Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Delete redundant blank lines at the start of a code blocks (CodeFactor).
[simgrid.git] / src / mc / explo / UdporChecker.cpp
1 /* Copyright (c) 2016-2023. 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/explo/UdporChecker.hpp"
7 #include "src/mc/api/State.hpp"
8 #include "src/mc/explo/udpor/Comb.hpp"
9 #include "src/mc/explo/udpor/History.hpp"
10 #include "src/mc/explo/udpor/maximal_subsets_iterator.hpp"
11
12 #include <xbt/asserts.h>
13 #include <xbt/log.h>
14
15 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_udpor, mc, "Logging specific to verification using UDPOR");
16
17 namespace simgrid::mc::udpor {
18
19 UdporChecker::UdporChecker(const std::vector<char*>& args) : Exploration(args, true)
20 {
21   // Initialize the map
22 }
23
24 void UdporChecker::run()
25 {
26   XBT_INFO("Starting a UDPOR exploration");
27   // NOTE: `A`, `D`, and `C` are derived from the
28   // original UDPOR paper [1], while `prev_exC` arises
29   // from the incremental computation of ex(C) from [3]
30   Configuration C_root;
31
32   // TODO: Move computing the root configuration into a method on the Unfolding
33   auto initial_state      = get_current_state();
34   auto root_event         = std::make_unique<UnfoldingEvent>(EventSet(), std::make_shared<Transition>());
35   auto* root_event_handle = root_event.get();
36   unfolding.insert(std::move(root_event));
37   C_root.add_event(root_event_handle);
38
39   explore(C_root, EventSet(), EventSet(), std::move(initial_state), EventSet());
40
41   XBT_INFO("UDPOR exploration terminated -- model checking completed");
42 }
43
44 void UdporChecker::explore(const Configuration& C, EventSet D, EventSet A, std::unique_ptr<State> stateC,
45                            EventSet prev_exC)
46 {
47   auto exC       = compute_exC(C, *stateC, prev_exC);
48   const auto enC = compute_enC(C, exC);
49
50   // If enC is a subset of D, intuitively
51   // there aren't any enabled transitions
52   // which are "worth" exploring since their
53   // exploration would lead to a so-called
54   // "sleep-set blocked" trace.
55   if (enC.is_subset_of(D)) {
56     if (not C.get_events().empty()) {
57       // Report information...
58     }
59
60     // When `en(C)` is empty, intuitively this means that there
61     // are no enabled transitions that can be executed from the
62     // state reached by `C` (denoted `state(C)`), i.e. by some
63     // execution of the transitions in C obeying the causality
64     // relation. Here, then, we may be in a deadlock (the other
65     // possibility is that we've finished running everything, and
66     // we wouldn't be in deadlock then)
67     if (enC.empty()) {
68       get_remote_app().check_deadlock();
69     }
70
71     return;
72   }
73
74   // TODO: Add verbose logging about which event is being explored
75
76   const UnfoldingEvent* e = select_next_unfolding_event(A, enC);
77   xbt_assert(e != nullptr, "\n\n****** INVARIANT VIOLATION ******\n"
78                            "UDPOR guarantees that an event will be chosen at each point in\n"
79                            "the search, yet no events were actually chosen\n"
80                            "*********************************\n\n");
81
82   // Move the application into stateCe and make note of that state
83   move_to_stateCe(*stateC, *e);
84   auto stateCe = record_current_state();
85
86   // Ce := C + {e}
87   Configuration Ce = C;
88   Ce.add_event(e);
89
90   A.remove(e);
91   exC.remove(e);
92
93   // Explore(C + {e}, D, A \ {e})
94   explore(Ce, D, std::move(A), std::move(stateCe), std::move(exC));
95
96   // D <-- D + {e}
97   D.insert(e);
98
99   constexpr unsigned K = 10;
100   if (auto J = C.compute_k_partial_alternative_to(D, this->unfolding, K); J.has_value()) {
101     // Before searching the "right half", we need to make
102     // sure the program actually reflects the fact
103     // that we are searching again from `stateC` (the recursive
104     // search moved the program into `stateCe`)
105     restore_program_state_to(*stateC);
106
107     // Explore(C, D + {e}, J \ C)
108     auto J_minus_C = J.value().get_events().subtracting(C.get_events());
109     explore(C, D, std::move(J_minus_C), std::move(stateC), std::move(prev_exC));
110   }
111
112   // D <-- D - {e}
113   D.remove(e);
114
115   // Remove(e, C, D)
116   clean_up_explore(e, C, D);
117 }
118
119 EventSet UdporChecker::compute_exC(const Configuration& C, const State& stateC, const EventSet& prev_exC)
120 {
121   // See eqs. 5.7 of section 5.2 of [3]
122   // C = C' + {e_cur}, i.e. C' = C - {e_cur}
123   //
124   // Then
125   //
126   // ex(C) = ex(C' + {e_cur}) = ex(C') / {e_cur} +
127   //    U{<a, K> : K is maximal, `a` depends on all of K, `a` enabled at config(K) }
128   const UnfoldingEvent* e_cur = C.get_latest_event();
129   EventSet exC                = prev_exC;
130   exC.remove(e_cur);
131
132   for (const auto& [aid, actor_state] : stateC.get_actors_list()) {
133     for (const auto& transition : actor_state.get_enabled_transitions()) {
134       // First check for a specialized function that can compute the extension
135       // set "quickly" based on its type. Otherwise, fall back to computing
