nodestack.cc

   1 #define __STDC_FORMAT_MACROS
   2 #include <inttypes.h>
   3
   4 #include <string.h>
   5
   6 #include "nodestack.h"
   7 #include "action.h"
   8 #include "common.h"
   9 #include "model.h"
  10 #include "threads-model.h"
  11 #include "modeltypes.h"
  12
  13 /**
  14  * @brief Node constructor
  15  *
  16  * Constructs a single Node for use in a NodeStack. Each Node is associated
  17  * with exactly one ModelAction (exception: the first Node should be created
  18  * as an empty stub, to represent the first thread "choice") and up to one
  19  * parent.
  20  *
  21  * @param act The ModelAction to associate with this Node. May be NULL.
  22  * @param par The parent Node in the NodeStack. May be NULL if there is no
  23  * parent.
  24  * @param nthreads The number of threads which exist at this point in the
  25  * execution trace.
  26  */
  27 Node::Node(ModelAction *act, Node *par, int nthreads, Node *prevfairness) :
  28         read_from_status(READ_FROM_PAST),
  29         action(act),
  30         parent(par),
  31         num_threads(nthreads),
  32         explored_children(num_threads),
  33         backtrack(num_threads),
  34         fairness(num_threads),
  35         numBacktracks(0),
  36         enabled_array(NULL),
  37         read_from_past(),
  38         read_from_past_idx(0),
  39         read_from_promises(),
  40         read_from_promise_idx(-1),
  41         future_values(),
  42         future_index(-1),
  43         resolve_promise(),
  44         resolve_promise_idx(-1),
  45         relseq_break_writes(),
  46         relseq_break_index(0),
  47         misc_index(0),
  48         misc_max(0)
  49 {
  50         ASSERT(act);
  51         act->set_node(this);
  52         int currtid = id_to_int(act->get_tid());
  53         int prevtid = prevfairness ? id_to_int(prevfairness->action->get_tid()) : 0;
  54
  55         if (model->params.fairwindow != 0) {
  56                 for (int i = 0; i < num_threads; i++) {
  57                         ASSERT(i < ((int)fairness.size()));
  58                         struct fairness_info *fi = &fairness[i];
  59                         struct fairness_info *prevfi = (parent && i < parent->get_num_threads()) ? &parent->fairness[i] : NULL;
  60                         if (prevfi) {
  61                                 *fi = *prevfi;
  62                         }
  63                         if (parent && parent->is_enabled(int_to_id(i))) {
  64                                 fi->enabled_count++;
  65                         }
  66                         if (i == currtid) {
  67                                 fi->turns++;
  68                                 fi->priority = false;
  69                         }
  70                         /* Do window processing */
  71                         if (prevfairness != NULL) {
  72                                 if (prevfairness->parent->is_enabled(int_to_id(i)))
  73                                         fi->enabled_count--;
  74                                 if (i == prevtid) {
  75                                         fi->turns--;
  76                                 }
  77                                 /* Need full window to start evaluating
  78                                  * conditions
  79                                  * If we meet the enabled count and have no
  80                                  * turns, give us priority */
  81                                 if ((fi->enabled_count >= model->params.enabledcount) &&
  82                                                 (fi->turns == 0))
  83                                         fi->priority = true;
  84                         }
  85                 }
  86         }
  87 }
  88
  89 /** @brief Node desctructor */
  90 Node::~Node()
  91 {
  92         delete action;
  93         if (enabled_array)
  94                 model_free(enabled_array);
  95 }
  96
  97 /** Prints debugging info for the ModelAction associated with this Node */
  98 void Node::print() const
  99 {
 100         action->print();
 101         model_print("          backtrack: %s", backtrack_empty() ? "empty" : "non-empty ");
 102         for (int i = 0; i < (int)backtrack.size(); i++)
 103                 if (backtrack[i] == true)
 104                         model_print("[%d]", i);
 105         model_print("\n");
 106
 107         model_print("          read from past: %s", read_from_past_empty() ? "empty" : "non-empty ");
 108         for (int i = read_from_past_idx + 1; i < (int)read_from_past.size(); i++)
 109                 model_print("[%d]", read_from_past[i]->get_seq_number());
 110         model_print("\n");
 111
 112         model_print("          read-from promises: %s", read_from_promise_empty() ? "empty" : "non-empty ");
 113         for (int i = read_from_promise_idx + 1; i < (int)read_from_promises.size(); i++)
 114                 model_print("[%d]", read_from_promises[i]->get_seq_number());
 115         model_print("\n");
 116
 117         model_print("          future values: %s", future_value_empty() ? "empty" : "non-empty ");
 118         for (int i = future_index + 1; i < (int)future_values.size(); i++)
 119                 model_print("[%#" PRIx64 "]", future_values[i].value);
 120         model_print("\n");
 121
 122         model_print("          promises: %s\n", promise_empty() ? "empty" : "non-empty");
 123         model_print("          misc: %s\n", misc_empty() ? "empty" : "non-empty");
 124         model_print("          rel seq break: %s\n", relseq_break_empty() ? "empty" : "non-empty");
 125 }
 126
 127 /*********************************** promise **********************************/
 128
 129 /**
 130  * Sets a promise to explore meeting with the given node.
