src/mc/mc_checkpoint.cpp

   1 /* Copyright (c) 2008-2017. The SimGrid Team.
   2  * All rights reserved.                                                     */
   3
   4 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   5  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   6
   7 #include <unistd.h>
   8
   9 #include <cstring>
  10 #include <dirent.h>
  11 #include <fcntl.h>
  12 #include <link.h>
  13
  14 #ifndef WIN32
  15 #include <sys/mman.h>
  16 #endif
  17
  18 #include "src/internal_config.h"
  19 #include "src/mc/mc_private.h"
  20 #include "src/smpi/include/private.h"
  21 #include "xbt/mmalloc.h"
  22 #include "xbt/module.h"
  23
  24 #include "src/xbt/mmalloc/mmprivate.h"
  25
  26 #include "src/simix/smx_private.h"
  27
  28 #include <libunwind.h>
  29 #include <libelf.h>
  30
  31 #include "src/mc/mc_private.h"
  32 #include <mc/mc.h>
  33
  34 #include "src/mc/mc_hash.hpp"
  35 #include "src/mc/mc_mmu.h"
  36 #include "src/mc/mc_smx.h"
  37 #include "src/mc/mc_snapshot.h"
  38 #include "src/mc/mc_unw.h"
  39 #include "src/mc/remote/mc_protocol.h"
  40
  41 #include "src/mc/RegionSnapshot.hpp"
  42 #include "src/mc/ObjectInformation.hpp"
  43 #include "src/mc/Frame.hpp"
  44 #include "src/mc/Variable.hpp"
  45
  46 using simgrid::mc::remote;
  47
  48 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_checkpoint, mc, "Logging specific to mc_checkpoint");
  49
  50 namespace simgrid {
  51 namespace mc {
  52
  53 /************************************  Free functions **************************************/
  54 /*****************************************************************************************/
  55
  56 /** @brief Restore a region from a snapshot
  57  *
  58  *  @param region     Target region
  59  */
  60 static void restore(mc_mem_region_t region)
  61 {
  62   switch(region->storage_type()) {
  63   case simgrid::mc::StorageType::NoData:
  64   default:
  65     xbt_die("Storage type not supported");
  66     break;
  67
  68   case simgrid::mc::StorageType::Flat:
  69     mc_model_checker->process().write_bytes(region->flat_data().get(),
  70       region->size(), region->permanent_address());
  71     break;
  72
  73   case simgrid::mc::StorageType::Chunked:
  74     mc_region_restore_sparse(&mc_model_checker->process(), region);
  75     break;
  76
  77   case simgrid::mc::StorageType::Privatized:
  78     for (auto& p : region->privatized_data())
  79       restore(&p);
  80     break;
  81   }
  82 }
  83
  84 #if HAVE_SMPI
  85 RegionSnapshot privatized_region(
  86     RegionType region_type, void *start_addr, void* permanent_addr,
  87     std::size_t size
  88     )
  89 {
  90   size_t process_count = MC_smpi_process_count();
  91
  92   // Read smpi_privatization_regions from MCed:
  93   smpi_privatization_region_t remote_smpi_privatization_regions;
  94   mc_model_checker->process().read_variable(
  95     "smpi_privatization_regions",
  96     &remote_smpi_privatization_regions, sizeof(remote_smpi_privatization_regions));
  97   s_smpi_privatization_region_t privatization_regions[process_count];
  98   mc_model_checker->process().read_bytes(
  99     &privatization_regions, sizeof(privatization_regions),
 100     remote(remote_smpi_privatization_regions));
 101
 102   std::vector<simgrid::mc::RegionSnapshot> data;
 103   data.reserve(process_count);