136       // the set "by hand"
137       const auto specialized_extension_function = incremental_extension_functions.find(transition->type_);
138       if (specialized_extension_function != incremental_extension_functions.end()) {
139         exC.form_union((specialized_extension_function->second)(C, transition));
140       } else {
141         exC.form_union(this->compute_exC_by_enumeration(C, transition));
142       }
143     }
144   }
145   return exC;
146 }
147
148 EventSet UdporChecker::compute_exC_by_enumeration(const Configuration& C, const std::shared_ptr<Transition> action)
149 {
150   // Here we're computing the following:
151   //
152   // U{<a, K> : K is maximal, `a` depends on all of K, `a` enabled at config(K) }
153   //
154   // where `a` is the `action` given to us. Note that `a` is presumed to be enabled
155   EventSet incremental_exC;
156
157   for (auto begin =
158            maximal_subsets_iterator(C, {[&](const UnfoldingEvent* e) { return e->is_dependent_with(action.get()); }});
159        begin != maximal_subsets_iterator(); ++begin) {
160     const EventSet& maximal_subset = *begin;
161
162     // Determining if `a` is enabled here might not be possible while looking at `a` opaquely
163     // We leave the implementation as-is to ensure that any addition would be simple
164     // if it were ever added
165     const bool enabled_at_config_k = false;
166
167     if (enabled_at_config_k) {
168       auto candidate_handle = std::make_unique<UnfoldingEvent>(maximal_subset, action);
169       if (auto candidate_event = candidate_handle.get(); not unfolding.contains_event_equivalent_to(candidate_event)) {
170         // This is a new event (i.e. one we haven't yet seen)
171         unfolding.insert(std::move(candidate_handle));
172         incremental_exC.insert(candidate_event);
173       }
174     }
175   }
176   return incremental_exC;
177 }
178
179 EventSet UdporChecker::compute_enC(const Configuration& C, const EventSet& exC) const
180 {
181   EventSet enC;
182   for (const auto e : exC) {
183     if (not e->conflicts_with(C)) {
184       enC.insert(e);
185     }
186   }
187   return enC;
188 }
189
190 void UdporChecker::move_to_stateCe(State& state, const UnfoldingEvent& e)
191 {
192   const aid_t next_actor = e.get_transition()->aid_;
193
194   // TODO: Add the trace if possible for reporting a bug
195   xbt_assert(next_actor >= 0, "\n\n****** INVARIANT VIOLATION ******\n"
196                               "In reaching this execution path, UDPOR ensures that at least one\n"
197                               "one transition of the state of an visited event is enabled, yet no\n"
198                               "state was actually enabled. Please report this as a bug.\n"
199                               "*********************************\n\n");
200   state.execute_next(next_actor, get_remote_app());
201 }
202
203 void UdporChecker::restore_program_state_to(const State& stateC)
204 {
205   get_remote_app().restore_initial_state();
206   // TODO: We need to have the stack of past states available at this
207   // point. Since the method is recursive, we'll need to keep track of
208   // this as we progress
209 }
210
211 std::unique_ptr<State> UdporChecker::record_current_state()
212 {
213   auto next_state = this->get_current_state();
214
215   // In UDPOR, we care about all enabled transitions in a given state
216   next_state->consider_all();
217
218   return next_state;
219 }
220
221 const UnfoldingEvent* UdporChecker::select_next_unfolding_event(const EventSet& A, const EventSet& enC)
222 {
223   if (!enC.empty()) {
224     return *(enC.begin());
225   }
226
227   for (const auto& event : A) {
228     if (enC.contains(event)) {
229       return event;
230     }
231   }
232   return nullptr;
233 }
234
235 void UdporChecker::clean_up_explore(const UnfoldingEvent* e, const Configuration& C, const EventSet& D)
236 {
237   const EventSet C_union_D              = C.get_events().make_union(D);
238   const EventSet es_immediate_conflicts = this->unfolding.get_immediate_conflicts_of(e);
239   const EventSet Q_CDU                  = C_union_D.make_union(es_immediate_conflicts.get_local_config());
240
241   // Move {e} \ Q_CDU from U to G
242   if (Q_CDU.contains(e)) {
243     this->unfolding.remove(e);
244   }
245
246   // foreach ê in #ⁱ_U(e)
247   for (const auto* e_hat : es_immediate_conflicts) {
248     // Move [ê] \ Q_CDU from U to G
249     const EventSet to_remove = e_hat->get_history().subtracting(Q_CDU);
250     this->unfolding.remove(to_remove);
251   }
252 }
253
254 RecordTrace UdporChecker::get_record_trace()
255 {
256   RecordTrace res;
257   return res;
258 }
259
260 std::vector<std::string> UdporChecker::get_textual_trace()
261 {
262   // TODO: Topologically sort the events of the latest configuration
263   // and iterate through that topological sorting
264   std::vector<std::string> trace;
265   return trace;
266 }
267
268 } // namespace simgrid::mc::udpor
269
270 namespace simgrid::mc {
271
272 Exploration* create_udpor_checker(const std::vector<char*>& args)
273 {
274   return new simgrid::mc::udpor::UdporChecker(args);
275 }
276
277 } // namespace simgrid::mc