src/mc/remote/AppSide.cpp

   1 /* Copyright (c) 2015-2023. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #include "src/mc/remote/AppSide.hpp"
   7 #include "simgrid/s4u/Host.hpp"
   8 #include "src/internal_config.h"
   9 #include "src/kernel/EngineImpl.hpp"
  10 #include "src/kernel/actor/ActorImpl.hpp"
  11 #include "src/kernel/actor/SimcallObserver.hpp"
  12 #include "src/mc/mc_base.hpp"
  13 #include "src/mc/mc_config.hpp"
  14 #include "src/mc/sosp/RemoteProcessMemory.hpp"
  15 #if HAVE_SMPI
  16 #include "src/smpi/include/private.hpp"
  17 #endif
  18 #include "src/sthread/sthread.h"
  19 #include "src/xbt/coverage.h"
  20 #include "xbt/str.h"
  21 #include <simgrid/modelchecker.h>
  22
  23 #include <cerrno>
  24 #include <cstdio> // setvbuf
  25 #include <cstdlib>
  26 #include <memory>
  27 #include <numeric>
  28 #include <sys/ptrace.h>
  29 #include <sys/socket.h>
  30 #include <sys/types.h>
  31
  32 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_client, mc, "MC client logic");
  33 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(mc_global);
  34
  35 namespace simgrid::mc {
  36
  37 std::unique_ptr<AppSide> AppSide::instance_;
  38
  39 AppSide* AppSide::initialize()
  40 {
  41   if (not std::getenv(MC_ENV_SOCKET_FD)) // We are not in MC mode: don't initialize the MC world
  42     return nullptr;
  43
  44   // Do not break if we are called multiple times:
  45   if (instance_)
  46     return instance_.get();
  47
  48   simgrid::mc::model_checking_mode = ModelCheckingMode::APP_SIDE;
  49
  50   setvbuf(stdout, nullptr, _IOLBF, 0);
  51
  52   // Fetch socket from MC_ENV_SOCKET_FD:
  53   const char* fd_env = std::getenv(MC_ENV_SOCKET_FD);
  54   int fd             = xbt_str_parse_int(fd_env, "Not a number in variable '" MC_ENV_SOCKET_FD "'");
  55   XBT_DEBUG("Model-checked application found socket FD %i", fd);
  56
  57   // Check the socket type/validity:
  58   int type;
  59   socklen_t socklen = sizeof(type);
  60   xbt_assert(getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_TYPE, &type, &socklen) == 0, "Could not check socket type");
  61   xbt_assert(type == SOCK_SEQPACKET, "Unexpected socket type %i", type);
  62   XBT_DEBUG("Model-checked application found expected socket type");
  63
  64   instance_ = std::make_unique<simgrid::mc::AppSide>(fd);
  65
  66   // Wait for the model-checker:
  67   errno = 0;
  68 #if defined __linux__
  69   ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, nullptr, nullptr);
  70 #elif defined BSD
  71   ptrace(PT_TRACE_ME, 0, nullptr, 0);
  72 #else
  73 #error "no ptrace equivalent coded for this platform"
  74 #endif
  75   xbt_assert(errno == 0 && raise(SIGSTOP) == 0, "Could not wait for the model-checker (errno = %d: %s)", errno,
  76              strerror(errno));
  77
  78   instance_->handle_messages();
  79   return instance_.get();
  80 }
  81
  82 void AppSide::handle_deadlock_check(const s_mc_message_t*) const
  83 {
  84   const auto* engine     = kernel::EngineImpl::get_instance();
  85   const auto& actor_list = engine->get_actor_list();
  86   bool deadlock = not actor_list.empty() && std::none_of(begin(actor_list), end(actor_list), [](const auto& kv) {
  87     return mc::actor_is_enabled(kv.second);
  88   });
  89
  90   if (deadlock) {
  91     XBT_CINFO(mc_global, "**************************");
  92     XBT_CINFO(mc_global, "*** DEADLOCK DETECTED ***");
  93     XBT_CINFO(mc_global, "**************************");
  94     engine->display_all_actor_status();
  95   }
  96   // Send result:
  97   s_mc_message_int_t answer = {};
  98   answer.type  = MessageType::DEADLOCK_CHECK_REPLY;
  99   answer.value = deadlock;
 100   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 101 }
 102 void AppSide::handle_simcall_execute(const s_mc_message_simcall_execute_t* message) const
 103 {
 104   kernel::actor::ActorImpl* actor = kernel::EngineImpl::get_instance()->get_actor_by_pid(message->aid_);
 105   xbt_assert(actor != nullptr, "Invalid pid %ld", message->aid_);
 106
 107   // The client may send some messages to the server while processing the transition
 108   actor->simcall_handle(message->times_considered_);
 109   // Say the server that the transition is over and that it should proceed
 110   xbt_assert(channel_.send(MessageType::WAITING) == 0, "Could not send MESSAGE_WAITING to model-checker");
 111
 112   // Finish the RPC from the server: return a serialized observer, to build a Transition on Checker side
 113   s_mc_message_simcall_execute_answer_t answer = {};
 114   answer.type = MessageType::SIMCALL_EXECUTE_ANSWER;
 115   std::stringstream stream;
 116   if (actor->simcall_.observer_ != nullptr) {
 117     actor->simcall_.observer_->serialize(stream);
 118   } else {
 119     stream << (short)mc::Transition::Type::UNKNOWN;
 120   }
