cyclegraph.cc

   1 #include "cyclegraph.h"
   2 #include "action.h"
   3 #include "common.h"
   4 #include "promise.h"
   5 #include "model.h"
   6
   7 /** Initializes a CycleGraph object. */
   8 CycleGraph::CycleGraph() :
   9         discovered(new HashTable<const CycleNode *, const CycleNode *, uintptr_t, 4, model_malloc, model_calloc, model_free>(16)),
  10         hasCycles(false),
  11         oldCycles(false)
  12 {
  13 }
  14
  15 /** CycleGraph destructor */
  16 CycleGraph::~CycleGraph()
  17 {
  18         delete discovered;
  19 }
  20
  21 /**
  22  * Add a CycleNode to the graph, corresponding to a store ModelAction
  23  * @param act The write action that should be added
  24  * @param node The CycleNode that corresponds to the store
  25  */
  26 void CycleGraph::putNode(const ModelAction *act, CycleNode *node)
  27 {
  28         actionToNode.put(act, node);
  29 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  30         nodeList.push_back(node);
  31 #endif
  32 }
  33
  34 /**
  35  * Add a CycleNode to the graph, corresponding to a Promise
  36  * @param promise The Promise that should be added
  37  * @param node The CycleNode that corresponds to the Promise
  38  */
  39 void CycleGraph::putNode(const Promise *promise, CycleNode *node)
  40 {
  41         const ModelAction *reader = promise->get_action();
  42         readerToPromiseNode.put(reader, node);
  43 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  44         nodeList.push_back(node);
  45 #endif
  46 }
  47
  48 /**
  49  * @brief Remove the Promise node from the graph
  50  * @param promise The promise to remove from the graph
  51  */
  52 void CycleGraph::erasePromiseNode(const Promise *promise)
  53 {
  54         const ModelAction *reader = promise->get_action();
  55         readerToPromiseNode.put(reader, NULL);
  56 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  57         /* Remove the promise node from nodeList */
  58         CycleNode *node = getNode_noCreate(promise);
  59         for (unsigned int i = 0; i < nodeList.size(); )
  60                 if (nodeList[i] == node)
  61                         nodeList.erase(nodeList.begin() + i);
  62                 else
  63                         i++;
  64 #endif
  65 }
  66
  67 /** @return The corresponding CycleNode, if exists; otherwise NULL */
  68 CycleNode * CycleGraph::getNode_noCreate(const ModelAction *act) const
  69 {
  70         return actionToNode.get(act);
  71 }
  72
  73 /** @return The corresponding CycleNode, if exists; otherwise NULL */
  74 CycleNode * CycleGraph::getNode_noCreate(const Promise *promise) const
  75 {
  76         return readerToPromiseNode.get(promise->get_action());
  77 }
  78
  79 /**
  80  * @brief Returns the CycleNode corresponding to a given ModelAction
  81  *
  82  * Gets (or creates, if none exist) a CycleNode corresponding to a ModelAction
  83  *
  84  * @param action The ModelAction to find a node for
  85  * @return The CycleNode paired with this action
  86  */
  87 CycleNode * CycleGraph::getNode(const ModelAction *action)
  88 {
  89         CycleNode *node = getNode_noCreate(action);
  90         if (node == NULL) {
  91                 node = new CycleNode(action);
  92                 putNode(action, node);
  93         }
  94         return node;
  95 }
  96
  97 /**
  98  * @brief Returns a CycleNode corresponding to a promise
  99  *
 100  * Gets (or creates, if none exist) a CycleNode corresponding to a promised
 101  * value.
