cyclegraph: propagate RMW atomicity edges down the chain
[model-checker.git] / cyclegraph.cc
index dad8b7acb6975b0caccc1887394788b9f9dfff04..26ea215d434921f2b27fd69e07ef18d1e6029f54 100644 (file)
 #include "cyclegraph.h"
 #include "action.h"
+#include "common.h"
+#include "promise.h"
+#include "model.h"
+#include "threads-model.h"
 
 /** Initializes a CycleGraph object. */
-CycleGraph::CycleGraph() {
-       hasCycles=false;
+CycleGraph::CycleGraph() :
+       discovered(new HashTable<const CycleNode *, const CycleNode *, uintptr_t, 4, model_malloc, model_calloc, model_free>(16)),
+       queue(new ModelVector<const CycleNode *>()),
+       hasCycles(false),
+       oldCycles(false)
+{
 }
 
-/** Returns the CycleNode for a given ModelAction. */
-CycleNode * CycleGraph::getNode(ModelAction * action) {
-       CycleNode *node=actionToNode.get(action);
-       if (node==NULL) {
-               node=new CycleNode(action);
-               actionToNode.put(action, node);
+/** CycleGraph destructor */
+CycleGraph::~CycleGraph()
+{
+       delete queue;
+       delete discovered;
+}
+
+/**
+ * Add a CycleNode to the graph, corresponding to a store ModelAction
+ * @param act The write action that should be added
+ * @param node The CycleNode that corresponds to the store
+ */
+void CycleGraph::putNode(const ModelAction *act, CycleNode *node)
+{
+       actionToNode.put(act, node);
+#if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
+       nodeList.push_back(node);
+#endif
+}
+
+/**
+ * Add a CycleNode to the graph, corresponding to a Promise
+ * @param promise The Promise that should be added
+ * @param node The CycleNode that corresponds to the Promise
+ */
+void CycleGraph::putNode(const Promise *promise, CycleNode *node)
+{
+       promiseToNode.put(promise, node);
+#if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
+       nodeList.push_back(node);
+#endif
+}
+
+/**
+ * @brief Remove the Promise node from the graph
+ * @param promise The promise to remove from the graph
+ */
+void CycleGraph::erasePromiseNode(const Promise *promise)
+{
+       promiseToNode.put(promise, NULL);
+#if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
+       /* Remove the promise node from nodeList */
+       CycleNode *node = getNode_noCreate(promise);
+       for (unsigned int i = 0; i < nodeList.size(); )
+               if (nodeList[i] == node)
+                       nodeList.erase(nodeList.begin() + i);
+               else
+                       i++;
+#endif
+}
+
+/** @return The corresponding CycleNode, if exists; otherwise NULL */
+CycleNode * CycleGraph::getNode_noCreate(const ModelAction *act) const
+{
+       return actionToNode.get(act);
+}
+
+/** @return The corresponding CycleNode, if exists; otherwise NULL */
+CycleNode * CycleGraph::getNode_noCreate(const Promise *promise) const
+{
+       return promiseToNode.get(promise);
+}
+
+/**
+ * @brief Returns the CycleNode corresponding to a given ModelAction
+ *
+ * Gets (or creates, if none exist) a CycleNode corresponding to a ModelAction
+ *
+ * @param action The ModelAction to find a node for
+ * @return The CycleNode paired with this action
+ */
+CycleNode * CycleGraph::getNode(const ModelAction *action)
+{
+       CycleNode *node = getNode_noCreate(action);
+       if (node == NULL) {
+               node = new CycleNode(action);
+               putNode(action, node);
+       }
+       return node;
+}
+
+/**
+ * @brief Returns a CycleNode corresponding to a promise
+ *
+ * Gets (or creates, if none exist) a CycleNode corresponding to a promised
+ * value.