 131  * @param i is the promise index.
 132  */
 133 void Node::set_promise(unsigned int i)
 134 {
 135         if (i >= resolve_promise.size())
 136                 resolve_promise.resize(i + 1, false);
 137         resolve_promise[i] = true;
 138 }
 139
 140 /**
 141  * Looks up whether a given promise should be satisfied by this node.
 142  * @param i The promise index.
 143  * @return true if the promise should be satisfied by the given ModelAction.
 144  */
 145 bool Node::get_promise(unsigned int i) const
 146 {
 147         return (i < resolve_promise.size()) && (int)i == resolve_promise_idx;
 148 }
 149
 150 /**
 151  * Increments to the next promise to resolve.
 152  * @return true if we have a valid combination.
 153  */
 154 bool Node::increment_promise()
 155 {
 156         DBG();
 157         if (resolve_promise.empty())
 158                 return false;
 159         int prev_idx = resolve_promise_idx;
 160         resolve_promise_idx++;
 161         for ( ; resolve_promise_idx < (int)resolve_promise.size(); resolve_promise_idx++)
 162                 if (resolve_promise[resolve_promise_idx])
 163                         return true;
 164         resolve_promise_idx = prev_idx;
 165         return false;
 166 }
 167
 168 /**
 169  * Returns whether the promise set is empty.
 170  * @return true if we have explored all promise combinations.
 171  */
 172 bool Node::promise_empty() const
 173 {
 174         for (int i = resolve_promise_idx + 1; i < (int)resolve_promise.size(); i++)
 175                 if (i >= 0 && resolve_promise[i])
 176                         return false;
 177         return true;
 178 }
 179
 180 /** @brief Clear any promise-resolution information for this Node */
 181 void Node::clear_promise_resolutions()
 182 {
 183         resolve_promise.clear();
 184         resolve_promise_idx = -1;
 185 }
 186
 187 /******************************* end promise **********************************/
 188
 189 void Node::set_misc_max(int i)
 190 {
 191         misc_max = i;
 192 }
 193
 194 int Node::get_misc() const
 195 {
 196         return misc_index;
 197 }
 198
 199 bool Node::increment_misc()
 200 {
 201         return (misc_index < misc_max) && ((++misc_index) < misc_max);
 202 }
 203
 204 bool Node::misc_empty() const
 205 {
 206         return (misc_index + 1) >= misc_max;
 207 }
 208
 209 /**
 210  * Checks if the Thread associated with this thread ID has been explored from
 211  * this Node already.
 212  * @param tid is the thread ID to check
 213  * @return true if this thread choice has been explored already, false
 214  * otherwise
 215  */
 216 bool Node::has_been_explored(thread_id_t tid) const
 217 {
 218         int id = id_to_int(tid);
 219         return explored_children[id];
 220 }
 221
 222 /**
 223  * Checks if the backtracking set is empty.
 224  * @return true if the backtracking set is empty
 225  */
 226 bool Node::backtrack_empty() const
 227 {
 228         return (numBacktracks == 0);
 229 }
 230
 231 /**
 232  * Mark the appropriate backtracking information for exploring a thread choice.