 104   for (size_t i = 0; i < process_count; i++)
 105     data.push_back(simgrid::mc::region(region_type, start_addr,
 106       privatization_regions[i].address, size));
 107
 108   simgrid::mc::RegionSnapshot region = simgrid::mc::RegionSnapshot(
 109     region_type, start_addr, permanent_addr, size);
 110   region.privatized_data(std::move(data));
 111   return region;
 112 }
 113 #endif
 114
 115 static
 116 void add_region(int index, simgrid::mc::Snapshot* snapshot,
 117                                   simgrid::mc::RegionType type,
 118                                   simgrid::mc::ObjectInformation* object_info,
 119                                   void *start_addr, void* permanent_addr,
 120                                   std::size_t size)
 121 {
 122   if (type == simgrid::mc::RegionType::Data)
 123     xbt_assert(object_info, "Missing object info for object.");
 124   else if (type == simgrid::mc::RegionType::Heap)
 125     xbt_assert(not object_info, "Unexpected object info for heap region.");
 126
 127   simgrid::mc::RegionSnapshot region;
 128 #if HAVE_SMPI
 129   const bool privatization_aware = object_info
 130     && mc_model_checker->process().privatized(*object_info);
 131   if (privatization_aware && MC_smpi_process_count())
 132     region = simgrid::mc::privatized_region(
 133       type, start_addr, permanent_addr, size);
 134   else
 135 #endif
 136     region = simgrid::mc::region(type, start_addr, permanent_addr, size);
 137
 138   region.object_info(object_info);
 139   snapshot->snapshot_regions[index]
 140     = std::unique_ptr<simgrid::mc::RegionSnapshot>(
 141       new simgrid::mc::RegionSnapshot(std::move(region)));
 142   return;
 143 }
 144
 145 static void get_memory_regions(simgrid::mc::RemoteClient* process, simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 146 {
 147   const size_t n = process->object_infos.size();
 148   snapshot->snapshot_regions.resize(n + 1);
 149   int i = 0;
 150   for (auto const& object_info : process->object_infos)
 151     add_region(i++, snapshot, simgrid::mc::RegionType::Data,
 152       object_info.get(),
 153       object_info->start_rw, object_info->start_rw,
 154       object_info->end_rw - object_info->start_rw);
 155
 156   xbt_mheap_t heap = process->get_heap();
 157   void *start_heap = heap->base;
 158   void *end_heap = heap->breakval;
 159
 160   add_region(n, snapshot, simgrid::mc::RegionType::Heap, nullptr,
 161                         start_heap, start_heap,
 162                         (char *) end_heap - (char *) start_heap);
 163   snapshot->heap_bytes_used = mmalloc_get_bytes_used_remote(
 164     heap->heaplimit,
 165     process->get_malloc_info());
 166
 167 #if HAVE_SMPI
 168   if (mc_model_checker->process().privatized() && MC_smpi_process_count())
 169     // snapshot->privatization_index = smpi_loaded_page
 170     mc_model_checker->process().read_variable(
 171       "smpi_loaded_page", &snapshot->privatization_index,
 172       sizeof(snapshot->privatization_index));
 173   else
 174 #endif
 175     snapshot->privatization_index = simgrid::mc::ProcessIndexMissing;
 176 }
 177
 178 #define PROT_RWX (PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC)
 179 #define PROT_RW (PROT_READ | PROT_WRITE)
 180 #define PROT_RX (PROT_READ | PROT_EXEC)
 181
 182 /** \brief Fills the position of the segments (executable, read-only, read/write).