+ *
+ * @param promise The Promise generated by a reader
+ * @return The CycleNode corresponding to the Promise
+ */
+CycleNode * CycleGraph::getNode(const Promise *promise)
+{
+       CycleNode *node = getNode_noCreate(promise);
+       if (node == NULL) {
+               node = new CycleNode(promise);
+               putNode(promise, node);
        }
        return node;
 }
 
-/** Adds an edge between two ModelActions. */
-void CycleGraph::addEdge(ModelAction *from, ModelAction *to) {
-       CycleNode *fromnode=getNode(from);
-       CycleNode *tonode=getNode(to);
-       if (!hasCycles) {
-               // Check for Cycles
-               hasCycles=checkReachable(fromnode, tonode);
+/**
+ * Resolve/satisfy a Promise with a particular store ModelAction, taking care
+ * of the CycleGraph cleanups, including merging any necessary CycleNodes.
+ *
+ * @param promise The Promise to resolve
+ * @param writer The store that will resolve this Promise
+ * @return false if the resolution results in a cycle (or fails in some other
+ * way); true otherwise
+ */
+bool CycleGraph::resolvePromise(const Promise *promise, ModelAction *writer)
+{
+       CycleNode *promise_node = promiseToNode.get(promise);
+       CycleNode *w_node = actionToNode.get(writer);
+       ASSERT(promise_node);
+
+       if (w_node)
+               return mergeNodes(w_node, promise_node);
+       /* No existing write-node; just convert the promise-node */
+       promise_node->resolvePromise(writer);
+       erasePromiseNode(promise_node->getPromise());
+       putNode(writer, promise_node);
+       return true;
+}
+
+/**
+ * @brief Merge two CycleNodes that represent the same write
+ *
+ * Note that this operation cannot be rolled back.
+ *
+ * @param w_node The write ModelAction node with which to merge
+ * @param p_node The Promise node to merge. Will be destroyed after this
+ * function.
+ *
+ * @return false if the merge cannot succeed; true otherwise
+ */
+bool CycleGraph::mergeNodes(CycleNode *w_node, CycleNode *p_node)
+{
+       ASSERT(!w_node->is_promise());
+       ASSERT(p_node->is_promise());
+
+       const Promise *promise = p_node->getPromise();
+       if (!promise->is_compatible(w_node->getAction()) ||
+                       !promise->same_value(w_node->getAction()))
+               return false;
+
+       /* Transfer the RMW */
+       CycleNode *promise_rmw = p_node->getRMW();
+       if (promise_rmw && promise_rmw != w_node->getRMW() && w_node->setRMW(promise_rmw))
+               return false;
+
+       /* Transfer back edges to w_node */
+       while (p_node->getNumBackEdges() > 0) {
+               CycleNode *back = p_node->removeBackEdge();
+               if (back == w_node)
+                       continue;
+               addNodeEdge(back, w_node);
+               if (hasCycles)
+                       return false;
+       }
+
+       /* Transfer forward edges to w_node */
+       while (p_node->getNumEdges() > 0) {
+               CycleNode *forward = p_node->removeEdge();
+               if (forward == w_node)
+                       continue;
+               addNodeEdge(w_node, forward);
+               if (hasCycles)
+                       return false;
+       }
+
+       erasePromiseNode(promise);
+       /* Not deleting p_node, to maintain consistency if mergeNodes() fails */
+
+       return !hasCycles;
+}
+
+/**
+ * Adds an edge between two CycleNodes.
