Fix snapshot code
[model-checker.git] / snapshot.cc
index 73a9d3a6878f925ca92e3e7484513f2d9adda0cd..66faacd8e445510f57c7714ce9ccd60a1ee95f3c 100644 (file)
@@ -6,14 +6,12 @@
 #include <string.h>
 #include <errno.h>
 #include <sys/wait.h>
-#include <ucontext.h>
 
 #include "hashtable.h"
 #include "snapshot.h"
 #include "mymemory.h"
 #include "common.h"
-
-#define FAILURE(mesg) { model_print("failed in the API: %s with errno relative message: %s\n", mesg, strerror(errno)); exit(EXIT_FAILURE); }
+#include "context.h"
 
 /** PageAlignedAdressUpdate return a page aligned address for the
  * address being added as a side effect the numBytes are also changed.
@@ -57,6 +55,7 @@ static void * ReturnPageAlignedAddress(void *addr)
 /* Primary struct for snapshotting system */
 struct mprot_snapshotter {
        mprot_snapshotter(unsigned int numbackingpages, unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions);
+       ~mprot_snapshotter();
 
        struct MemoryRegion *regionsToSnapShot; //This pointer references an array of memory regions to snapshot
        snapshot_page_t *backingStore; //This pointer references an array of snapshotpage's that form the backing store
@@ -93,16 +92,24 @@ mprot_snapshotter::mprot_snapshotter(unsigned int backing_pages, unsigned int sn
        snapShots = (struct SnapShotRecord *)model_malloc(sizeof(struct SnapShotRecord) * snapshots);
 }
 
+mprot_snapshotter::~mprot_snapshotter()
+{
+       model_free(regionsToSnapShot);
+       model_free(backingStoreBasePtr);
+       model_free(backingRecords);
+       model_free(snapShots);
+}
+
 /** mprot_handle_pf is the page fault handler for mprotect based snapshotting
  * algorithm.
  */
 static void mprot_handle_pf(int sig, siginfo_t *si, void *unused)
 {
        if (si->si_code == SEGV_MAPERR) {
-               model_print("Real Fault at %p\n", si->si_addr);
-               print_trace();
+               model_print("Segmentation fault at %p\n", si->si_addr);
                model_print("For debugging, place breakpoint at: %s:%d\n",
                                __FILE__, __LINE__);
+               // print_trace(); // Trace printing may cause dynamic memory allocation
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
        void* addr = ReturnPageAlignedAddress(si->si_addr);
@@ -141,12 +148,12 @@ static void mprot_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
        sa.sa_sigaction = mprot_handle_pf;
 #ifdef MAC
        if (sigaction(SIGBUS, &sa, NULL) == -1) {
-               model_print("SIGACTION CANNOT BE INSTALLED\n");
+               perror("sigaction(SIGBUS)");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 #endif
        if (sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL) == -1) {
-               model_print("SIGACTION CANNOT BE INSTALLED\n");
+               perror("sigaction(SIGSEGV)");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
@@ -165,12 +172,12 @@ static void mprot_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
        void *basemySpace = model_malloc((numheappages + 1) * PAGESIZE);
        void *pagealignedbase = PageAlignAddressUpward(basemySpace);
        user_snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages * PAGESIZE, 1);
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
+       snapshot_add_memory_region(pagealignedbase, numheappages);
 
        void *base_model_snapshot_space = model_malloc((numheappages + 1) * PAGESIZE);
        pagealignedbase = PageAlignAddressUpward(base_model_snapshot_space);
        model_snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages * PAGESIZE, 1);
-       addMemoryRegionToSnapShot(pagealignedbase, numheappages);
+       snapshot_add_memory_region(pagealignedbase, numheappages);
 
        entryPoint();
 }
@@ -183,6 +190,9 @@ static void mprot_add_to_snapshot(void *addr, unsigned int numPages)
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
 
+       DEBUG("snapshot region %p-%p (%u page%s)\n",
+                       addr, (char *)addr + numPages * PAGESIZE, numPages,
+                       numPages > 1 ? "s" : "");
        mprot_snap->regionsToSnapShot[memoryregion].basePtr = addr;
        mprot_snap->regionsToSnapShot[memoryregion].sizeInPages = numPages;
 }
@@ -238,17 +248,41 @@ static void mprot_roll_back(snapshot_id theID)
 