 102  *
 103  * @param promise The Promise generated by a reader
 104  * @return The CycleNode corresponding to the Promise
 105  */
 106 CycleNode * CycleGraph::getNode(const Promise *promise)
 107 {
 108         CycleNode *node = getNode_noCreate(promise);
 109         if (node == NULL) {
 110                 node = new CycleNode(promise);
 111                 putNode(promise, node);
 112         }
 113         return node;
 114 }
 115
 116 /**
 117  * @return false if the resolution results in a cycle; true otherwise
 118  */
 119 bool CycleGraph::resolvePromise(ModelAction *reader, ModelAction *writer,
 120                 promise_list_t *mustResolve)
 121 {
 122         CycleNode *promise_node = readerToPromiseNode.get(reader);
 123         CycleNode *w_node = actionToNode.get(writer);
 124         ASSERT(promise_node);
 125
 126         if (w_node)
 127                 return mergeNodes(w_node, promise_node, mustResolve);
 128         /* No existing write-node; just convert the promise-node */
 129         promise_node->resolvePromise(writer);
 130         erasePromiseNode(promise_node->getPromise());
 131         putNode(writer, promise_node);
 132         return true;
 133 }
 134
 135 /**
 136  * @brief Merge two CycleNodes that represent the same write
 137  *
 138  * Note that this operation cannot be rolled back.
 139  *
 140  * @param w_node The write ModelAction node with which to merge
 141  * @param p_node The Promise node to merge. Will be destroyed after this
 142  * function.
 143  * @param mustMerge Return (pass-by-reference) any additional Promises that
 144  * must also be merged with w_node
 145  *
 146  * @return false if the merge results in a cycle; true otherwise
 147  */
 148 bool CycleGraph::mergeNodes(CycleNode *w_node, CycleNode *p_node,
 149                 promise_list_t *mustMerge)
 150 {
 151         ASSERT(!w_node->is_promise());
 152         ASSERT(p_node->is_promise());
 153
 154         const Promise *promise = p_node->getPromise();
 155         if (!promise->is_compatible(w_node->getAction())) {
 156                 hasCycles = true;
 157                 return false;
 158         }
 159
 160         /* Transfer the RMW */
 161         CycleNode *promise_rmw = p_node->getRMW();
 162         if (promise_rmw && promise_rmw != w_node->getRMW() && w_node->setRMW(promise_rmw)) {
 163                 hasCycles = true;
 164                 return false;
 165         }
 166
 167         /* Transfer back edges to w_node */
 168         while (p_node->getNumBackEdges() > 0) {
 169                 CycleNode *back = p_node->removeBackEdge();
 170                 if (back == w_node)
 171                         continue;
 172                 if (back->is_promise()) {
 173                         if (checkReachable(w_node, back)) {
 174                                 /* Edge would create cycle; merge instead */
 175                                 mustMerge->push_back(back->getPromise());
 176                                 if (!mergeNodes(w_node, back, mustMerge))
 177                                         return false;
 178                         } else
 179                                 back->addEdge(w_node);
 180                 } else
 181                         addNodeEdge(back, w_node);
 182         }
 183
 184         /* Transfer forward edges to w_node */
 185         while (p_node->getNumEdges() > 0) {
 186                 CycleNode *forward = p_node->removeEdge();
 187                 if (forward == w_node)
 188                         continue;
 189                 if (forward->is_promise()) {
 190                         if (checkReachable(forward, w_node)) {
 191                                 mustMerge->push_back(forward->getPromise());
 192                                 if (!mergeNodes(w_node, forward, mustMerge))
 193                                         return false;
 194                         } else
 195                                 w_node->addEdge(forward);
 196                 } else
 197                         addNodeEdge(w_node, forward);
 198         }
 199
 200         erasePromiseNode(promise);
 201         /* Not deleting p_node, to maintain consistency if mergeNodes() fails */
 202
 203         return !hasCycles;
 204 }
 205
 206 /**
 207  * Adds an edge between two CycleNodes.