 121   std::string str = stream.str();
 122   xbt_assert(str.size() + 1 <= answer.buffer.size(),
 123              "The serialized simcall is too large for the buffer. Please fix the code.");
 124   strncpy(answer.buffer.data(), str.c_str(), answer.buffer.size() - 1);
 125   answer.buffer.back() = '\0';
 126
 127   XBT_DEBUG("send SIMCALL_EXECUTE_ANSWER(%s) ~> '%s'", actor->get_cname(), str.c_str());
 128   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 129 }
 130
 131 void AppSide::handle_finalize(const s_mc_message_int_t* msg) const
 132 {
 133   bool terminate_asap = msg->value;
 134   XBT_DEBUG("Finalize (terminate = %d)", (int)terminate_asap);
 135   if (not terminate_asap) {
 136     if (XBT_LOG_ISENABLED(mc_client, xbt_log_priority_debug))
 137       kernel::EngineImpl::get_instance()->display_all_actor_status();
 138 #if HAVE_SMPI
 139     XBT_DEBUG("Smpi_enabled: %d", SMPI_is_inited());
 140     if (SMPI_is_inited())
 141       SMPI_finalize();
 142 #endif
 143   }
 144   coverage_checkpoint();
 145   xbt_assert(channel_.send(MessageType::FINALIZE_REPLY) == 0, "Could not answer to FINALIZE");
 146   std::fflush(stdout);
 147   if (terminate_asap)
 148     ::_Exit(0);
 149 }
 150 void AppSide::handle_initial_addresses()
 151 {
 152   this->need_memory_info_                       = true;
 153   s_mc_message_initial_addresses_reply_t answer = {};
 154   answer.type                                   = MessageType::INITIAL_ADDRESSES_REPLY;
 155   answer.mmalloc_default_mdp                    = mmalloc_get_current_heap();
 156   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response with initial addresses.");
 157 }
 158 void AppSide::handle_actors_status() const
 159 {
 160   auto const& actor_list = kernel::EngineImpl::get_instance()->get_actor_list();
 161   const int num_actors   = actor_list.size();
 162   XBT_DEBUG("Serialize the actors to answer ACTORS_STATUS from the checker. %d actors to go.", num_actors);
 163
 164   std::vector<s_mc_message_actors_status_one_t> status(num_actors);
 165   int i                 = 0;
 166   int total_transitions = 0;
 167
 168   for (auto const& [aid, actor] : actor_list) {
 169     status[i].aid            = aid;
 170     status[i].enabled        = mc::actor_is_enabled(actor);
 171     status[i].max_considered = actor->simcall_.observer_->get_max_consider();
 172     status[i].n_transitions  = mc::actor_is_enabled(actor) ? status[i].max_considered : 0;
 173     total_transitions += status[i].n_transitions;
 174     i++;
 175   }
 176
 177   struct s_mc_message_actors_status_answer_t answer = {};
 178   answer.type             = MessageType::ACTORS_STATUS_REPLY;
 179   answer.count            = num_actors;
 180   answer.transition_count = total_transitions;
 181
 182   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send ACTORS_STATUS_REPLY msg");
 183   if (answer.count > 0) {
 184     size_t size = status.size() * sizeof(s_mc_message_actors_status_one_t);
 185     xbt_assert(channel_.send(status.data(), size) == 0, "Could not send ACTORS_STATUS_REPLY data");
 186   }
 187
 188   // Serialize each transition to describe what each actor is doing
 189   if (total_transitions > 0) {
 190     std::vector<s_mc_message_simcall_probe_one_t> probes(total_transitions);
 191     auto probes_iter = probes.begin();
 192
 193     for (const auto& actor_status : status) {
 194       if (not actor_status.enabled)
 195         continue;
 196
 197       const auto& actor        = actor_list.at(actor_status.aid);
 198       const int max_considered = actor_status.max_considered;
 199
 200       for (int times_considered = 0; times_considered < max_considered; times_considered++, probes_iter++) {
 201         std::stringstream stream;
 202         s_mc_message_simcall_probe_one_t& probe = *probes_iter;
 203
 204         if (actor->simcall_.observer_ != nullptr) {
 205           actor->simcall_.observer_->prepare(times_considered);
 206           actor->simcall_.observer_->serialize(stream);
 207         } else {
 208           stream << (short)mc::Transition::Type::UNKNOWN;
 209         }
 210
 211         std::string str = stream.str();
 212         xbt_assert(str.size() + 1 <= probe.buffer.size(),
 213                    "The serialized transition is too large for the buffer. Please fix the code.");
 214         strncpy(probe.buffer.data(), str.c_str(), probe.buffer.size() - 1);
 215         probe.buffer.back() = '\0';
 216       }
 217       // NOTE: We do NOT need to reset `times_considered` for each actor's
 218       // simcall observer here to the "original" value (i.e. the value BEFORE
 219       // multiple prepare() calls were made for serialization purposes) since
 220       // each SIMCALL_EXECUTE provides a `times_considered` to be used to prepare
 221       // the transition before execution.