 233  * @param act The ModelAction to explore
 234  */
 235 void Node::explore_child(ModelAction *act, enabled_type_t *is_enabled)
 236 {
 237         if (!enabled_array)
 238                 enabled_array = (enabled_type_t *)model_malloc(sizeof(enabled_type_t) * num_threads);
 239         if (is_enabled != NULL)
 240                 memcpy(enabled_array, is_enabled, sizeof(enabled_type_t) * num_threads);
 241         else {
 242                 for (int i = 0; i < num_threads; i++)
 243                         enabled_array[i] = THREAD_DISABLED;
 244         }
 245
 246         explore(act->get_tid());
 247 }
 248
 249 /**
 250  * Records a backtracking reference for a thread choice within this Node.
 251  * Provides feedback as to whether this thread choice is already set for
 252  * backtracking.
 253  * @return false if the thread was already set to be backtracked, true
 254  * otherwise
 255  */
 256 bool Node::set_backtrack(thread_id_t id)
 257 {
 258         int i = id_to_int(id);
 259         ASSERT(i < ((int)backtrack.size()));
 260         if (backtrack[i])
 261                 return false;
 262         backtrack[i] = true;
 263         numBacktracks++;
 264         return true;
 265 }
 266
 267 thread_id_t Node::get_next_backtrack()
 268 {
 269         /** @todo Find next backtrack */
 270         unsigned int i;
 271         for (i = 0; i < backtrack.size(); i++)
 272                 if (backtrack[i] == true)
 273                         break;
 274         /* Backtrack set was empty? */
 275         ASSERT(i != backtrack.size());
 276
 277         backtrack[i] = false;
 278         numBacktracks--;
 279         return int_to_id(i);
 280 }
 281
 282 void Node::clear_backtracking()
 283 {
 284         for (unsigned int i = 0; i < backtrack.size(); i++)
 285                 backtrack[i] = false;
 286         for (unsigned int i = 0; i < explored_children.size(); i++)
 287                 explored_children[i] = false;
 288         numBacktracks = 0;
 289 }
 290
 291 bool Node::is_enabled(Thread *t) const
 292 {
 293         int thread_id = id_to_int(t->get_id());
 294         return thread_id < num_threads && (enabled_array[thread_id] != THREAD_DISABLED);
 295 }
 296
 297 enabled_type_t Node::enabled_status(thread_id_t tid) const
 298 {
 299         int thread_id = id_to_int(tid);
 300         if (thread_id < num_threads)
 301                 return enabled_array[thread_id];
 302         else
 303                 return THREAD_DISABLED;
 304 }
 305
 306 bool Node::is_enabled(thread_id_t tid) const
 307 {
 308         int thread_id = id_to_int(tid);
 309         return thread_id < num_threads && (enabled_array[thread_id] != THREAD_DISABLED);
 310 }
 311
 312 bool Node::has_priority(thread_id_t tid) const
 313 {
 314         return fairness[id_to_int(tid)].priority;
 315 }
 316
 317 /*********************************** read from ********************************/
 318
 319 /**
 320  * Get the current state of the may-read-from set iteration
 321  * @return The read-from type we should currently be checking (past or future)
 322  */
 323 read_from_type_t Node::get_read_from_status()
 324 {
 325         if (read_from_status == READ_FROM_PAST && read_from_past.empty())
 326                 increment_read_from();
 327         return read_from_status;
 328 }
 329
 330 /**
 331  * Iterate one step in the may-read-from iteration. This includes a step in
 332  * reading from the either the past or the future.
