+#include "action.h"
 
 /* global "model" object */
 #include "model.h"
+#include "execution.h"
+#include "schedule.h"
+#include "clockvector.h"
 
-#define STACK_SIZE (1024 * 1024)
+#ifdef TLS
+#include <dlfcn.h>
+uintptr_t get_tls_addr() {
+       uintptr_t addr;
+       asm ("mov %%fs:0, %0" : "=r" (addr));
+       return addr;
+}
 
+#include <asm/prctl.h>
+#include <sys/prctl.h>
+extern "C" {
+int arch_prctl(int code, unsigned long addr);
+}
+static void set_tls_addr(uintptr_t addr) {
+       arch_prctl(ARCH_SET_FS, addr);
+       asm ("mov %0, %%fs:0" : : "r" (addr) : "memory");
+}
+#endif
+
+/** Allocate a stack for a new thread. */
 static void * stack_allocate(size_t size)
 {
-       return malloc(size);
+       return Thread_malloc(size);
 }
 
+/** Free a stack for a terminated thread. */
 static void stack_free(void *stack)
 {
-       free(stack);
+       Thread_free(stack);
 }
 
+/**
+ * @brief Get the current Thread
+ *
+ * Must be called from a user context
+ *
+ * @return The currently executing thread
+ */
 Thread * thread_current(void)
 {
        ASSERT(model);
-       return model->scheduler->get_current_thread();
+       return model->get_current_thread();
+}
+
+/**
+ * @brief Get the current Thread id
+ *
+ * Must be called from a user context
+ *
+ * @return The id of the currently executing thread
+ */
+thread_id_t thread_current_id(void)
+{
+       ASSERT(model);
+       return model->get_current_thread_id();
+}
+
+void modelexit() {
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_FINISH, std::memory_order_seq_cst, thread_current()));
+}
+
+void initMainThread() {
+       atexit(modelexit);
+       Thread * curr_thread = thread_current();
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_START, std::memory_order_seq_cst, curr_thread));
+}
+
+/**
+ * Provides a startup wrapper for each thread, allowing some initial
+ * model-checking data to be recorded. This method also gets around makecontext
+ * not being 64-bit clean
+ */
+void thread_startup()
+{
+       Thread * curr_thread = thread_current();
+#ifndef TLS
+       /* Add dummy "start" action, just to create a first clock vector */
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_START, std::memory_order_seq_cst, curr_thread));
+#endif
+
+       /* Call the actual thread function */
+       if (curr_thread->start_routine != NULL) {
+               curr_thread->start_routine(curr_thread->arg);
+       } else if (curr_thread->pstart_routine != NULL) {
+               // set pthread return value
+               void *retval = curr_thread->pstart_routine(curr_thread->arg);
+               curr_thread->set_pthread_return(retval);
+       }
+#ifndef TLS
+       /* Finish thread properly */
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_FINISH, std::memory_order_seq_cst, curr_thread));
+#endif
+}
+
+static int (*pthread_mutex_init_p)(pthread_mutex_t *__mutex, const pthread_mutexattr_t *__mutexattr) = NULL;
+
+int real_pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *__mutex, const pthread_mutexattr_t *__mutexattr) {
+       return pthread_mutex_init_p(__mutex, __mutexattr);
+}
+
+static int (*pthread_mutex_lock_p) (pthread_mutex_t *__mutex) = NULL;
+
+int real_pthread_mutex_lock (pthread_mutex_t *__mutex) {
+       return pthread_mutex_lock_p(__mutex);
+}
+
+static int (*pthread_mutex_unlock_p) (pthread_mutex_t *__mutex) = NULL;
+
+int real_pthread_mutex_unlock (pthread_mutex_t *__mutex) {
+       return pthread_mutex_unlock_p(__mutex);
+}
+
+static int (*pthread_create_p) (pthread_t *__restrict, const pthread_attr_t *__restrict, void *(*)(void *), void * __restrict) = NULL;
+
+int real_pthread_create (pthread_t *__restrict __newthread, const pthread_attr_t *__restrict __attr, void *(*__start_routine)(void *), void *__restrict __arg) {
+       return pthread_create_p(__newthread, __attr, __start_routine, __arg);
+}
+
+static int (*pthread_join_p) (pthread_t __th, void ** __thread_return) = NULL;
+
+int real_pthread_join (pthread_t __th, void ** __thread_return) {
+       return pthread_join_p(__th, __thread_return);
+}
+
+static void (*pthread_exit_p)(void *) __attribute__((noreturn))= NULL;
+
+void real_pthread_exit (void * value_ptr) {
+       pthread_exit_p(value_ptr);
+}
+
+void real_init_all() {
+       char * error;
+       if (!pthread_mutex_init_p) {
+               pthread_mutex_init_p = (int (*)(pthread_mutex_t *__mutex, const pthread_mutexattr_t *__mutexattr))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_mutex_init");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+       if (!pthread_mutex_lock_p) {
+               pthread_mutex_lock_p = (int (*)(pthread_mutex_t *__mutex))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_mutex_lock");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+       if (!pthread_mutex_unlock_p) {
+               pthread_mutex_unlock_p = (int (*)(pthread_mutex_t *__mutex))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_mutex_unlock");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+       if (!pthread_create_p) {
+               pthread_create_p = (int (*)(pthread_t *__restrict, const pthread_attr_t *__restrict, void *(*)(void *), void *__restrict))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_create");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+       if (!pthread_join_p) {
+               pthread_join_p = (int (*)(pthread_t __th, void ** __thread_return))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_join");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+
+       if (!pthread_exit_p) {
+               *((void (**)(void *)) &pthread_exit_p) = (void (*)(void *))dlsym(RTLD_NEXT, "pthread_exit");
+               if ((error = dlerror()) != NULL) {
+                       fputs(error, stderr);
+                       exit(EXIT_FAILURE);
+               }
+       }
+}
+
+#ifdef TLS
+void finalize_helper_thread() {
+       Thread * curr_thread = thread_current();
+       real_pthread_mutex_lock(&curr_thread->mutex);
+       curr_thread->tls = (char *) get_tls_addr();
+       real_pthread_mutex_unlock(&curr_thread->mutex);
+       //Wait in the kernel until it is time for us to finish
+       real_pthread_mutex_lock(&curr_thread->mutex2);
+       real_pthread_mutex_unlock(&curr_thread->mutex2);
+       //return to helper thread function
+       setcontext(&curr_thread->context);
+}
+
+void * helper_thread(void * ptr) {
+       Thread * curr_thread = thread_current();
+
+       //build a context for this real thread so we can take it's context
+       int ret = getcontext(&curr_thread->helpercontext);
+       ASSERT(!ret);
+
+       //Setup destructor
+       if (pthread_setspecific(model->get_execution()->getPthreadKey(), (const void *)4)) {
+               printf("Destructor setup failed\n");
+               exit(-1);
+       }
+
+
+       /* Initialize new managed context */
+       curr_thread->helper_stack = stack_allocate(STACK_SIZE);
+       curr_thread->helpercontext.uc_stack.ss_sp = curr_thread->helper_stack;
+       curr_thread->helpercontext.uc_stack.ss_size = STACK_SIZE;
+       curr_thread->helpercontext.uc_stack.ss_flags = 0;
+       curr_thread->helpercontext.uc_link = NULL;
+       makecontext(&curr_thread->helpercontext, finalize_helper_thread, 0);
+
+       model_swapcontext(&curr_thread->context, &curr_thread->helpercontext);
+
+
+       //start the real thread
+       thread_startup();
+
+       return NULL;
 }
 