 183  * */
 184 // TODO, use the ELF segment information for more robustness
 185 void find_object_address(
 186   std::vector<simgrid::xbt::VmMap> const& maps,
 187   simgrid::mc::ObjectInformation* result)
 188 {
 189   char* name = xbt_basename(result->file_name.c_str());
 190
 191   for (size_t i = 0; i < maps.size(); ++i) {
 192     simgrid::xbt::VmMap const& reg = maps[i];
 193     if (maps[i].pathname.empty())
 194       continue;
 195     char* map_basename = xbt_basename(maps[i].pathname.c_str());
 196     if (strcmp(name, map_basename) != 0) {
 197       free(map_basename);
 198       continue;
 199     }
 200     free(map_basename);
 201
 202     // This is the non-GNU_RELRO-part of the data segment:
 203     if (reg.prot == PROT_RW) {
 204       xbt_assert(not result->start_rw, "Multiple read-write segments for %s, not supported", maps[i].pathname.c_str());
 205       result->start_rw = (char*) reg.start_addr;
 206       result->end_rw = (char*) reg.end_addr;
 207
 208       // The next VMA might be end of the data segment:
 209       if (i + 1 < maps.size()
 210           && maps[i + 1].pathname.empty()
 211           && maps[i + 1].prot == PROT_RW
 212           && maps[i + 1].start_addr == reg.end_addr)
 213         result->end_rw = (char*) maps[i + 1].end_addr;
 214     }
 215
 216     // This is the text segment:
 217     else if (reg.prot == PROT_RX) {
 218       xbt_assert(not result->start_exec, "Multiple executable segments for %s, not supported",
 219                  maps[i].pathname.c_str());
 220       result->start_exec = (char*) reg.start_addr;
 221       result->end_exec = (char*) reg.end_addr;
 222
 223       // The next VMA might be end of the data segment:
 224       if (i + 1 < maps.size()
 225           && maps[i + 1].pathname.empty()
 226           && maps[i + 1].prot == PROT_RW
 227           && maps[i + 1].start_addr == reg.end_addr) {
 228         result->start_rw = (char*) maps[i + 1].start_addr;
 229         result->end_rw = (char*) maps[i + 1].end_addr;
 230       }
 231     }
 232
 233     // This is the GNU_RELRO-part of the data segment:
 234     else if (reg.prot == PROT_READ) {
 235       xbt_assert(not result->start_ro, "Multiple read only segments for %s, not supported", maps[i].pathname.c_str());
 236       result->start_ro = (char*) reg.start_addr;
 237       result->end_ro = (char*) reg.end_addr;
 238     }
 239   }
 240
 241   result->start = result->start_rw;
 242   if ((const void*) result->start_ro < result->start)
 243     result->start = result->start_ro;
 244   if ((const void*) result->start_exec < result->start)
 245     result->start = result->start_exec;
 246
 247   result->end = result->end_rw;
 248   if (result->end_ro && (const void*) result->end_ro > result->end)
 249     result->end = result->end_ro;
 250   if (result->end_exec && (const void*) result->end_exec > result->end)
 251     result->end = result->end_exec;
 252
 253   xbt_assert(result->start_exec || result->start_rw || result->start_ro);
 254
 255   free(name);
 256 }
 257
 258 /************************************* Take Snapshot ************************************/
 259 /****************************************************************************************/
 260
 261 /** \brief Checks whether the variable is in scope for a given IP.
 262  *
 263  *  A variable may be defined only from a given value of IP.
 264  *
 265  *  \param var   Variable description
 266  *  \param scope Scope description
 267  *  \param ip    Instruction pointer
 268  *  \return      true if the variable is valid
 269  * */
 270 static bool valid_variable(simgrid::mc::Variable* var,
 271                               simgrid::mc::Frame* scope,
 272                               const void *ip)
 273 {
 274   // The variable is not yet valid:
 275   if (scope->range.begin() + var->start_scope > (std::uint64_t) ip)
 276     return false;
 277   else
 278     return true;
 279 }
 280
 281 static void fill_local_variables_values(mc_stack_frame_t stack_frame,
 282                                            simgrid::mc::Frame* scope,
 283                                            int process_index,