 333  * @return True if there is a new read-from to explore; false otherwise
 334  */
 335 bool Node::increment_read_from()
 336 {
 337         clear_promise_resolutions();
 338         if (increment_read_from_past()) {
 339                read_from_status = READ_FROM_PAST;
 340                return true;
 341         } else if (increment_read_from_promise()) {
 342                 read_from_status = READ_FROM_PROMISE;
 343                 return true;
 344         } else if (increment_future_value()) {
 345                 read_from_status = READ_FROM_FUTURE;
 346                 return true;
 347         }
 348         read_from_status = READ_FROM_NONE;
 349         return false;
 350 }
 351
 352 /**
 353  * @return True if there are any new read-froms to explore
 354  */
 355 bool Node::read_from_empty() const
 356 {
 357         return read_from_past_empty() &&
 358                 read_from_promise_empty() &&
 359                 future_value_empty();
 360 }
 361
 362 /**
 363  * Get the total size of the may-read-from set, including both past and future
 364  * values
 365  * @return The size of may-read-from
 366  */
 367 unsigned int Node::read_from_size() const
 368 {
 369         return read_from_past.size() +
 370                 read_from_promises.size() +
 371                 future_values.size();
 372 }
 373
 374 /******************************* end read from ********************************/
 375
 376 /****************************** read from past ********************************/
 377
 378 /** @brief Prints info about read_from_past set */
 379 void Node::print_read_from_past()
 380 {
 381         for (unsigned int i = 0; i < read_from_past.size(); i++)
 382                 read_from_past[i]->print();
 383 }
 384
 385 /**
 386  * Add an action to the read_from_past set.
 387  * @param act is the action to add
 388  */
 389 void Node::add_read_from_past(const ModelAction *act)
 390 {
 391         read_from_past.push_back(act);
 392 }
 393
 394 /**
 395  * Gets the next 'read_from_past' action from this Node. Only valid for a node
 396  * where this->action is a 'read'.
 397  * @return The first element in read_from_past
 398  */
 399 const ModelAction * Node::get_read_from_past() const
 400 {
 401         if (read_from_past_idx < read_from_past.size())
 402                 return read_from_past[read_from_past_idx];
 403         else
 404                 return NULL;
 405 }
 406
 407 const ModelAction * Node::get_read_from_past(int i) const
 408 {
 409         return read_from_past[i];
 410 }
 411
 412 int Node::get_read_from_past_size() const
 413 {
 414         return read_from_past.size();
 415 }
 416
 417 /**
 418  * Checks whether the readsfrom set for this node is empty.
 419  * @return true if the readsfrom set is empty.
 420  */
 421 bool Node::read_from_past_empty() const
 422 {
 423         return ((read_from_past_idx + 1) >= read_from_past.size());
 424 }
 425
 426 /**
 427  * Increments the index into the readsfrom set to explore the next item.
 428  * @return Returns false if we have explored all items.
 429  */
 430 bool Node::increment_read_from_past()
 431 {
 432         DBG();
 433         if (read_from_past_idx < read_from_past.size()) {
 434                 read_from_past_idx++;
 435                 return read_from_past_idx < read_from_past.size();
 436         }
 437         return false;
 438 }
 439
 440 /************************** end read from past ********************************/
 441
 442 /***************************** read_from_promises *****************************/
 443
 444 /**
 445  * Add an action to the read_from_promises set.
 446  * @param reader The read which generated the Promise; we use the ModelAction
 447  * instead of the Promise because the Promise does not last across executions
 448  */
 449 void Node::add_read_from_promise(const ModelAction *reader)
 450 {
 451         read_from_promises.push_back(reader);
 452 }
 453
 454 /**
 455  * Gets the next 'read-from-promise' from this Node. Only valid for a node
 456  * where this->action is a 'read'.
 457  * @return The current element in read_from_promises
 458  */
 459 Promise * Node::get_read_from_promise() const
 460 {
 461         if (read_from_promise_idx < 0 || read_from_promise_idx >= ((int)read_from_promises.size()))
 462                 return NULL;
 463         return read_from_promises[read_from_promise_idx]->get_reads_from_promise();
 464 }
 465
 466 /**
 467  * Checks whether the read_from_promises set for this node is empty.
 468  * @return true if the read_from_promises set is empty.
 469  */
 470 bool Node::read_from_promise_empty() const
 471 {
 472         return ((read_from_promise_idx + 1) >= ((int)read_from_promises.size()));
 473 }
 474
 475 /**
 476  * Increments the index into the read_from_promises set to explore the next item.
 477  * @return Returns false if we have explored all promises.