+ * @param fromnode The edge comes from this CycleNode
+ * @param tonode The edge points to this CycleNode
+ * @return True, if new edge(s) are added; otherwise false
+ */
+bool CycleGraph::addNodeEdge(CycleNode *fromnode, CycleNode *tonode)
+{
+       if (fromnode->addEdge(tonode)) {
+               rollbackvector.push_back(fromnode);
+               if (!hasCycles)
+                       hasCycles = checkReachable(tonode, fromnode);
+       } else
+               return false; /* No new edge */
+
+       /*
+        * If the fromnode has a rmwnode that is not the tonode, we should
+        * follow its RMW chain to add an edge at the end, unless we encounter
+        * tonode along the way
+        */
+       CycleNode *rmwnode = fromnode->getRMW();
+       if (rmwnode) {
+               while (rmwnode != tonode && rmwnode->getRMW())
+                       rmwnode = rmwnode->getRMW();
+
+               if (rmwnode != tonode) {
+                       if (rmwnode->addEdge(tonode)) {
+                               if (!hasCycles)
+                                       hasCycles = checkReachable(tonode, rmwnode);
+
+                               rollbackvector.push_back(rmwnode);
+                       }
+               }
+       }
+       return true;
+}
+
+/**
+ * @brief Add an edge between a write and the RMW which reads from it
+ *
+ * Handles special case of a RMW action, where the ModelAction rmw reads from
+ * the ModelAction/Promise from. The key differences are:
+ * (1) no write can occur in between the rmw and the from action.
+ * (2) Only one RMW action can read from a given write.
+ *
+ * @param from The edge comes from this ModelAction/Promise
+ * @param rmw The edge points to this ModelAction; this action must read from
+ * the ModelAction/Promise from
+ */
+template <typename T>
+void CycleGraph::addRMWEdge(const T *from, const ModelAction *rmw)
+{
+       ASSERT(from);
+       ASSERT(rmw);
+
+       CycleNode *fromnode = getNode(from);
+       CycleNode *rmwnode = getNode(rmw);
+
+       /* We assume that this RMW has no RMW reading from it yet */
+       ASSERT(!rmwnode->getRMW());
+
+       /* Two RMW actions cannot read from the same write. */
+       if (fromnode->setRMW(rmwnode))
+               hasCycles = true;
+       else
+               rmwrollbackvector.push_back(fromnode);
+
+       /* Transfer all outgoing edges from the from node to the rmw node */
+       /* This process should not add a cycle because either:
+        * (1) The rmw should not have any incoming edges yet if it is the
+        * new node or
+        * (2) the fromnode is the new node and therefore it should not
+        * have any outgoing edges.
+        */
+       for (unsigned int i = 0; i < fromnode->getNumEdges(); i++) {
+               CycleNode *tonode = fromnode->getEdge(i);
+               if (tonode != rmwnode) {
+                       if (rmwnode->addEdge(tonode))
+                               rollbackvector.push_back(rmwnode);
+               }
+       }
+
+       addNodeEdge(fromnode, rmwnode);
+}
+/* Instantiate two forms of CycleGraph::addRMWEdge */
+template void CycleGraph::addRMWEdge(const ModelAction *from, const ModelAction *rmw);
+template void CycleGraph::addRMWEdge(const Promise *from, const ModelAction *rmw);
+
+/**
+ * @brief Adds an edge between objects
+ *
+ * This function will add an edge between any two objects which can be
+ * associated with a CycleNode. That is, if they have a CycleGraph::getNode
+ * implementation.
+ *
+ * The object to is ordered after the object from.