 208  * @param fromnode The edge comes from this CycleNode
 209  * @param tonode The edge points to this CycleNode
 210  * @return True, if new edge(s) are added; otherwise false
 211  */
 212 bool CycleGraph::addNodeEdge(CycleNode *fromnode, CycleNode *tonode)
 213 {
 214         bool added;
 215
 216         if (!hasCycles)
 217                 hasCycles = checkReachable(tonode, fromnode);
 218
 219         if ((added = fromnode->addEdge(tonode)))
 220                 rollbackvector.push_back(fromnode);
 221
 222         /*
 223          * If the fromnode has a rmwnode that is not the tonode, we should add
 224          * an edge between its rmwnode and the tonode
 225          */
 226         CycleNode *rmwnode = fromnode->getRMW();
 227         if (rmwnode && rmwnode != tonode) {
 228                 if (!hasCycles)
 229                         hasCycles = checkReachable(tonode, rmwnode);
 230
 231                 if (rmwnode->addEdge(tonode)) {
 232                         rollbackvector.push_back(rmwnode);
 233                         added = true;
 234                 }
 235         }
 236         return added;
 237 }
 238
 239 /**
 240  * @brief Add an edge between a write and the RMW which reads from it
 241  *
 242  * Handles special case of a RMW action, where the ModelAction rmw reads from
 243  * the ModelAction/Promise from. The key differences are:
 244  * (1) no write can occur in between the rmw and the from action.
 245  * (2) Only one RMW action can read from a given write.
 246  *
 247  * @param from The edge comes from this ModelAction/Promise
 248  * @param rmw The edge points to this ModelAction; this action must read from
 249  * the ModelAction/Promise from
 250  */
 251 template <typename T>
 252 void CycleGraph::addRMWEdge(const T *from, const ModelAction *rmw)
 253 {
 254         ASSERT(from);
 255         ASSERT(rmw);
 256
 257         CycleNode *fromnode = getNode(from);
 258         CycleNode *rmwnode = getNode(rmw);
 259
 260         /* Two RMW actions cannot read from the same write. */
 261         if (fromnode->setRMW(rmwnode))
 262                 hasCycles = true;
 263         else
 264                 rmwrollbackvector.push_back(fromnode);
 265
 266         /* Transfer all outgoing edges from the from node to the rmw node */
 267         /* This process should not add a cycle because either:
 268          * (1) The rmw should not have any incoming edges yet if it is the
 269          * new node or
 270          * (2) the fromnode is the new node and therefore it should not
 271          * have any outgoing edges.
 272          */
 273         for (unsigned int i = 0; i < fromnode->getNumEdges(); i++) {
 274                 CycleNode *tonode = fromnode->getEdge(i);
 275                 if (tonode != rmwnode) {
 276                         if (rmwnode->addEdge(tonode))
 277                                 rollbackvector.push_back(rmwnode);
 278                 }
 279         }
 280
 281         addNodeEdge(fromnode, rmwnode);
 282 }
 283 /* Instantiate two forms of CycleGraph::addRMWEdge */
 284 template void CycleGraph::addRMWEdge(const ModelAction *from, const ModelAction *rmw);
 285 template void CycleGraph::addRMWEdge(const Promise *from, const ModelAction *rmw);
 286
 287 /**
 288  * @brief Adds an edge between objects
 289  *
 290  * This function will add an edge between any two objects which can be
 291  * associated with a CycleNode. That is, if they have a CycleGraph::getNode
 292  * implementation.
 293  *
 294  * The object to is ordered after the object from.