-/* This method just gets around makecontext not being 64-bit clean */
+#ifdef TLS
+void tlsdestructor(void *v) {
+       uintptr_t count = (uintptr_t) v;
+       if (count > 1) {
+               if (pthread_setspecific(model->get_execution()->getPthreadKey(), (const void *)(count - 1))) {
+                       printf("Destructor setup failed\n");
+                       exit(-1);
+               }
+               return;
+       }
+       /* Finish thread properly */
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_FINISH, std::memory_order_seq_cst, thread_current()));
+}
+#endif
 
-void thread_startup() {
+void setup_context() {
        Thread * curr_thread = thread_current();
-       curr_thread->start_routine(curr_thread->arg);
+
+       /* Add dummy "start" action, just to create a first clock vector */
+       model->switch_thread(new ModelAction(THREAD_START, std::memory_order_seq_cst, curr_thread));
+
+       real_init_all();
+
+       /* Initialize our lock */
+       real_pthread_mutex_init(&curr_thread->mutex, NULL);
+       real_pthread_mutex_init(&curr_thread->mutex2, NULL);
+       real_pthread_mutex_lock(&curr_thread->mutex2);
+
+       /* Create the real thread */
+       real_pthread_create(&curr_thread->thread, NULL, helper_thread, NULL);
+       bool notdone = true;
+       while(notdone) {
+               real_pthread_mutex_lock(&curr_thread->mutex);
+               if (curr_thread->tls != NULL)
+                       notdone = false;
+               real_pthread_mutex_unlock(&curr_thread->mutex);
+       }
+
+       set_tls_addr((uintptr_t)curr_thread->tls);
+       setcontext(&curr_thread->context);
 }
+#endif
 