 478  */
 479 bool Node::increment_read_from_promise()
 480 {
 481         DBG();
 482         if (read_from_promise_idx < ((int)read_from_promises.size())) {
 483                 read_from_promise_idx++;
 484                 return (read_from_promise_idx < ((int)read_from_promises.size()));
 485         }
 486         return false;
 487 }
 488
 489 /************************* end read_from_promises *****************************/
 490
 491 /****************************** future values *********************************/
 492
 493 /**
 494  * Adds a value from a weakly ordered future write to backtrack to. This
 495  * operation may "fail" if the future value has already been run (within some
 496  * sloppiness window of this expiration), or if the futurevalues set has
 497  * reached its maximum.
 498  * @see model_params.maxfuturevalues
 499  *
 500  * @param value is the value to backtrack to.
 501  * @return True if the future value was successully added; false otherwise
 502  */
 503 bool Node::add_future_value(struct future_value fv)
 504 {
 505         uint64_t value = fv.value;
 506         modelclock_t expiration = fv.expiration;
 507         thread_id_t tid = fv.tid;
 508         int idx = -1; /* Highest index where value is found */
 509         for (unsigned int i = 0; i < future_values.size(); i++) {
 510                 if (future_values[i].value == value && future_values[i].tid == tid) {
 511                         if (expiration <= future_values[i].expiration)
 512                                 return false;
 513                         idx = i;
 514                 }
 515         }
 516         if (idx > future_index) {
 517                 /* Future value hasn't been explored; update expiration */
 518                 future_values[idx].expiration = expiration;
 519                 return true;
 520         } else if (idx >= 0 && expiration <= future_values[idx].expiration + model->params.expireslop) {
 521                 /* Future value has been explored and is within the "sloppy" window */
 522                 return false;
 523         }
 524
 525         /* Limit the size of the future-values set */
 526         if (model->params.maxfuturevalues > 0 &&
 527                         (int)future_values.size() >= model->params.maxfuturevalues)
 528                 return false;
 529
 530         future_values.push_back(fv);
 531         return true;
 532 }
 533
 534 /**
 535  * Gets the next 'future_value' from this Node. Only valid for a node where
 536  * this->action is a 'read'.
 537  * @return The first element in future_values
 538  */
 539 struct future_value Node::get_future_value() const
 540 {
 541         ASSERT(future_index >= 0 && future_index < ((int)future_values.size()));
 542         return future_values[future_index];
 543 }
 544
 545 /**
 546  * Checks whether the future_values set for this node is empty.
 547  * @return true if the future_values set is empty.
 548  */
 549 bool Node::future_value_empty() const
 550 {
 551         return ((future_index + 1) >= ((int)future_values.size()));
 552 }
 553
 554 /**
 555  * Increments the index into the future_values set to explore the next item.
 556  * @return Returns false if we have explored all values.
 557  */
 558 bool Node::increment_future_value()
 559 {
 560         DBG();
 561         if (future_index < ((int)future_values.size())) {
 562                 future_index++;
 563                 return (future_index < ((int)future_values.size()));
 564         }
 565         return false;
 566 }
 567
 568 /************************** end future values *********************************/
 569
 570 /**
 571  * Add a write ModelAction to the set of writes that may break the release
 572  * sequence. This is used during replay exploration of pending release
 573  * sequences. This Node must correspond to a release sequence fixup action.
 574  *
 575  * @param write The write that may break the release sequence. NULL means we
 576  * allow the release sequence to synchronize.
 577  */
 578 void Node::add_relseq_break(const ModelAction *write)
 579 {
 580         relseq_break_writes.push_back(write);
 581 }
 582
 583 /**
 584  * Get the write that may break the current pending release sequence,
 585  * according to the replay / divergence pattern.
 586  *
 587  * @return A write that may break the release sequence. If NULL, that means
 588  * the release sequence should not be broken.
 589  */
 590 const ModelAction * Node::get_relseq_break() const
 591 {
 592         if (relseq_break_index < (int)relseq_break_writes.size())
 593                 return relseq_break_writes[relseq_break_index];
 594         else
 595                 return NULL;
 596 }
 597
 598 /**
 599  * Increments the index into the relseq_break_writes set to explore the next
 600  * item.
 601  * @return Returns false if we have explored all values.