 284                                            std::vector<s_local_variable>& result)
 285 {
 286   simgrid::mc::RemoteClient* process = &mc_model_checker->process();
 287
 288   if (not scope || not scope->range.contain(stack_frame->ip))
 289     return;
 290
 291   for(simgrid::mc::Variable& current_variable :
 292       scope->variables) {
 293
 294     if (not valid_variable(&current_variable, scope, (void*)stack_frame->ip))
 295       continue;
 296
 297     int region_type;
 298     // FIXME, get rid of `region_type`
 299     if ((long) stack_frame->ip > (long) process->libsimgrid_info->start_exec)
 300       region_type = 1;
 301     else
 302       region_type = 2;
 303
 304     s_local_variable_t new_var;
 305     new_var.subprogram = stack_frame->frame;
 306     new_var.ip = stack_frame->ip;
 307     new_var.name = current_variable.name;
 308     new_var.type = current_variable.type;
 309     new_var.region = region_type;
 310     new_var.address = nullptr;
 311
 312     if (current_variable.address != nullptr)
 313       new_var.address = current_variable.address;
 314     else if (not current_variable.location_list.empty()) {
 315       simgrid::dwarf::Location location =
 316         simgrid::dwarf::resolve(
 317           current_variable.location_list,
 318           current_variable.object_info,
 319           &(stack_frame->unw_cursor),
 320           (void *) stack_frame->frame_base,
 321           &mc_model_checker->process(), process_index);
 322
 323       if (not location.in_memory())
 324         xbt_die("Cannot handle non-address variable");
 325       new_var.address = location.address();
 326
 327     } else
 328       xbt_die("No address");
 329
 330     result.push_back(std::move(new_var));
 331   }
 332
 333   // Recursive processing of nested scopes:
 334   for(simgrid::mc::Frame& nested_scope : scope->scopes)
 335     fill_local_variables_values(
 336       stack_frame, &nested_scope, process_index, result);
 337 }
 338
 339 static std::vector<s_local_variable> get_local_variables_values(
 340   std::vector<s_mc_stack_frame_t>& stack_frames, int process_index)
 341 {
 342   std::vector<s_local_variable> variables;
 343   for (s_mc_stack_frame_t& stack_frame : stack_frames)
 344     fill_local_variables_values(&stack_frame, stack_frame.frame, process_index, variables);
 345   return variables;
 346 }
 347
 348 static std::vector<s_mc_stack_frame_t> unwind_stack_frames(simgrid::mc::UnwindContext* stack_context)
 349 {
 350   simgrid::mc::RemoteClient* process = &mc_model_checker->process();
 351   std::vector<s_mc_stack_frame_t> result;
 352
 353   unw_cursor_t c = stack_context->cursor();
 354
 355   // TODO, check condition check (unw_init_local==0 means end of frame)
 356
 357     while (1) {
 358
 359       s_mc_stack_frame_t stack_frame;
 360
 361       stack_frame.unw_cursor = c;
 362
 363       unw_word_t ip;
 364       unw_word_t sp;
 365
 366       unw_get_reg(&c, UNW_REG_IP, &ip);
 367       unw_get_reg(&c, UNW_REG_SP, &sp);
 368
 369       stack_frame.ip = ip;
 370       stack_frame.sp = sp;
 371
 372       // TODO, use real addresses in frame_t instead of fixing it here
 373
 374       simgrid::mc::Frame* frame = process->find_function(remote(ip));
 375       stack_frame.frame = frame;
 376
 377       if (frame) {
 378         stack_frame.frame_name = frame->name;
 379         stack_frame.frame_base =
 380             (unw_word_t) frame->frame_base(c);
 381       } else {
 382         stack_frame.frame_base = 0;
 383         stack_frame.frame_name = std::string();
 384       }
 385
 386       result.push_back(std::move(stack_frame));
 387
 388       /* Stop before context switch with maestro */
 389       if (frame != nullptr &&
 390           frame->name == "smx_ctx_sysv_wrapper")
 391         break;
 392
 393       int ret = unw_step(&c);
 394       if (ret == 0)
 395         xbt_die("Unexpected end of stack.");
 396       else if (ret < 0)
 397         xbt_die("Error while unwinding stack");
 398     }
 399
 400   if (result.empty()) {
 401     XBT_INFO("unw_init_local failed");
 402     xbt_abort();
 403   }
 404
 405   return result;
 406 }
 407