 #else /* !USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
 
-#include <ucontext.h>
-
 #define SHARED_MEMORY_DEFAULT  (100 * ((size_t)1 << 20)) // 100mb for the shared memory
 #define STACK_SIZE_DEFAULT      (((size_t)1 << 20) * 20)  // 20 mb out of the above 100 mb for my stack
 
 struct fork_snapshotter {
+       /** @brief Pointer to the shared (non-snapshot) memory heap base
+        * (NOTE: this has size SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(*fork_snap)) */
        void *mSharedMemoryBase;
+
+       /** @brief Pointer to the shared (non-snapshot) stack region */
        void *mStackBase;
+
+       /** @brief Size of the shared stack */
        size_t mStackSize;
+
+       /**
+        * @brief Stores the ID that we are attempting to roll back to
+        *
+        * Used in inter-process communication so that each process can
+        * determine whether or not to take over execution (w/ matching ID) or
+        * exit (we're rolling back even further). Dubiously marked 'volatile'
+        * to prevent compiler optimizations from messing with the
+        * inter-process behavior.
+        */
        volatile snapshot_id mIDToRollback;
-       ucontext_t mContextToRollback;
+
+       /**
+        * @brief The context for the shared (non-snapshot) stack
+        *
+        * This context is passed between the various processes which represent
+        * various snapshot states. It should be used primarily for the
+        * "client-side" code, not the main snapshot loop.
+        */
+       ucontext_t shared_ctxt;
+
+       /** @brief Inter-process tracking of the next snapshot ID */
        snapshot_id currSnapShotID;
 };
 
@@ -261,24 +295,52 @@ static struct fork_snapshotter *fork_snap = NULL;
 *   The bug was actually observed with the forkID, these variables below are
 *   used to indicate the various contexts to which to switch to.
 *
-*   @savedSnapshotContext: contains the point to which takesnapshot() call should switch to.
-*   @savedUserSnapshotContext: contains the point to which the process whose snapshotid is equal to the rollbackid should switch to
-*   @snapshotid: it is a running counter for the various forked processes snapshotid. it is incremented and set in a persistently shared record
+*   @private_ctxt: the context which is internal to the current process. Used
+*   for running the internal snapshot/rollback loop.
+*   @exit_ctxt: a special context used just for exiting from a process (so we
+*   can use swapcontext() instead of setcontext() + hacks)
+*   @snapshotid: it is a running counter for the various forked processes
+*   snapshotid. it is incremented and set in a persistently shared record
 */
-static ucontext_t savedSnapshotContext;
-static ucontext_t savedUserSnapshotContext;
+static ucontext_t private_ctxt;
+static ucontext_t exit_ctxt;
 static snapshot_id snapshotid = 0;
 
+/**
+ * @brief Create a new context, with a given stack and entry function
+ * @param ctxt The context structure to fill
+ * @param stack The stack to run the new context in
+ * @param stacksize The size of the stack
+ * @param func The entry point function for the context
+ */
+static void create_context(ucontext_t *ctxt, void *stack, size_t stacksize,
+               void (*func)(void))
+{
+       getcontext(ctxt);
+       ctxt->uc_stack.ss_sp = stack;
+       ctxt->uc_stack.ss_size = stacksize;
+       makecontext(ctxt, func, 0);
+}
+
+/** @brief An empty function, used for an "empty" context which just exits a
+ *  process */
+static void fork_exit()
+{
+       /* Intentionally empty */
+}
+
 static void createSharedMemory()
 {
        //step 1. create shared memory.
        void *memMapBase = mmap(0, SHARED_MEMORY_DEFAULT + STACK_SIZE_DEFAULT, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANON, -1, 0);
-       if (MAP_FAILED == memMapBase)
-               FAILURE("mmap");
+       if (memMapBase == MAP_FAILED) {
+               perror("mmap");
+               exit(EXIT_FAILURE);
+       }
 
        //Setup snapshot record at top of free region
        fork_snap = (struct fork_snapshotter *)memMapBase;
-       fork_snap->mSharedMemoryBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + sizeof(struct fork_snapshotter));
+       fork_snap->mSharedMemoryBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + sizeof(*fork_snap));
        fork_snap->mStackBase = (void *)((uintptr_t)memMapBase + SHARED_MEMORY_DEFAULT);
        fork_snap->mStackSize = STACK_SIZE_DEFAULT;
        fork_snap->mIDToRollback = -1;
@@ -295,7 +357,7 @@ mspace create_shared_mspace()
 {
        if (!fork_snap)
                createSharedMemory();
-       return create_mspace_with_base((void *)(fork_snap->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(struct fork_snapshotter), 1);
+       return create_mspace_with_base((void *)(fork_snap->mSharedMemoryBase), SHARED_MEMORY_DEFAULT - sizeof(*fork_snap), 1);
 }
 
 static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
@@ -309,90 +371,66 @@ static void fork_snapshot_init(unsigned int numbackingpages,
        void *pagealignedbase = PageAlignAddressUpward(base_model_snapshot_space);
        model_snapshot_space = create_mspace_with_base(pagealignedbase, numheappages * PAGESIZE, 1);
 
-       //step 2 setup the stack context.
-       ucontext_t newContext;
-       getcontext(&newContext);
-       newContext.uc_stack.ss_sp = fork_snap->mStackBase;
-       newContext.uc_stack.ss_size = STACK_SIZE_DEFAULT;
-       makecontext(&newContext, entryPoint, 0);
+       /* setup an "exiting" context */
+       char stack[128];
+       create_context(&exit_ctxt, stack, sizeof(stack), fork_exit);
+
+       /* setup the shared-stack context */
+       create_context(&fork_snap->shared_ctxt, fork_snap->mStackBase,
+                       STACK_SIZE_DEFAULT, entryPoint);
        /* switch to a new entryPoint context, on a new stack */
-       swapcontext(&savedSnapshotContext, &newContext);
+       model_swapcontext(&private_ctxt, &fork_snap->shared_ctxt);
 