 602  */
 603 bool Node::increment_relseq_break()
 604 {
 605         DBG();
 606         if (relseq_break_index < ((int)relseq_break_writes.size())) {
 607                 relseq_break_index++;
 608                 return (relseq_break_index < ((int)relseq_break_writes.size()));
 609         }
 610         return false;
 611 }
 612
 613 /**
 614  * @return True if all writes that may break the release sequence have been
 615  * explored
 616  */
 617 bool Node::relseq_break_empty() const
 618 {
 619         return ((relseq_break_index + 1) >= ((int)relseq_break_writes.size()));
 620 }
 621
 622 void Node::explore(thread_id_t tid)
 623 {
 624         int i = id_to_int(tid);
 625         ASSERT(i < ((int)backtrack.size()));
 626         if (backtrack[i]) {
 627                 backtrack[i] = false;
 628                 numBacktracks--;
 629         }
 630         explored_children[i] = true;
 631 }
 632
 633 NodeStack::NodeStack() :
 634         node_list(),
 635         head_idx(-1),
 636         total_nodes(0)
 637 {
 638         total_nodes++;
 639 }
 640
 641 NodeStack::~NodeStack()
 642 {
 643         for (unsigned int i = 0; i < node_list.size(); i++)
 644                 delete node_list[i];
 645 }
 646
 647 void NodeStack::print() const
 648 {
 649         model_print("............................................\n");
 650         model_print("NodeStack printing node_list:\n");
 651         for (unsigned int it = 0; it < node_list.size(); it++) {
 652                 if ((int)it == this->head_idx)
 653                         model_print("vvv following action is the current iterator vvv\n");
 654                 node_list[it]->print();
 655         }
 656         model_print("............................................\n");
 657 }
 658
 659 /** Note: The is_enabled set contains what actions were enabled when
 660  *  act was chosen. */
 661 ModelAction * NodeStack::explore_action(ModelAction *act, enabled_type_t *is_enabled)
 662 {
 663         DBG();
 664
 665         if ((head_idx + 1) < (int)node_list.size()) {
 666                 head_idx++;
 667                 return node_list[head_idx]->get_action();
 668         }
 669
 670         /* Record action */
 671         Node *head = get_head();
 672         Node *prevfairness = NULL;
 673         if (head) {
 674                 head->explore_child(act, is_enabled);
 675                 if (model->params.fairwindow != 0 && head_idx > (int)model->params.fairwindow)
 676                         prevfairness = node_list[head_idx - model->params.fairwindow];
 677         }
 678
 679         int next_threads = model->get_num_threads();
 680         if (act->get_type() == THREAD_CREATE)
 681                 next_threads++;
 682         node_list.push_back(new Node(act, head, next_threads, prevfairness));
 683         total_nodes++;
 684         head_idx++;
 685         return NULL;
 686 }
 687
 688 /**
 689  * Empties the stack of all trailing nodes after a given position and calls the
 690  * destructor for each. This function is provided an offset which determines
 691  * how many nodes (relative to the current replay state) to save before popping
 692  * the stack.
 693  * @param numAhead gives the number of Nodes (including this Node) to skip over
 694  * before removing nodes.
 695  */
 696 void NodeStack::pop_restofstack(int numAhead)
 697 {
 698         /* Diverging from previous execution; clear out remainder of list */
 699         unsigned int it = head_idx + numAhead;
 700         for (unsigned int i = it; i < node_list.size(); i++)
 701                 delete node_list[i];
 702         node_list.resize(it);
 703         node_list.back()->clear_backtracking();
 704 }
 705
 706 Node * NodeStack::get_head() const
 707 {
 708         if (node_list.empty() || head_idx < 0)
 709                 return NULL;
 710         return node_list[head_idx];
 711 }
 712
 713 Node * NodeStack::get_next() const
 714 {
 715         if (node_list.empty()) {
 716                 DEBUG("Empty\n");
 717                 return NULL;
 718         }
 719         unsigned int it = head_idx + 1;
 720         if (it == node_list.size()) {
 721                 DEBUG("At end\n");
 722                 return NULL;
 723         }
 724         return node_list[it];
 725 }
 726
 727 void NodeStack::reset_execution()
 728 {
 729         head_idx = -1;
 730 }