execution.h

   1 /** @file execution.h
   2  *  @brief Model-checker core
   3  */
   4
   5 #ifndef __EXECUTION_H__
   6 #define __EXECUTION_H__
   7
   8 #include <cstddef>
   9 #include <inttypes.h>
  10
  11 #include "mymemory.h"
  12 #include "hashtable.h"
  13 #include "config.h"
  14 #include "modeltypes.h"
  15 #include "stl-model.h"
  16 #include "params.h"
  17 #include "mypthread.h"
  18 #include "mutex.h"
  19 #include <condition_variable>
  20 #include "classlist.h"
  21
  22 /** @brief Shorthand for a list of release sequence heads */
  23 typedef ModelVector<const ModelAction *> rel_heads_list_t;
  24 typedef SnapList<ModelAction *> action_list_t;
  25
  26 struct PendingFutureValue {
  27         PendingFutureValue(ModelAction *writer, ModelAction *reader) :
  28                 writer(writer), reader(reader)
  29         { }
  30         const ModelAction *writer;
  31         ModelAction *reader;
  32 };
  33
  34 /** @brief Records information regarding a single pending release sequence */
  35 struct release_seq {
  36         /** @brief The acquire operation */
  37         ModelAction *acquire;
  38         /** @brief The read operation that may read from a release sequence;
  39          *  may be the same as acquire, or else an earlier action in the same
  40          *  thread (i.e., when 'acquire' is a fence-acquire) */
  41         const ModelAction *read;
  42         /** @brief The head of the RMW chain from which 'read' reads; may be
  43          *  equal to 'release' */
  44         const ModelAction *rf;
  45         /** @brief The head of the potential longest release sequence chain */
  46         const ModelAction *release;
  47         /** @brief The write(s) that may break the release sequence */
  48         SnapVector<const ModelAction *> writes;
  49 };
  50
  51 /** @brief The central structure for model-checking */
  52 class ModelExecution {
  53 public:
  54         ModelExecution(ModelChecker *m,
  55                                                                  Scheduler *scheduler,
  56                                                                  NodeStack *node_stack);
  57         ~ModelExecution();
  58
  59         struct model_params * get_params() const { return params; }
  60         void setParams(struct model_params * _params) {params = _params;}
  61
  62         Thread * take_step(ModelAction *curr);
  63
  64         void print_summary() const;
  65 #if SUPPORT_MOD_ORDER_DUMP
  66         void dumpGraph(char *filename) const;
  67 #endif
  68
  69         void add_thread(Thread *t);
  70         Thread * get_thread(thread_id_t tid) const;
  71         Thread * get_thread(const ModelAction *act) const;
  72
  73         uint32_t get_pthread_counter() { return pthread_counter; }
  74         void incr_pthread_counter() { pthread_counter++; }
  75         Thread * get_pthread(pthread_t pid);
  76
  77         bool is_enabled(Thread *t) const;
  78         bool is_enabled(thread_id_t tid) const;
  79
  80         thread_id_t get_next_id();
  81         unsigned int get_num_threads() const;
  82
  83         ClockVector * get_cv(thread_id_t tid) const;
  84         ModelAction * get_parent_action(thread_id_t tid) const;
  85         bool isfeasibleprefix() const;
  86
  87         ModelAction * get_last_action(thread_id_t tid) const;
  88
  89         bool check_action_enabled(ModelAction *curr);
  90
  91         bool assert_bug(const char *msg);
  92         bool have_bug_reports() const;
  93         SnapVector<bug_message *> * get_bugs() const;
  94
  95         bool has_asserted() const;
  96         void set_assert();
  97         bool is_complete_execution() const;
  98
  99         void print_infeasibility(const char *prefix) const;
 100         bool is_infeasible() const;
 101         bool is_deadlocked() const;
 102
 103         action_list_t * get_action_trace() { return &action_trace; }
 104         Fuzzer * getFuzzer();
 105         CycleGraph * const get_mo_graph() { return mo_graph; }
 106         HashTable<pthread_cond_t *, cdsc::snapcondition_variable *, uintptr_t, 4> * getCondMap() {return &cond_map;}
 107         HashTable<pthread_mutex_t *, cdsc::snapmutex *, uintptr_t, 4> * getMutexMap() {return &mutex_map;}
 108         ModelAction * check_current_action(ModelAction *curr);
 109
 110         SnapVector<func_id_list_t *> * get_thrd_func_list() { return &thrd_func_list; }
 111         SnapVector< SnapList<func_inst_list_t *> *> * get_thrd_func_inst_lists() { return &thrd_func_inst_lists; }
 112
 113         SNAPSHOTALLOC
 114 private:
 115         int get_execution_number() const;
 116
 117         ModelChecker *model;
 118
 119         struct model_params * params;
 120
 121         /** The scheduler to use: tracks the running/ready Threads */
 122         Scheduler * const scheduler;
 123
 124         bool mo_may_allow(const ModelAction *writer, const ModelAction *reader);
 125         void set_bad_synchronization();
 126         bool should_wake_up(const ModelAction *curr, const Thread *thread) const;
 127         void wake_up_sleeping_actions(ModelAction *curr);
