Merge branch 'demsky'
[model-checker.git] / model.h
diff --git a/model.h b/model.h
index 80a27aaebae6385842ccda77d1534c4537e789c1..c3e5830211c9276ec7b5004504fbb9472df32069 100644 (file)
--- a/model.h
+++ b/model.h
+/** @file model.h
+ *  @brief Core model checker.
+ */
+
 #ifndef __MODEL_H__
 #define __MODEL_H__
 
 #include <list>
-#include <map>
+#include <vector>
 #include <cstddef>
+#include <ucontext.h>
 
 #include "schedule.h"
+#include "mymemory.h"
 #include "libthreads.h"
-#include "libatomic.h"
 #include "threads.h"
-#include "tree.h"
-
-#define VALUE_NONE -1
-
-typedef enum action_type {
-       THREAD_CREATE,
-       THREAD_YIELD,
-       THREAD_JOIN,
-       ATOMIC_READ,
-       ATOMIC_WRITE
-} action_type_t;
-
-typedef std::list<class ModelAction *> action_list_t;
-
-class ModelAction {
-public:
-       ModelAction(action_type_t type, memory_order order, void *loc, int value);
-       void print(void);
-
-       thread_id_t get_tid() { return tid; }
-       action_type get_type() { return type; }
-       memory_order get_mo() { return order; }
-       void * get_location() { return location; }
-
-       TreeNode * get_node() { return node; }
-       void set_node(TreeNode *n) { node = n; }
-private:
-       action_type type;
-       memory_order order;
-       void *location;
-       thread_id_t tid;
-       int value;
-       TreeNode *node;
+#include "action.h"
+#include "clockvector.h"
+#include "hashtable.h"
+
+/* Forward declaration */
+class NodeStack;
+class CycleGraph;
+class Promise;
+
+/**
+ * Model checker parameter structure. Holds run-time configuration options for
+ * the model checker.
+ */
+struct model_params {
+       int maxreads;
 };
 
-class Backtrack {
-public:
-       Backtrack(ModelAction *d, action_list_t *t) {
-               diverge = d;
-               actionTrace = t;
-               iter = actionTrace->begin();
-       }
-       ModelAction * get_diverge() { return diverge; }
-       action_list_t * get_trace() { return actionTrace; }
-       void advance_state() { iter++; }
-       ModelAction * get_state() {
-               return iter == actionTrace->end() ? NULL : *iter;
-       }
-private:
-       ModelAction *diverge;
-       action_list_t *actionTrace;
-       /* points to position in actionTrace as we replay */
-       action_list_t::iterator iter;
+/**
+ * Structure for holding small ModelChecker members that should be snapshotted
+ */
+struct model_snapshot_members {
+       ModelAction *current_action;
+       int next_thread_id;
+       modelclock_t used_sequence_numbers;
+       Thread *nextThread;
+       ModelAction *next_backtrack;
+
+       /** @see ModelChecker::lazy_sync_size */
+       unsigned int lazy_sync_size;
 };
 
+/** @brief The central structure for model-checking */
 class ModelChecker {
 public:
-       ModelChecker();
+       ModelChecker(struct model_params params);
        ~ModelChecker();
-       class Scheduler *scheduler;
-       Thread *system_thread;
 
-       void add_system_thread(Thread *t);
+       /** @returns the context for the main model-checking system thread */
+       ucontext_t * get_system_context() { return &system_context; }
 
-       void set_current_action(ModelAction *act) { current_action = act; }
-       void check_current_action(void);
-       void print_summary(void);
-       Thread * schedule_next_thread();
+       /** Prints an execution summary with trace information. */
+       void print_summary();
 
-       int add_thread(Thread *t);
+       void add_thread(Thread *t);
        void remove_thread(Thread *t);
-       Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map[tid]; }
+       Thread * get_thread(thread_id_t tid) { return thread_map->get(id_to_int(tid)); }
 
-       int get_next_id();
+       thread_id_t get_next_id();
+       int get_num_threads();
+       modelclock_t get_next_seq_num();
 
-       int switch_to_master(ModelAction *act);
+       /** @return The currently executing Thread. */
+       Thread * get_current_thread() { return scheduler->get_current_thread(); }
 