 295  *
 296  * @param to The edge points to this object, of type T
 297  * @param from The edge comes from this object, of type U
 298  * @return True, if new edge(s) are added; otherwise false
 299  */
 300 template <typename T, typename U>
 301 bool CycleGraph::addEdge(const T *from, const U *to)
 302 {
 303         ASSERT(from);
 304         ASSERT(to);
 305
 306         CycleNode *fromnode = getNode(from);
 307         CycleNode *tonode = getNode(to);
 308
 309         return addNodeEdge(fromnode, tonode);
 310 }
 311 /* Instantiate four forms of CycleGraph::addEdge */
 312 template bool CycleGraph::addEdge(const ModelAction *from, const ModelAction *to);
 313 template bool CycleGraph::addEdge(const ModelAction *from, const Promise *to);
 314 template bool CycleGraph::addEdge(const Promise *from, const ModelAction *to);
 315 template bool CycleGraph::addEdge(const Promise *from, const Promise *to);
 316
 317 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
 318
 319 static void print_node(const CycleNode *node, FILE *file, int label)
 320 {
 321         modelclock_t idx;
 322         if (node->is_promise()) {
 323                 const Promise *promise = node->getPromise();
 324                 idx = promise->get_action()->get_seq_number();
 325                 fprintf(file, "P%u", idx);
 326                 if (label) {
 327                         int first = 1;
 328                         fprintf(file, " [label=\"P%u, T", idx);
 329                         for (unsigned int i = 0 ; i < model->get_num_threads(); i++)
 330                                 if (promise->thread_is_available(int_to_id(i))) {
 331                                         fprintf(file, "%s%u", first ? "": ",", i);
 332                                         first = 0;
 333                                 }
 334                         fprintf(file, "\"]");
 335                 }
 336         } else {
 337                 const ModelAction *act = node->getAction();
 338                 idx = act->get_seq_number();
 339                 fprintf(file, "N%u", idx);
 340                 if (label)
 341                         fprintf(file, " [label=\"N%u, T%u\"]", idx, act->get_tid());
 342         }
 343 }
 344
 345 void CycleGraph::dumpNodes(FILE *file) const
 346 {
 347         for (unsigned int i = 0; i < nodeList.size(); i++) {
 348                 CycleNode *n = nodeList[i];
 349                 print_node(n, file, 1);
 350                 fprintf(file, ";\n");
 351                 if (n->getRMW() != NULL) {
 352                         print_node(n, file, 0);
 353                         fprintf(file, " -> ");
 354                         print_node(n->getRMW(), file, 0);
 355                         fprintf(file, "[style=dotted];\n");
 356                 }
 357                 for (unsigned int j = 0; j < n->getNumEdges(); j++) {
 358                         print_node(n, file, 0);
 359                         fprintf(file, " -> ");
 360                         print_node(n->getEdge(j), file, 0);
 361                         fprintf(file, ";\n");
 362                 }
 363         }
 364 }
 365
 366 void CycleGraph::dumpGraphToFile(const char *filename) const
 367 {
 368         char buffer[200];
 369         sprintf(buffer, "%s.dot", filename);
 370         FILE *file = fopen(buffer, "w");
 371         fprintf(file, "digraph %s {\n", filename);
 372         dumpNodes(file);
 373         fprintf(file, "}\n");
 374         fclose(file);
 375 }
 376 #endif
 377
 378 /**
 379  * Checks whether one CycleNode can reach another.