+/**
+ * Create a thread context for a new thread so we can use
+ * setcontext/getcontext/swapcontext to swap it out.
+ * @return 0 on success; otherwise, non-zero error condition
+ */
 int Thread::create_context()
 {
        int ret;
@@ -43,58 +298,247 @@ int Thread::create_context()
        context.uc_stack.ss_sp = stack;
        context.uc_stack.ss_size = STACK_SIZE;
        context.uc_stack.ss_flags = 0;
-       context.uc_link = model->get_system_context();
+       context.uc_link = NULL;
+#ifdef TLS
+       makecontext(&context, setup_context, 0);
+#else
        makecontext(&context, thread_startup, 0);
+#endif
 
        return 0;
 }
 
+/**
+ * Swaps the current context to another thread of execution. This form switches
+ * from a user Thread to a system context.
+ * @param t Thread representing the currently-running thread. The current
+ * context is saved here.
+ * @param ctxt Context to which we will swap. Must hold a valid system context.
+ * @return Does not return, unless we return to Thread t's context. See
+ * swapcontext(3) (returns 0 for success, -1 for failure).
+ */
 int Thread::swap(Thread *t, ucontext_t *ctxt)
 {
-       return swapcontext(&t->context, ctxt);
+       t->set_state(THREAD_READY);
+#ifdef TLS
+       set_tls_addr((uintptr_t)model->getInitThread()->tls);
+#endif
+       return model_swapcontext(&t->context, ctxt);
 }
 
+/**
+ * Swaps the current context to another thread of execution. This form switches
+ * from a system context to a user Thread.
+ * @param ctxt System context variable to which to save the current context.
+ * @param t Thread to which we will swap. Must hold a valid user context.
+ * @return Does not return, unless we return to the system context (ctxt). See
+ * swapcontext(3) (returns 0 for success, -1 for failure).
+ */
 int Thread::swap(ucontext_t *ctxt, Thread *t)
 {
-       return swapcontext(ctxt, &t->context);
+       t->set_state(THREAD_RUNNING);
+#ifdef TLS
+       if (t->tls != NULL)
+               set_tls_addr((uintptr_t)t->tls);
+#endif
+       return model_swapcontext(ctxt, &t->context);
 }
 
+int Thread::swap(Thread *t, Thread *t2)
+{
+       t2->set_state(THREAD_RUNNING);
+       if (t == t2)
+               return 0;
+
+#ifdef TLS
+       if (t2->tls != NULL)
+               set_tls_addr((uintptr_t)t2->tls);
+#endif
+       return model_swapcontext(&t->context, &t2->context);
+}
+
+/** Terminate a thread. */
 void Thread::complete()
 {
-       if (state != THREAD_COMPLETED) {
-               DEBUG("completed thread %d\n", get_id());
-               state = THREAD_COMPLETED;
-               if (stack)
-                       stack_free(stack);
+       ASSERT(!is_complete());
+       DEBUG("completed thread %d\n", id_to_int(get_id()));
+       state = THREAD_COMPLETED;
+}
+
+void Thread::freeResources() {
+       if (stack)
+               stack_free(stack);
+#ifdef TLS
+       if (this != model->getInitThread()) {
+               real_pthread_mutex_unlock(&mutex2);
+               real_pthread_join(thread, NULL);
+               stack_free(helper_stack);
        }
+#endif
+       state = THREAD_FREED;
+}
+
+/**
+ * @brief Construct a new model-checker Thread
+ *
+ * A model-checker Thread is used for accounting purposes only. It will never
+ * have its own stack, and it should never be inserted into the Scheduler.
+ *
+ * @param tid The thread ID to assign
+ */
+Thread::Thread(thread_id_t tid) :
+       parent(NULL),
+       acq_fence_cv(new ClockVector()),
+       creation(NULL),
+       pending(NULL),
+       wakeup_state(false),
+       start_routine(NULL),
+       arg(NULL),
+       stack(NULL),
+#ifdef TLS
+       tls(NULL),
+#endif
+       user_thread(NULL),
+       id(tid),
+       state(THREAD_READY),    /* Thread is always ready? */
+       last_action_val(0),
+       model_thread(true)
+{
+       memset(&context, 0, sizeof(context));
 }
 