 222     }
 223     XBT_DEBUG("Deliver ACTOR_TRANSITION_PROBE payload");
 224
 225     for (const auto& probe : probes)
 226       xbt_assert(channel_.send(probe) == 0, "Could not send ACTOR_TRANSITION_PROBE payload");
 227   }
 228 }
 229 void AppSide::handle_actors_maxpid() const
 230 {
 231   s_mc_message_int_t answer = {};
 232   answer.type               = MessageType::ACTORS_MAXPID_REPLY;
 233   answer.value              = kernel::actor::ActorImpl::get_maxpid();
 234   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 235 }
 236
 237 #define assert_msg_size(_name_, _type_)                                                                                \
 238   xbt_assert(received_size == sizeof(_type_), "Unexpected size for " _name_ " (%zd != %zu)", received_size,            \
 239              sizeof(_type_))
 240
 241 void AppSide::handle_messages()
 242 {
 243   while (true) { // Until we get a CONTINUE message
 244     XBT_DEBUG("Waiting messages from model-checker");
 245
 246     std::array<char, MC_MESSAGE_LENGTH> message_buffer;
 247     ssize_t received_size = channel_.receive(message_buffer.data(), message_buffer.size());
 248
 249     if (received_size == 0) {
 250       XBT_DEBUG("Socket closed on the Checker side, bailing out.");
 251       ::_Exit(0); // Nobody's listening to that process anymore => exit as quickly as possible.
 252     }
 253     xbt_assert(received_size >= 0, "Could not receive commands from the model-checker");
 254     xbt_assert(static_cast<size_t>(received_size) >= sizeof(s_mc_message_t), "Cannot handle short message (size=%zd)",
 255                received_size);
 256
 257     const s_mc_message_t* message = (s_mc_message_t*)message_buffer.data();
 258     switch (message->type) {
 259       case MessageType::DEADLOCK_CHECK:
 260         assert_msg_size("DEADLOCK_CHECK", s_mc_message_t);
 261         handle_deadlock_check(message);
 262         break;
 263
 264       case MessageType::CONTINUE:
 265         assert_msg_size("MESSAGE_CONTINUE", s_mc_message_t);
 266         return;
 267
 268       case MessageType::SIMCALL_EXECUTE:
 269         assert_msg_size("SIMCALL_EXECUTE", s_mc_message_simcall_execute_t);
 270         handle_simcall_execute((s_mc_message_simcall_execute_t*)message_buffer.data());
 271         break;
 272
 273       case MessageType::FINALIZE:
 274         assert_msg_size("FINALIZE", s_mc_message_int_t);
 275         handle_finalize((s_mc_message_int_t*)message_buffer.data());
 276         break;
 277
 278       case MessageType::INITIAL_ADDRESSES:
 279         assert_msg_size("INITIAL_ADDRESSES", s_mc_message_t);
 280         handle_initial_addresses();
 281         break;
 282
 283       case MessageType::ACTORS_STATUS:
 284         assert_msg_size("ACTORS_STATUS", s_mc_message_t);
 285         handle_actors_status();
 286         break;
 287
 288       case MessageType::ACTORS_MAXPID:
 289         assert_msg_size("ACTORS_MAXPID", s_mc_message_t);
 290         handle_actors_maxpid();
 291         break;
 292
 293       default:
 294         xbt_die("Received unexpected message %s (%i)", to_c_str(message->type), static_cast<int>(message->type));
 295         break;
 296     }
 297   }
 298 }
 299
 300 void AppSide::main_loop()
 301 {
 302   simgrid::mc::processes_time.resize(simgrid::kernel::actor::ActorImpl::get_maxpid());
 303   MC_ignore_heap(simgrid::mc::processes_time.data(),
 304                  simgrid::mc::processes_time.size() * sizeof(simgrid::mc::processes_time[0]));
 305
 306   sthread_disable();
 307   coverage_checkpoint();
 308   sthread_enable();
 309   while (true) {
 310     simgrid::mc::execute_actors();
 311     xbt_assert(channel_.send(MessageType::WAITING) == 0, "Could not send WAITING message to model-checker");