 380  * @param from The CycleNode from which to begin exploration
 381  * @param to The CycleNode to reach
 382  * @return True, @a from can reach @a to; otherwise, false
 383  */
 384 bool CycleGraph::checkReachable(const CycleNode *from, const CycleNode *to) const
 385 {
 386         std::vector< const CycleNode *, ModelAlloc<const CycleNode *> > queue;
 387         discovered->reset();
 388
 389         queue.push_back(from);
 390         discovered->put(from, from);
 391         while (!queue.empty()) {
 392                 const CycleNode *node = queue.back();
 393                 queue.pop_back();
 394                 if (node == to)
 395                         return true;
 396
 397                 for (unsigned int i = 0; i < node->getNumEdges(); i++) {
 398                         CycleNode *next = node->getEdge(i);
 399                         if (!discovered->contains(next)) {
 400                                 discovered->put(next, next);
 401                                 queue.push_back(next);
 402                         }
 403                 }
 404         }
 405         return false;
 406 }
 407
 408 /**
 409  * Checks whether one ModelAction/Promise can reach another ModelAction/Promise
 410  * @param from The ModelAction or Promise from which to begin exploration
 411  * @param to The ModelAction or Promise to reach
 412  * @return True, @a from can reach @a to; otherwise, false
 413  */
 414 template <typename T, typename U>
 415 bool CycleGraph::checkReachable(const T *from, const U *to) const
 416 {
 417         CycleNode *fromnode = getNode_noCreate(from);
 418         CycleNode *tonode = getNode_noCreate(to);
 419
 420         if (!fromnode || !tonode)
 421                 return false;
 422
 423         return checkReachable(fromnode, tonode);
 424 }
 425 /* Instantiate three forms of CycleGraph::checkReachable */
 426 template bool CycleGraph::checkReachable(const ModelAction *from,
 427                 const ModelAction *to) const;
 428 template bool CycleGraph::checkReachable(const ModelAction *from,
 429                 const Promise *to) const;
 430 template bool CycleGraph::checkReachable(const Promise *from,
 431                 const ModelAction *to) const;
 432
 433 /** @return True, if the promise has failed; false otherwise */
 434 bool CycleGraph::checkPromise(const ModelAction *fromact, Promise *promise) const
 435 {
 436         std::vector< CycleNode *, ModelAlloc<CycleNode *> > queue;
 437         discovered->reset();
 438         CycleNode *from = actionToNode.get(fromact);
 439
 440         queue.push_back(from);
 441         discovered->put(from, from);
 442         while (!queue.empty()) {
 443                 CycleNode *node = queue.back();
 444                 queue.pop_back();
 445
 446                 if (!node->is_promise() &&
 447                                 promise->eliminate_thread(node->getAction()->get_tid()))
 448                         return true;
 449
 450                 for (unsigned int i = 0; i < node->getNumEdges(); i++) {
 451                         CycleNode *next = node->getEdge(i);
 452                         if (!discovered->contains(next)) {
 453                                 discovered->put(next, next);
 454                                 queue.push_back(next);
 455                         }
 456                 }
 457         }
 458         return false;
 459 }
 460
 461 void CycleGraph::startChanges()
 462 {
 463         ASSERT(rollbackvector.empty());
 464         ASSERT(rmwrollbackvector.empty());
 465         ASSERT(oldCycles == hasCycles);
 466 }
 467
 468 /** Commit changes to the cyclegraph. */
 469 void CycleGraph::commitChanges()
 470 {
 471         rollbackvector.clear();
 472         rmwrollbackvector.clear();
 473         oldCycles = hasCycles;
 474 }
 475
 476 /** Rollback changes to the previous commit. */
 477 void CycleGraph::rollbackChanges()
 478 {
 479         for (unsigned int i = 0; i < rollbackvector.size(); i++)
 480                 rollbackvector[i]->removeEdge();
 481
 482         for (unsigned int i = 0; i < rmwrollbackvector.size(); i++)
 483                 rmwrollbackvector[i]->clearRMW();
 484
 485         hasCycles = oldCycles;
 486         rollbackvector.clear();
 487         rmwrollbackvector.clear();
 488 }
 489
 490 /** @returns whether a CycleGraph contains cycles. */
 491 bool CycleGraph::checkForCycles() const