+ *
+ * @param to The edge points to this object, of type T
+ * @param from The edge comes from this object, of type U
+ * @return True, if new edge(s) are added; otherwise false
+ */
+template <typename T, typename U>
+bool CycleGraph::addEdge(const T *from, const U *to)
+{
+       ASSERT(from);
+       ASSERT(to);
+
+       CycleNode *fromnode = getNode(from);
+       CycleNode *tonode = getNode(to);
+
+       return addNodeEdge(fromnode, tonode);
+}
+/* Instantiate four forms of CycleGraph::addEdge */
+template bool CycleGraph::addEdge(const ModelAction *from, const ModelAction *to);
+template bool CycleGraph::addEdge(const ModelAction *from, const Promise *to);
+template bool CycleGraph::addEdge(const Promise *from, const ModelAction *to);
+template bool CycleGraph::addEdge(const Promise *from, const Promise *to);
+
+#if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
+
+static void print_node(FILE *file, const CycleNode *node, int label)
+{
+       if (node->is_promise()) {
+               const Promise *promise = node->getPromise();
+               int idx = model->get_promise_number(promise);
+               fprintf(file, "P%u", idx);
+               if (label) {
+                       int first = 1;
+                       fprintf(file, " [label=\"P%d, T", idx);
+                       for (unsigned int i = 0 ; i < model->get_num_threads(); i++)
+                               if (promise->thread_is_available(int_to_id(i))) {
+                                       fprintf(file, "%s%u", first ? "": ",", i);
+                                       first = 0;
+                               }
+                       fprintf(file, "\"]");
+               }
+       } else {
+               const ModelAction *act = node->getAction();
+               modelclock_t idx = act->get_seq_number();
+               fprintf(file, "N%u", idx);
+               if (label)
+                       fprintf(file, " [label=\"N%u, T%u\"]", idx, act->get_tid());
+       }
+}
+
+static void print_edge(FILE *file, const CycleNode *from, const CycleNode *to, const char *prop)
+{
+       print_node(file, from, 0);
+       fprintf(file, " -> ");
+       print_node(file, to, 0);
+       if (prop && strlen(prop))
+               fprintf(file, " [%s]", prop);
+       fprintf(file, ";\n");
+}
+
+void CycleGraph::dot_print_node(FILE *file, const ModelAction *act)
+{
+       print_node(file, getNode(act), 1);
+}
+
+template <typename T, typename U>
+void CycleGraph::dot_print_edge(FILE *file, const T *from, const U *to, const char *prop)
+{
+       CycleNode *fromnode = getNode(from);
+       CycleNode *tonode = getNode(to);
+
+       print_edge(file, fromnode, tonode, prop);
+}
+/* Instantiate two forms of CycleGraph::dot_print_edge */
+template void CycleGraph::dot_print_edge(FILE *file, const Promise *from, const ModelAction *to, const char *prop);
+template void CycleGraph::dot_print_edge(FILE *file, const ModelAction *from, const ModelAction *to, const char *prop);
+
+void CycleGraph::dumpNodes(FILE *file) const
+{
+       for (unsigned int i = 0; i < nodeList.size(); i++) {
+               CycleNode *n = nodeList[i];
+               print_node(file, n, 1);
+               fprintf(file, ";\n");
+               if (n->getRMW())
+                       print_edge(file, n, n->getRMW(), "style=dotted");
+               for (unsigned int j = 0; j < n->getNumEdges(); j++)
+                       print_edge(file, n, n->getEdge(j), NULL);
+       }
+}
+
+void CycleGraph::dumpGraphToFile(const char *filename) const
+{
+       char buffer[200];
+       sprintf(buffer, "%s.dot", filename);
+       FILE *file = fopen(buffer, "w");
+       fprintf(file, "digraph %s {\n", filename);
+       dumpNodes(file);
+       fprintf(file, "}\n");
+       fclose(file);
+}
+#endif
+
+/**
+ * Checks whether one CycleNode can reach another.