-Thread::Thread(thrd_t *t, void (*func)(void *), void *a) :
+/**
+ * Construct a new thread.
+ * @param t The thread identifier of the newly created thread.
+ * @param func The function that the thread will call.
+ * @param a The parameter to pass to this function.
+ */
+Thread::Thread(thread_id_t tid, thrd_t *t, void (*func)(void *), void *a, Thread *parent) :
+       parent(parent),
+       acq_fence_cv(new ClockVector()),
+       creation(NULL),
+       pending(NULL),
+       wakeup_state(false),
        start_routine(func),
+       pstart_routine(NULL),
        arg(a),
+#ifdef TLS
+       tls(NULL),
+#endif
        user_thread(t),
+       id(tid),
        state(THREAD_CREATED),
-       last_action_val(VALUE_NONE)
+       last_action_val(VALUE_NONE),
+       model_thread(false)
 {
        int ret;
 
        /* Initialize state */
        ret = create_context();
        if (ret)
-               printf("Error in create_context\n");
+               model_print("Error in create_context\n");
 
-       id = model->get_next_id();
-       *user_thread = id;
-       parent = thread_current();
+       user_thread->priv = this;       // WL
 }
 
+/**
+ * Construct a new thread for pthread.
+ * @param t The thread identifier of the newly created thread.
+ * @param func The function that the thread will call.
+ * @param a The parameter to pass to this function.
+ */
+Thread::Thread(thread_id_t tid, thrd_t *t, void *(*func)(void *), void *a, Thread *parent) :
+       parent(parent),
+       acq_fence_cv(new ClockVector()),
+       creation(NULL),
+       pending(NULL),
+       wakeup_state(false),
+       start_routine(NULL),
+       pstart_routine(func),
+       arg(a),
+#ifdef TLS
+       tls(NULL),
+#endif
+       user_thread(t),
+       id(tid),
+       state(THREAD_CREATED),
+       last_action_val(VALUE_NONE),
+       model_thread(false)
+{
+       int ret;
+
+       /* Initialize state */
+       ret = create_context();
+       if (ret)
+               model_print("Error in create_context\n");
+}
+
+
+/** Destructor */
 Thread::~Thread()
 {
-       complete();
-       model->remove_thread(this);
+       if (!is_complete())
+               complete();
+
+       delete acq_fence_cv;
 }
 
-thread_id_t Thread::get_id()
+/** @return The thread_id_t corresponding to this Thread object. */
+thread_id_t Thread::get_id() const
 {
        return id;
 }
+
+/**
+ * Set a thread's THREAD_* state (@see thread_state)
+ * @param s The state to enter
+ */
+void Thread::set_state(thread_state s)
+{
+       ASSERT(s == THREAD_COMPLETED || state != THREAD_COMPLETED);
+       state = s;
+}
+
+/**
+ * Get the Thread that this Thread is immediately waiting on
+ * @return The thread we are waiting on, if any; otherwise NULL
+ */
+Thread * Thread::waiting_on() const
+{
+       if (!pending)
+               return NULL;
+
+       switch (pending->get_type()) {
+               case THREAD_JOIN:
+               case PTHREAD_JOIN:
+                       return pending->get_thread_operand();
+               case ATOMIC_LOCK:
+                       return (Thread *)pending->get_mutex()->get_state()->locked;
+               default:
+                       return NULL;
+       }
+}
+
+/**
+ * Check if this Thread is waiting (blocking) on a given Thread, directly or
+ * indirectly (via a chain of waiting threads)
+ *
+ * @param t The Thread on which we may be waiting
+ * @return True if we are waiting on Thread t; false otherwise
+ */
+bool Thread::is_waiting_on(const Thread *t) const
+{
+       Thread *wait;
+
+       // One thread relocks a recursive mutex
+       if (waiting_on() == t && pending->is_lock()) {
+               int mutex_type = pending->get_mutex()->get_state()->type;
+               if (mutex_type == PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE)
+                       return false;
+       }
+
+       for (wait = waiting_on();wait != NULL;wait = wait->waiting_on())
+               if (wait == t)
+                       return true;
+       return false;
+}