 492 {
 493         return hasCycles;
 494 }
 495
 496 /**
 497  * @brief Constructor for a CycleNode
 498  * @param act The ModelAction for this node
 499  */
 500 CycleNode::CycleNode(const ModelAction *act) :
 501         action(act),
 502         promise(NULL),
 503         hasRMW(NULL)
 504 {
 505 }
 506
 507 /**
 508  * @brief Constructor for a Promise CycleNode
 509  * @param promise The Promise which was generated
 510  */
 511 CycleNode::CycleNode(const Promise *promise) :
 512         action(NULL),
 513         promise(promise),
 514         hasRMW(NULL)
 515 {
 516 }
 517
 518 /**
 519  * @param i The index of the edge to return
 520  * @returns The a CycleNode edge indexed by i
 521  */
 522 CycleNode * CycleNode::getEdge(unsigned int i) const
 523 {
 524         return edges[i];
 525 }
 526
 527 /** @returns The number of edges leaving this CycleNode */
 528 unsigned int CycleNode::getNumEdges() const
 529 {
 530         return edges.size();
 531 }
 532
 533 CycleNode * CycleNode::getBackEdge(unsigned int i) const
 534 {
 535         return back_edges[i];
 536 }
 537
 538 unsigned int CycleNode::getNumBackEdges() const
 539 {
 540         return back_edges.size();
 541 }
 542
 543 /**
 544  * @brief Remove an element from a vector
 545  * @param v The vector
 546  * @param n The element to remove
 547  * @return True if the element was found; false otherwise
 548  */
 549 template <typename T>
 550 static bool vector_remove_node(std::vector<T, SnapshotAlloc<T> >& v, const T n)
 551 {
 552         for (unsigned int i = 0; i < v.size(); i++) {
 553                 if (v[i] == n) {
 554                         v.erase(v.begin() + i);
 555                         return true;
 556                 }
 557         }
 558         return false;
 559 }
 560
 561 /**
 562  * @brief Remove a (forward) edge from this CycleNode
 563  * @return The CycleNode which was popped, if one exists; otherwise NULL
 564  */
 565 CycleNode * CycleNode::removeEdge()
 566 {
 567         if (edges.empty())
 568                 return NULL;
 569
 570         CycleNode *ret = edges.back();
 571         edges.pop_back();
 572         vector_remove_node(ret->back_edges, this);
 573         return ret;
 574 }
 575
 576 /**
 577  * @brief Remove a (back) edge from this CycleNode
 578  * @return The CycleNode which was popped, if one exists; otherwise NULL
 579  */
 580 CycleNode * CycleNode::removeBackEdge()
 581 {
 582         if (back_edges.empty())
 583                 return NULL;
 584
 585         CycleNode *ret = back_edges.back();
 586         back_edges.pop_back();
 587         vector_remove_node(ret->edges, this);
 588         return ret;
 589 }
 590
 591 /**
 592  * Adds an edge from this CycleNode to another CycleNode.
 593  * @param node The node to which we add a directed edge
 594  * @return True if this edge is a new edge; false otherwise
 595  */
 596 bool CycleNode::addEdge(CycleNode *node)
 597 {
 598         for (unsigned int i = 0; i < edges.size(); i++)
 599                 if (edges[i] == node)
 600                         return false;
 601         edges.push_back(node);
 602         node->back_edges.push_back(this);
 603         return true;
 604 }
 605
 606 /** @returns the RMW CycleNode that reads from the current CycleNode */
 607 CycleNode * CycleNode::getRMW() const
 608 {
 609         return hasRMW;
 610 }
 611
 612 /**
 613  * Set a RMW action node that reads from the current CycleNode.
 614  * @param node The RMW that reads from the current node
 615  * @return True, if this node already was read by another RMW; false otherwise
 616  * @see CycleGraph::addRMWEdge
 617  */
 618 bool CycleNode::setRMW(CycleNode *node)
 619 {
 620         if (hasRMW != NULL)
 621                 return true;
 622         hasRMW = node;
 623         return false;
 624 }
 625
 626 /**
 627  * Convert a Promise CycleNode into a concrete-valued CycleNode. Should only be
 628  * used when there's no existing ModelAction CycleNode for this write.
 629  *
 630  * @param writer The ModelAction which wrote the future value represented by
 631  * this CycleNode
 632  */
 633 void CycleNode::resolvePromise(const ModelAction *writer)
 634 {
 635         ASSERT(is_promise());
 636         ASSERT(promise->is_compatible(writer));
 637         action = writer;
 638         promise = NULL;
 639         ASSERT(!is_promise());
 640 }