+ * @param from The CycleNode from which to begin exploration
+ * @param to The CycleNode to reach
+ * @return True, @a from can reach @a to; otherwise, false
+ */
+bool CycleGraph::checkReachable(const CycleNode *from, const CycleNode *to) const
+{
+       discovered->reset();
+       queue->clear();
+       queue->push_back(from);
+       discovered->put(from, from);
+       while (!queue->empty()) {
+               const CycleNode *node = queue->back();
+               queue->pop_back();
+               if (node == to)
+                       return true;
+               for (unsigned int i = 0; i < node->getNumEdges(); i++) {
+                       CycleNode *next = node->getEdge(i);
+                       if (!discovered->contains(next)) {
+                               discovered->put(next, next);
+                               queue->push_back(next);
+                       }
+               }
        }
-       fromnode->addEdge(tonode);
+       return false;
 }
 
-/** Checks whether the first CycleNode can reach the second one. */
-bool CycleGraph::checkReachable(CycleNode *from, CycleNode *to) {
-       std::vector<CycleNode *> queue;
-       HashTable<CycleNode *, CycleNode *, uintptr_t, 4> discovered;
+/**
+ * Checks whether one ModelAction/Promise can reach another ModelAction/Promise
+ * @param from The ModelAction or Promise from which to begin exploration
+ * @param to The ModelAction or Promise to reach
+ * @return True, @a from can reach @a to; otherwise, false
+ */
+template <typename T, typename U>
+bool CycleGraph::checkReachable(const T *from, const U *to) const
+{
+       CycleNode *fromnode = getNode_noCreate(from);
+       CycleNode *tonode = getNode_noCreate(to);
+
+       if (!fromnode || !tonode)
+               return false;
+
+       return checkReachable(fromnode, tonode);
+}
+/* Instantiate four forms of CycleGraph::checkReachable */
+template bool CycleGraph::checkReachable(const ModelAction *from,
+               const ModelAction *to) const;
+template bool CycleGraph::checkReachable(const ModelAction *from,
+               const Promise *to) const;
+template bool CycleGraph::checkReachable(const Promise *from,
+               const ModelAction *to) const;
+template bool CycleGraph::checkReachable(const Promise *from,
+               const Promise *to) const;
 
-       queue.push_back(from);
-       discovered.put(from, from);
-       while(!queue.empty()) {
-               CycleNode * node=queue.back();
-               queue.pop_back();
-               if (node==to)
+/** @return True, if the promise has failed; false otherwise */
+bool CycleGraph::checkPromise(const ModelAction *fromact, Promise *promise) const
+{
+       discovered->reset();
+       queue->clear();
+       CycleNode *from = actionToNode.get(fromact);
+
+       queue->push_back(from);
+       discovered->put(from, from);
+       while (!queue->empty()) {
+               const CycleNode *node = queue->back();
+               queue->pop_back();
+
+               if (node->getPromise() == promise)
+                       return true;
+               if (!node->is_promise() &&
+                               promise->eliminate_thread(node->getAction()->get_tid()))
                        return true;
 
-               for(unsigned int i=0;i<node->getEdges()->size();i++) {
-                       CycleNode *next=(*node->getEdges())[i];
-                       if (!discovered.contains(next)) {
-                               discovered.put(next,next);
-                               queue.push_back(next);
+               for (unsigned int i = 0; i < node->getNumEdges(); i++) {
+                       CycleNode *next = node->getEdge(i);
+                       if (!discovered->contains(next)) {
+                               discovered->put(next, next);
+                               queue->push_back(next);
                        }
                }
        }
        return false;
 }
 
-/** Returns whether a CycleGraph contains cycles. */
-bool CycleGraph::checkForCycles() {
+void CycleGraph::startChanges()
+{
+       ASSERT(rollbackvector.empty());
+       ASSERT(rmwrollbackvector.empty());
+       ASSERT(oldCycles == hasCycles);
+}
+
+/** Commit changes to the cyclegraph. */
+void CycleGraph::commitChanges()
+{
+       rollbackvector.clear();
+       rmwrollbackvector.clear();
+       oldCycles = hasCycles;
+}
+
+/** Rollback changes to the previous commit. */
+void CycleGraph::rollbackChanges()
+{