        /* switch back here when takesnapshot is called */
-       pid_t forkedID = 0;
        snapshotid = fork_snap->currSnapShotID;
-       /* This bool indicates that the current process's snapshotid is same
-                as the id to which the rollback needs to occur */
 
-       bool rollback = false;
        while (true) {
+               pid_t forkedID;
                fork_snap->currSnapShotID = snapshotid + 1;
                forkedID = fork();
 
                if (0 == forkedID) {
-                       /* If the rollback bool is set, switch to the context we need to
-                                return to during a rollback. */
-                       if (rollback) {
-                               setcontext(&(fork_snap->mContextToRollback));
-                       } else {
-                               /*Child process which is forked as a result of takesnapshot
-                                       call should switch back to the takesnapshot context*/
-                               setcontext(&savedUserSnapshotContext);
-                       }
+                       setcontext(&fork_snap->shared_ctxt);
                } else {
-                       int status;
-                       int retVal;
-
-                       DEBUG("The process id of child is %d and the process id of this process is %d and snapshot id is %d\n",
-                               forkedID, getpid(), snapshotid);
-
-                       do {
-                               retVal = waitpid(forkedID, &status, 0);
-                       } while (-1 == retVal && errno == EINTR);
+                       DEBUG("parent PID: %d, child PID: %d, snapshot ID: %d\n",
+                               getpid(), forkedID, snapshotid);
+
+                       while (waitpid(forkedID, NULL, 0) < 0) {
+                               /* waitpid() may be interrupted */
+                               if (errno != EINTR) {
+                                       perror("waitpid");
+                                       exit(EXIT_FAILURE);
+                               }
+                       }
 
-                       if (fork_snap->mIDToRollback != snapshotid) {
+                       if (fork_snap->mIDToRollback != snapshotid)
                                exit(EXIT_SUCCESS);
-                       }
-                       rollback = true;
                }
        }
 }
 
 static snapshot_id fork_take_snapshot()
 {
-       swapcontext(&savedUserSnapshotContext, &savedSnapshotContext);
+       model_swapcontext(&fork_snap->shared_ctxt, &private_ctxt);
        DEBUG("TAKESNAPSHOT RETURN\n");
        return snapshotid;
 }
 
 static void fork_roll_back(snapshot_id theID)
 {
+       DEBUG("Rollback\n");
        fork_snap->mIDToRollback = theID;
-       volatile int sTemp = 0;
-       getcontext(&fork_snap->mContextToRollback);
-       /*
-        * This is used to quit the process on rollback, so that the process
-        * which needs to rollback can quit allowing the process whose
-        * snapshotid matches the rollbackid to switch to this context and
-        * continue....
-        */
-       if (!sTemp) {
-               sTemp = 1;
-               DEBUG("Invoked rollback\n");
-               exit(EXIT_SUCCESS);
-       }
-       /*
-        * This fix obviates the need for a finalize call. hence less dependences for model-checker....
-        */
+       model_swapcontext(&fork_snap->shared_ctxt, &exit_ctxt);
        fork_snap->mIDToRollback = -1;
 }
 
 #endif /* !USE_MPROTECT_SNAPSHOT */
 
-/** The initSnapshotLibrary function initializes the snapshot library.
- *  @param entryPoint the function that should run the program.
+/**
+ * @brief Initializes the snapshot system
+ * @param entryPoint the function that should run the program.
  */
-void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
+void snapshot_system_init(unsigned int numbackingpages,
                unsigned int numsnapshots, unsigned int nummemoryregions,
                unsigned int numheappages, VoidFuncPtr entryPoint)
 {
@@ -403,8 +441,8 @@ void initSnapshotLibrary(unsigned int numbackingpages,
 #endif
 }
 
-/** The addMemoryRegionToSnapShot function assumes that addr is page aligned. */
-void addMemoryRegionToSnapShot(void *addr, unsigned int numPages)
+/** Assumes that addr is page aligned. */
+void snapshot_add_memory_region(void *addr, unsigned int numPages)
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        mprot_add_to_snapshot(addr, numPages);
@@ -413,10 +451,10 @@ void addMemoryRegionToSnapShot(void *addr, unsigned int numPages)
 #endif
 }
 
-/** The takeSnapshot function takes a snapshot.
+/** Takes a snapshot of memory.
  * @return The snapshot identifier.
  */
-snapshot_id takeSnapshot()
+snapshot_id take_snapshot()
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        return mprot_take_snapshot();
@@ -425,10 +463,10 @@ snapshot_id takeSnapshot()
 #endif
 }
 
-/** The rollBack function rollback to the given snapshot identifier.
+/** Rolls the memory state back to the given snapshot identifier.
  *  @param theID is the snapshot identifier to rollback to.
  */
-void rollBack(snapshot_id theID)
+void snapshot_roll_back(snapshot_id theID)
 {
 #if USE_MPROTECT_SNAPSHOT
        mprot_roll_back(theID);