 408 static std::vector<s_mc_snapshot_stack_t> take_snapshot_stacks(simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 409 {
 410   std::vector<s_mc_snapshot_stack_t> res;
 411
 412   for (auto const& stack : mc_model_checker->process().stack_areas()) {
 413     s_mc_snapshot_stack_t st;
 414
 415     // Read the context from remote process:
 416     unw_context_t context;
 417     mc_model_checker->process().read_bytes(
 418       &context, sizeof(context), remote(stack.context));
 419
 420     st.context.initialize(&mc_model_checker->process(), &context);
 421
 422     st.stack_frames = unwind_stack_frames(&st.context);
 423     st.local_variables = get_local_variables_values(st.stack_frames, stack.process_index);
 424     st.process_index = stack.process_index;
 425
 426     unw_word_t sp = st.stack_frames[0].sp;
 427
 428     res.push_back(std::move(st));
 429
 430     size_t stack_size =
 431       (char*) stack.address + stack.size - (char*) sp;
 432     snapshot->stack_sizes.push_back(stack_size);
 433   }
 434
 435   return res;
 436
 437 }
 438
 439 static void snapshot_handle_ignore(simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 440 {
 441   xbt_assert(snapshot->process());
 442
 443   // Copy the memory:
 444   for (auto const& region : mc_model_checker->process().ignored_regions()) {
 445     s_mc_snapshot_ignored_data_t ignored_data;
 446     ignored_data.start = (void*)region.addr;
 447     ignored_data.data.resize(region.size);
 448     // TODO, we should do this once per privatization segment:
 449     snapshot->process()->read_bytes(
 450       ignored_data.data.data(), region.size, remote(region.addr),
 451       simgrid::mc::ProcessIndexDisabled);
 452     snapshot->ignored_data.push_back(std::move(ignored_data));
 453   }
 454
 455   // Zero the memory:
 456   for(auto const& region : mc_model_checker->process().ignored_regions())
 457     snapshot->process()->clear_bytes(remote(region.addr), region.size);
 458
 459 }
 460
 461 static void snapshot_ignore_restore(simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 462 {
 463   for (auto const& ignored_data : snapshot->ignored_data)
 464     snapshot->process()->write_bytes(
 465       ignored_data.data.data(), ignored_data.data.size(),
 466       remote(ignored_data.start));
 467 }
 468
 469 static std::vector<s_fd_infos_t> get_current_fds(pid_t pid)
 470 {
 471   const size_t fd_dir_path_size = 20;
 472   char fd_dir_path[fd_dir_path_size];
 473   int res = snprintf(fd_dir_path, fd_dir_path_size,
 474     "/proc/%lli/fd", (long long int) pid);
 475   xbt_assert(res >= 0);
 476   if ((size_t) res > fd_dir_path_size)
 477     xbt_die("Unexpected buffer is too small for fd_dir_path");
 478
 479   DIR* fd_dir = opendir(fd_dir_path);
 480   if (fd_dir == nullptr)
 481     xbt_die("Cannot open directory '/proc/self/fd'\n");
 482
 483   std::vector<s_fd_infos_t> fds;
 484
 485   struct dirent* fd_number;
 486   while ((fd_number = readdir(fd_dir))) {
 487
 488     int fd_value = xbt_str_parse_int(fd_number->d_name, "Found a non-numerical FD: %s. Freaking out!");
 489
 490     if(fd_value < 3)
 491       continue;
 492
 493     const size_t source_size = 25;
 494     char source[25];
 495     int res = snprintf(source, source_size, "/proc/%lli/fd/%s",
 496         (long long int) pid, fd_number->d_name);
 497     xbt_assert(res >= 0);
 498     if ((size_t) res > source_size)
 499       xbt_die("Unexpected buffer is too small for fd %s", fd_number->d_name);
 500
 501     const size_t link_size = 200;
 502     char link[200];
 503     res = readlink(source, link, link_size);
 504
 505     if (res<0)
 506       xbt_die("Could not read link for %s", source);
 507     if (res==200)
 508       xbt_die("Buffer to small for link of %s", source);
 509
 510     link[res] = '\0';
 511
 512 #if HAVE_SMPI
 513     if(smpi_is_privatization_file(link))
 514       continue;
 515 #endif
 516
 517     // This is (probably) the DIR* we are reading:
 518     // TODO, read all the file entries at once and close the DIR.*
 519     if(strcmp(fd_dir_path, link) == 0)
 520       continue;
 521
 522     // We don't handle them.
 523     // It does not mean we should silently ignore them however.