 128         modelclock_t get_next_seq_num();
 129
 130         bool next_execution();
 131         bool initialize_curr_action(ModelAction **curr);
 132         void process_read(ModelAction *curr, SnapVector<const ModelAction *> * rf_set);
 133         void process_write(ModelAction *curr);
 134         bool process_fence(ModelAction *curr);
 135         bool process_mutex(ModelAction *curr);
 136
 137         bool process_thread_action(ModelAction *curr);
 138         bool read_from(ModelAction *act, const ModelAction *rf);
 139         bool synchronize(const ModelAction *first, ModelAction *second);
 140
 141         void add_action_to_lists(ModelAction *act);
 142         ModelAction * get_last_fence_release(thread_id_t tid) const;
 143         ModelAction * get_last_seq_cst_write(ModelAction *curr) const;
 144         ModelAction * get_last_seq_cst_fence(thread_id_t tid, const ModelAction *before_fence) const;
 145         ModelAction * get_last_unlock(ModelAction *curr) const;
 146         SnapVector<const ModelAction *> * build_may_read_from(ModelAction *curr);
 147         ModelAction * process_rmw(ModelAction *curr);
 148
 149         bool r_modification_order(ModelAction *curr, const ModelAction *rf, SnapVector<const ModelAction *> *priorset, bool *canprune);
 150         void w_modification_order(ModelAction *curr);
 151         void get_release_seq_heads(ModelAction *acquire, ModelAction *read, rel_heads_list_t *release_heads);
 152         bool release_seq_heads(const ModelAction *rf, rel_heads_list_t *release_heads) const;
 153         ModelAction * get_uninitialized_action(const ModelAction *curr) const;
 154
 155         action_list_t action_trace;
 156         SnapVector<Thread *> thread_map;
 157         SnapVector<Thread *> pthread_map;
 158         uint32_t pthread_counter;
 159
 160         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 161          * to a trace of all actions performed on the object. */
 162         HashTable<const void *, action_list_t *, uintptr_t, 4> obj_map;
 163
 164         /** Per-object list of actions. Maps an object (i.e., memory location)
 165          * to a trace of all actions performed on the object. */
 166         HashTable<const void *, action_list_t *, uintptr_t, 4> condvar_waiters_map;
 167
 168         HashTable<void *, SnapVector<action_list_t> *, uintptr_t, 4> obj_thrd_map;
 169
 170         HashTable<pthread_mutex_t *, cdsc::snapmutex *, uintptr_t, 4> mutex_map;
 171         HashTable<pthread_cond_t *, cdsc::snapcondition_variable *, uintptr_t, 4> cond_map;
 172
 173         /**
 174          * List of pending release sequences. Release sequences might be
 175          * determined lazily as promises are fulfilled and modification orders
 176          * are established. Each entry in the list may only be partially
 177          * filled, depending on its pending status.
 178          */
 179
 180         SnapVector<ModelAction *> thrd_last_action;
 181         SnapVector<ModelAction *> thrd_last_fence_release;
 182         NodeStack * const node_stack;
 183
 184         /** A special model-checker Thread; used for associating with
 185          *  model-checker-related ModelAcitons */
 186         Thread *model_thread;
 187
 188         /** Private data members that should be snapshotted. They are grouped
 189          * together for efficiency and maintainability. */
 190         struct model_snapshot_members * const priv;
 191
 192         /**
 193          * @brief The modification order graph
 194          *
 195          * A directed acyclic graph recording observations of the modification
 196          * order on all the atomic objects in the system. This graph should
 197          * never contain any cycles, as that represents a violation of the
 198          * memory model (total ordering). This graph really consists of many
 199          * disjoint (unconnected) subgraphs, each graph corresponding to a
 200          * separate ordering on a distinct object.
 201          *
 202          * The edges in this graph represent the "ordered before" relation,
 203          * such that <tt>a --> b</tt> means <tt>a</tt> was ordered before
 204          * <tt>b</tt>.
 205          */
 206         CycleGraph * const mo_graph;
 207
 208         Fuzzer * fuzzer;
 209
 210         Thread * action_select_next_thread(const ModelAction *curr) const;
 211
 212         /* thrd_func_list stores a list of function ids for each thread.
 213          * Each element in thrd_func_list stores the functions that
 214          * thread i has entered and yet to exit from
 215          *
 216          * This data structure is handled by ModelHistory
 217          */
 218         SnapVector< func_id_list_t * > thrd_func_list;
 219
 220         /* Keeps track of atomic actions that thread i has performed in some
 221          * function. Index of SnapVector is thread id. SnapList simulates
 222          * the call stack.
 223          *
 224          * This data structure is handled by ModelHistory
 225          */
 226         SnapVector< SnapList< func_inst_list_t *> *> thrd_func_inst_lists;
 227 };
 228
 229 #endif  /* __EXECUTION_H__ */