+       int switch_to_master(ModelAction *act);
+       ClockVector * get_cv(thread_id_t tid);
+       ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid);
        bool next_execution();
+       bool isfeasible();
+       bool isfinalfeasible();
+       void check_promises(ClockVector *old_cv, ClockVector * merge_cv);
+       void get_release_seq_heads(ModelAction *act,
+                       std::vector<const ModelAction *> *release_heads);
+
+       void finish_execution();
+       bool isfeasibleprefix();
+       void set_assert() {asserted=true;}
+
+       MEMALLOC
 private:
-       int used_thread_id;
+       /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
+       Scheduler *scheduler;
+
+       bool has_asserted() {return asserted;}
+       void reset_asserted() {asserted=false;}
        int num_executions;
 
+       const model_params params;
+
+       /**
+        * Stores the ModelAction for the current thread action.  Call this
+        * immediately before switching from user- to system-context to pass
+        * data between them.
+        * @param act The ModelAction created by the user-thread action
+        */
+       void set_current_action(ModelAction *act) { priv->current_action = act; }
+       Thread * check_current_action(ModelAction *curr);
+       bool process_read(ModelAction *curr, Thread * th, bool second_part_of_rmw);
+
+       bool take_step();
+
+       void check_recency(ModelAction *curr, bool already_added);
        ModelAction * get_last_conflict(ModelAction *act);
        void set_backtracking(ModelAction *act);
-       thread_id_t advance_backtracking_state();
-       thread_id_t get_next_replay_thread();
-       Backtrack * get_next_backtrack();
+       Thread * get_next_thread(ModelAction *curr);
+       ModelAction * get_next_backtrack();
        void reset_to_initial_state();
+       bool resolve_promises(ModelAction *curr);
+       void compute_promises(ModelAction *curr);
+
+       void add_action_to_lists(ModelAction *act);
+       ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid);
+       ModelAction * get_last_seq_cst(const void *location);
+       void build_reads_from_past(ModelAction *curr);
+       ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
+       void post_r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
+       bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf);
+       bool w_modification_order(ModelAction *curr);
+       bool release_seq_head(const ModelAction *rf,
+                       std::vector<const ModelAction *> *release_heads) const;
+       bool resolve_release_sequences(void *location);
 
-       class ModelAction *current_action;
-       Backtrack *exploring;
-       thread_id_t nextThread;
+       ModelAction *diverge;
 
+       ucontext_t system_context;
        action_list_t *action_trace;
-       std::map<thread_id_t, class Thread *> thread_map;
-       class TreeNode *rootNode, *currentNode;
-       std::list<class Backtrack *> backtrack_list;
+       HashTable<int, Thread *, int> *thread_map;
+
+       /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
+        * to a trace of all actions performed on the object. */
+       HashTable<const void *, action_list_t, uintptr_t, 4> *obj_map;
+
+       HashTable<void *, std::vector<action_list_t>, uintptr_t, 4 > *obj_thrd_map;
+       std::vector<Promise *> *promises;
+
+       /**
+        * Collection of lists of objects that might synchronize with one or
+        * more release sequence. Release sequences might be determined lazily
+        * as promises are fulfilled and modification orders are established.
+        * This structure maps its lists by object location. Each ModelAction
+        * in the lists should be an acquire operation.
+        */
+       HashTable<void *, std::list<ModelAction *>, uintptr_t, 4> *lazy_sync_with_release;
+
+       /**
+        * Represents the total size of the
+        * ModelChecker::lazy_sync_with_release lists. This count should be
+        * snapshotted, so it is actually a pointer to a location within
+        * ModelChecker::priv
+        */
+       unsigned int *lazy_sync_size;
+
+       std::vector<ModelAction *> *thrd_last_action;
+       NodeStack *node_stack;
+
+       /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
+        * together for efficiency and maintainability. */
+       struct model_snapshot_members *priv;
+
+       /**
+        * @brief The modification order graph
+        *
+        * A directed acyclic graph recording observations of the modification
+        * order on all the atomic objects in the system. This graph should
+        * never contain any cycles, as that represents a violation of the
+        * memory model (total ordering). This graph really consists of many
+        * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
+        * separate ordering on a distinct object.
+        *
+        * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
+        * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
+        * <tt>b</tt>.
+        */
+       CycleGraph *mo_graph;
+       bool failed_promise;
+       bool too_many_reads;
+       bool asserted;
 };
 
 extern ModelChecker *model;
 
-int thread_switch_to_master(ModelAction *act);
-
 #endif /* __MODEL_H__ */