 312     this->handle_messages();
 313   }
 314 }
 315
 316 void AppSide::report_assertion_failure()
 317 {
 318   xbt_assert(channel_.send(MessageType::ASSERTION_FAILED) == 0, "Could not send assertion to model-checker");
 319   this->handle_messages();
 320 }
 321
 322 void AppSide::ignore_memory(void* addr, std::size_t size) const
 323 {
 324   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 325     return;
 326
 327   s_mc_message_ignore_memory_t message = {};
 328   message.type = MessageType::IGNORE_MEMORY;
 329   message.addr = (std::uintptr_t)addr;
 330   message.size = size;
 331   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send IGNORE_MEMORY message to model-checker");
 332 }
 333
 334 void AppSide::ignore_heap(void* address, std::size_t size) const
 335 {
 336   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 337     return;
 338
 339   const s_xbt_mheap_t* heap = mmalloc_get_current_heap();
 340
 341   s_mc_message_ignore_heap_t message = {};
 342   message.type    = MessageType::IGNORE_HEAP;
 343   message.address = address;
 344   message.size    = size;
 345   message.block   = ((char*)address - (char*)heap->heapbase) / BLOCKSIZE + 1;
 346   if (heap->heapinfo[message.block].type == 0) {
 347     message.fragment = -1;
 348     heap->heapinfo[message.block].busy_block.ignore++;
 349   } else {
 350     message.fragment = (ADDR2UINT(address) % BLOCKSIZE) >> heap->heapinfo[message.block].type;
 351     heap->heapinfo[message.block].busy_frag.ignore[message.fragment]++;
 352   }
 353
 354   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send ignored region to MCer");
 355 }
 356
 357 void AppSide::unignore_heap(void* address, std::size_t size) const
 358 {
 359   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 360     return;
 361
 362   s_mc_message_ignore_memory_t message = {};
 363   message.type = MessageType::UNIGNORE_HEAP;
 364   message.addr = (std::uintptr_t)address;
 365   message.size = size;
 366   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send IGNORE_HEAP message to model-checker");
 367 }
 368
 369 void AppSide::declare_symbol(const char* name, int* value) const
 370 {
 371   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_) {
 372     XBT_CRITICAL("Ignore AppSide::declare_symbol(%s)", name);
 373     return;
 374   }
 375
 376   s_mc_message_register_symbol_t message = {};
 377   message.type = MessageType::REGISTER_SYMBOL;
 378   xbt_assert(strlen(name) + 1 <= message.name.size(), "Symbol is too long");
 379   strncpy(message.name.data(), name, message.name.size() - 1);
 380   message.callback = nullptr;
 381   message.data     = value;
 382   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could send REGISTER_SYMBOL message to model-checker");
 383 }
 384
 385 /** Register a stack in the model checker
 386  *
 387  *  The stacks are allocated in the heap. The MC handle them specifically
 388  *  when we analyze/compare the content of the heap so it must be told where
 389  *  they are with this function.
 390  */
 391 void AppSide::declare_stack(void* stack, size_t size, ucontext_t* context) const
 392 {
 393   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 394     return;
 395
 396   const s_xbt_mheap_t* heap = mmalloc_get_current_heap();
 397
 398   s_stack_region_t region = {};
 399   region.address = stack;
 400   region.context = context;
 401   region.size    = size;
 402   region.block   = ((char*)stack - (char*)heap->heapbase) / BLOCKSIZE + 1;
 403
 404   s_mc_message_stack_region_t message = {};
 405   message.type         = MessageType::STACK_REGION;
 406   message.stack_region = region;
 407   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send STACK_REGION to model-checker");
 408 }
 409 } // namespace simgrid::mc