model.h

   1 /** @file model.h
   2  *  @brief Core model checker.
   3  */
   4
   5 #ifndef __MODEL_H__
   6 #define __MODEL_H__
   7
   8 #include <list>
   9 #include <vector>
  10 #include <cstddef>
  11 #include <ucontext.h>
  12
  13 #include "schedule.h"
  14 #include "mymemory.h"
  15 #include "libthreads.h"
  16 #include "threads.h"
  17 #include "action.h"
  18 #include "clockvector.h"
  19 #include "hashtable.h"
  20
  21 /* Forward declaration */
  22 class NodeStack;
  23 class CycleGraph;
  24 class Promise;
  25
  26 /**
  27  * Model checker parameter structure. Holds run-time configuration options for
  28  * the model checker.
  29  */
  30 struct model_params {
  31         int maxreads;
  32         int maxfuturedelay;
  33 };
  34
  35 struct PendingFutureValue {
  36         uint64_t value;
  37         modelclock_t expiration;
  38         ModelAction * act;
  39 };
  40
  41 /**
  42  * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
  43  */
  44 struct model_snapshot_members {
  45         ModelAction *current_action;
  46         int next_thread_id;
  47         modelclock_t used_sequence_numbers;
  48         Thread *nextThread;
  49         ModelAction *next_backtrack;
  50
  51         /** @see ModelChecker::lazy_sync_size */
  52         unsigned int lazy_sync_size;
  53 };
  54
  55 /** @brief The central structure for model-checking */
  56 class ModelChecker {
  57 public:
  58         ModelChecker(struct model_params params);
  59         ~ModelChecker();
  60
  61         /** @returns the context for the main model-checking system thread */
  62         ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
  63
  64         /** Prints an execution summary with trace information. */
  65         void print_summary();
  66
  67         void add_thread(Thread *t);
  68         void remove_thread(Thread *t);
  69         Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
  70         Thread * get_thread(ModelAction *act) { return get_thread(act->get_tid()); }
  71
  72         thread_id_t get_next_id();
  73         int get_num_threads();
  74         modelclock_t get_next_seq_num();
  75
  76         /** @return The currently executing Thread. */
  77         Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
  78
  79         int switch_to_master(ModelAction *act);
  80         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
  81         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
  82         bool next_execution();
  83         bool isfeasible();
  84         bool isfeasibleotherthanRMW();
  85         bool isfinalfeasible();
  86         void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
  87         void get_release_seq_heads(ModelAction *act,
  88                         std::vector< const ModelAction *, MyAlloc<const ModelAction *> > *release_heads);
  89         void finish_execution();
  90         bool isfeasibleprefix();
  91         void set_assert() {asserted=true;}
  92
  93         MEMALLOC
  94 private:
  95         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
  96         Scheduler *scheduler;
  97
  98         bool thin_air_constraint_may_allow(const ModelAction * writer, const ModelAction *reader);
  99         bool has_asserted() {return asserted;}
 100         void reset_asserted() {asserted=false;}
 101         int num_executions;
 102         int num_feasible_executions;
 103         bool promises_expired();
 104         const model_params params;
 105
 106         /**
 107          * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
 108          * immediately before switching from user- to system-context to pass
 109          * data between them.
 110          * @param act The ModelAction created by the user-thread action
 111          */
 112         void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
 113         Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
 114         bool process_read(ModelAction *curr, Thread * th, bool second_part_of_rmw);
 115
 116         bool take_step();
 117
 118         void check_recency(ModelAction *curr, bool already_added);
 119         ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
 120         void set_backtracking(ModelAction *act);
 121         Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
 122         ModelAction * get_next_backtrack();
 123         void reset_to_initial_state();
 124         bool resolve_promises(ModelAction *curr);
 125         void compute_promises(ModelAction *curr);
 126
 127         void check_curr_backtracking(ModelAction * curr);
 128         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 129         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid);
 130         ModelAction * get_last_seq_cst(const void *location);
 131         void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
 132         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 133         void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 134         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
 135         bool w_modification_order(ModelAction *curr);
 136         bool release_seq_head(const ModelAction *rf,
 137                         std::vector< const ModelAction *, MyAlloc<const ModelAction *> > *release_heads) const;
 138         bool resolve_release_sequences(void *location);
 139
 140         ModelAction *diverge;
 141
 142         ucontext_t system_context;
 143         action_list_t *action_trace;
 144         HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
 145
 146         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 147          * to a trace of all actions performed on the object. */
 148         HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
 149
 150         HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
 151         std::vector<Promise *> *promises;
 152         std::vector<struct PendingFutureValue> *futurevalues;
 153
 154         /**
 155          * Collection of lists of objects that might synchronize with one or
 156          * more release sequence. Release sequences might be determined lazily
 157          * as promises are fulfilled and modification orders are established.
 158          * This structure maps its lists by object location. Each ModelAction
 159          * in the lists should be an acquire operation.
 160          */
 161         HashTable<void *, std::list<ModelAction *>, uintptr_t, 4> *lazy_sync_with_release;
 162
 163         /**
 164          * Represents the total size of the
 165          * ModelChecker::lazy_sync_with_release lists. This count should be
 166          * snapshotted, so it is actually a pointer to a location within
 167          * ModelChecker::priv
 168          */
 169         unsigned int *lazy_sync_size;
 170
 171         std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
 172         NodeStack *node_stack;
 173
 174         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 175          * together for efficiency and maintainability. */
 176         struct model_snapshot_members *priv;
 177
 178         /**
 179          * @brief The modification order graph
 180          *
 181          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 182          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 183          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 184          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 185          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 186          * separate ordering on a distinct object.
 187          *
 188          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 189          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 190          * <tt>b</tt>.
 191          */
 192         CycleGraph *mo_graph;
 193         bool failed_promise;
 194         bool too_many_reads;
 195         bool asserted;
 196 };
 197
 198 extern ModelChecker *model;
 199
 200 #endif /* __MODEL_H__ */