+       for (unsigned int i = 0; i < rollbackvector.size(); i++)
+               rollbackvector[i]->removeEdge();
+
+       for (unsigned int i = 0; i < rmwrollbackvector.size(); i++)
+               rmwrollbackvector[i]->clearRMW();
+
+       hasCycles = oldCycles;
+       rollbackvector.clear();
+       rmwrollbackvector.clear();
+}
+
+/** @returns whether a CycleGraph contains cycles. */
+bool CycleGraph::checkForCycles() const
+{
        return hasCycles;
 }
 
-/** Constructor for a CycleNode. */
-CycleNode::CycleNode(ModelAction *modelaction) {
-       action=modelaction;
+/**
+ * @brief Constructor for a CycleNode
+ * @param act The ModelAction for this node
+ */
+CycleNode::CycleNode(const ModelAction *act) :
+       action(act),
+       promise(NULL),
+       hasRMW(NULL)
+{
+}
+
+/**
+ * @brief Constructor for a Promise CycleNode
+ * @param promise The Promise which was generated
+ */
+CycleNode::CycleNode(const Promise *promise) :
+       action(NULL),
+       promise(promise),
+       hasRMW(NULL)
+{
+}
+
+/**
+ * @param i The index of the edge to return
+ * @returns The a CycleNode edge indexed by i
+ */
+CycleNode * CycleNode::getEdge(unsigned int i) const
+{
+       return edges[i];
+}
+
+/** @returns The number of edges leaving this CycleNode */
+unsigned int CycleNode::getNumEdges() const
+{
+       return edges.size();
+}
+
+CycleNode * CycleNode::getBackEdge(unsigned int i) const
+{
+       return back_edges[i];
+}
+
+unsigned int CycleNode::getNumBackEdges() const
+{
+       return back_edges.size();
+}
+
+/**
+ * @brief Remove an element from a vector
+ * @param v The vector
+ * @param n The element to remove
+ * @return True if the element was found; false otherwise
+ */
+template <typename T>
+static bool vector_remove_node(SnapVector<T>& v, const T n)
+{
+       for (unsigned int i = 0; i < v.size(); i++) {
+               if (v[i] == n) {
+                       v.erase(v.begin() + i);
+                       return true;
+               }
+       }
+       return false;
+}
+
+/**
+ * @brief Remove a (forward) edge from this CycleNode
+ * @return The CycleNode which was popped, if one exists; otherwise NULL
+ */
+CycleNode * CycleNode::removeEdge()
+{
+       if (edges.empty())
+               return NULL;
+
+       CycleNode *ret = edges.back();
+       edges.pop_back();
+       vector_remove_node(ret->back_edges, this);
+       return ret;
 }
 
-/** Returns a vector of the edges from a CycleNode. */
-std::vector<CycleNode *> * CycleNode::getEdges() {
-       return &edges;
+/**
+ * @brief Remove a (back) edge from this CycleNode
+ * @return The CycleNode which was popped, if one exists; otherwise NULL
+ */
+CycleNode * CycleNode::removeBackEdge()
+{
+       if (back_edges.empty())
+               return NULL;
+
+       CycleNode *ret = back_edges.back();
+       back_edges.pop_back();
+       vector_remove_node(ret->edges, this);
+       return ret;
 }
 
-/** Adds an edge to a CycleNode. */
-void CycleNode::addEdge(CycleNode * node) {
+/**
+ * Adds an edge from this CycleNode to another CycleNode.
+ * @param node The node to which we add a directed edge
+ * @return True if this edge is a new edge; false otherwise
+ */
+bool CycleNode::addEdge(CycleNode *node)
+{
+       for (unsigned int i = 0; i < edges.size(); i++)
+               if (edges[i] == node)
+                       return false;
        edges.push_back(node);
+       node->back_edges.push_back(this);
+       return true;
+}
+
+/** @returns the RMW CycleNode that reads from the current CycleNode */
+CycleNode * CycleNode::getRMW() const
+{
+       return hasRMW;
+}
+
+/**
+ * Set a RMW action node that reads from the current CycleNode.
+ * @param node The RMW that reads from the current node
+ * @return True, if this node already was read by another RMW; false otherwise
+ * @see CycleGraph::addRMWEdge
+ */
+bool CycleNode::setRMW(CycleNode *node)
+{
+       if (hasRMW != NULL)
+               return true;
+       hasRMW = node;
+       return false;
+}
+
+/**
+ * Convert a Promise CycleNode into a concrete-valued CycleNode. Should only be
+ * used when there's no existing ModelAction CycleNode for this write.
+ *
+ * @param writer The ModelAction which wrote the future value represented by
+ * this CycleNode
+ */
+void CycleNode::resolvePromise(const ModelAction *writer)
+{
+       ASSERT(is_promise());
+       ASSERT(promise->is_compatible(writer));
+       action = writer;
+       promise = NULL;
+       ASSERT(!is_promise());
 }