 524     if (strncmp(link, "pipe:", std::strlen("pipe:")) == 0 || strncmp(link, "socket:", std::strlen("socket:")) == 0)
 525       continue;
 526
 527     // If dot_output enabled, do not handle the corresponding file
 528     if (dot_output != nullptr) {
 529       char* link_basename = xbt_basename(link);
 530       if (strcmp(link_basename, _sg_mc_dot_output_file) == 0) {
 531         free(link_basename);
 532         continue;
 533       }
 534       free(link_basename);
 535     }
 536
 537     // This is probably a shared memory used by lttng-ust:
 538     if(strncmp("/dev/shm/ust-shm-tmp-", link, std::strlen("/dev/shm/ust-shm-tmp-"))==0)
 539       continue;
 540
 541     // Add an entry for this FD in the snapshot:
 542     s_fd_infos_t fd;
 543     fd.filename = std::string(link);
 544     fd.number = fd_value;
 545     fd.flags = fcntl(fd_value, F_GETFL) | fcntl(fd_value, F_GETFD) ;
 546     fd.current_position = lseek(fd_value, 0, SEEK_CUR);
 547     fds.push_back(std::move(fd));
 548   }
 549
 550   closedir (fd_dir);
 551   return fds;
 552 }
 553
 554 std::shared_ptr<simgrid::mc::Snapshot> take_snapshot(int num_state)
 555 {
 556   XBT_DEBUG("Taking snapshot %i", num_state);
 557
 558   simgrid::mc::RemoteClient* mc_process = &mc_model_checker->process();
 559
 560   std::shared_ptr<simgrid::mc::Snapshot> snapshot = std::make_shared<simgrid::mc::Snapshot>(mc_process, num_state);
 561
 562   for (auto& p : mc_model_checker->process().actors())
 563     snapshot->enabled_processes.insert(p.copy.getBuffer()->pid);
 564
 565   snapshot_handle_ignore(snapshot.get());
 566
 567   if (_sg_mc_snapshot_fds)
 568     snapshot->current_fds = get_current_fds(mc_model_checker->process().pid());
 569
 570   /* Save the std heap and the writable mapped pages of libsimgrid and binary */
 571   get_memory_regions(mc_process, snapshot.get());
 572
 573   snapshot->to_ignore = mc_model_checker->process().ignored_heap();
 574
 575   if (_sg_mc_max_visited_states > 0 || strcmp(_sg_mc_property_file, "")) {
 576     snapshot->stacks = take_snapshot_stacks(snapshot.get());
 577     if (_sg_mc_hash)
 578       snapshot->hash = simgrid::mc::hash(*snapshot);
 579     else
 580       snapshot->hash = 0;
 581   } else
 582     snapshot->hash = 0;
 583
 584   snapshot_ignore_restore(snapshot.get());
 585   return snapshot;
 586 }
 587
 588 static inline
 589 void restore_snapshot_regions(simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 590 {
 591   for(std::unique_ptr<s_mc_mem_region_t> const& region : snapshot->snapshot_regions) {
 592     // For privatized, variables we decided it was not necessary to take the snapshot:
 593     if (region)
 594       restore(region.get());
 595   }
 596
 597 #if HAVE_SMPI
 598   if(snapshot->privatization_index >= 0) {
 599     // Fix the privatization mmap:
 600     s_mc_message_restore message{MC_MESSAGE_RESTORE, snapshot->privatization_index};
 601     mc_model_checker->process().getChannel().send(message);
 602   }
 603 #endif
 604 }
 605
 606 static inline
 607 void restore_snapshot_fds(simgrid::mc::Snapshot* snapshot)
 608 {
 609   xbt_die("FD snapshot not implemented in client/server mode.");
 610
 611   for (auto const& fd : snapshot->current_fds) {
 612
 613     int new_fd = open(fd.filename.c_str(), fd.flags);
 614     if (new_fd < 0)
 615       xbt_die("Could not reopen the file %s fo restoring the file descriptor", fd.filename.c_str());
 616     if (new_fd != fd.number) {
 617       dup2(new_fd, fd.number);
 618       close(new_fd);
 619     }
 620     lseek(fd.number, fd.current_position, SEEK_SET);
 621   }
 622 }
 623
 624 void restore_snapshot(std::shared_ptr<simgrid::mc::Snapshot> snapshot)
 625 {
 626   XBT_DEBUG("Restore snapshot %i", snapshot->num_state);
 627   restore_snapshot_regions(snapshot.get());
 628   if (_sg_mc_snapshot_fds)
 629     restore_snapshot_fds(snapshot.get());
 630   snapshot_ignore_restore(snapshot.get());
 631   mc_model_checker->process().clear_cache();
 632 }
 633
 634 }
 635 }