src/simix/smx_context_raw.c

   1 /* context_raw - fast context switching inspired from System V ucontextes   */
   2
   3 /* Copyright (c) 2009, 2010. The SimGrid Team.
   4  * All rights reserved.                                                     */
   5
   6 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   8
   9 #include "simix/private.h"
  10 #include "xbt/parmap.h"
  11
  12 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
  13 #  include <valgrind/valgrind.h>
  14 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
  15
  16 typedef char * raw_stack_t;
  17 typedef void (*rawctx_entry_point_t)(void *);
  18
  19 typedef struct s_smx_ctx_raw {
  20   s_smx_ctx_base_t super;         /* Fields of super implementation */
  21   char *malloced_stack;           /* malloced area containing the stack */
  22   raw_stack_t stack_top;          /* pointer to stack top (within previous area) */
  23 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
  24   unsigned int valgrind_stack_id; /* the valgrind stack id */
  25 #endif
  26 #ifdef TIME_BENCH
  27   unsigned int thread;            /* Just for measuring purposes */
  28 #endif
  29 } s_smx_ctx_raw_t, *smx_ctx_raw_t;
  30
  31 #ifdef CONTEXT_THREADS
  32 static xbt_parmap_t raw_parmap;
  33 static raw_stack_t* raw_workers_stacks;       /* space to save the worker stack in each thread */
  34 static unsigned long raw_threads_working;     /* number of threads that have started their work */
  35 static xbt_os_thread_key_t raw_worker_id_key; /* thread-specific storage for the thread id */
  36 #endif
  37
  38 static unsigned long raw_process_index = 0;   /* index of the next process to run in the
  39                                                * list of runnable processes */
  40 static smx_ctx_raw_t raw_maestro_context;
  41
  42 extern raw_stack_t raw_makecontext(char* malloced_stack, int stack_size,
  43                                    rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg);
  44 extern void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new);
  45
  46 #ifdef PROCESSOR_i686
  47 __asm__ (
  48 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
  49    ".text\n"
  50    ".globl _raw_makecontext\n"
  51    "_raw_makecontext:\n"
  52 #else
  53    ".text\n"
  54    ".globl raw_makecontext\n"
  55    ".type raw_makecontext,@function\n"
  56    "raw_makecontext:\n"
  57 #endif
  58    "   movl 4(%esp),%eax\n"   /* stack */
  59    "   addl 8(%esp),%eax\n"   /* size  */
  60    "   movl 12(%esp),%ecx\n"  /* func  */
  61    "   movl 16(%esp),%edx\n"  /* arg   */
  62    "   movl %edx, -4(%eax)\n"
  63    "   movl $0,   -8(%eax)\n" /* @return for func */
  64    "   movl %ecx,-12(%eax)\n"
  65    "   movl $0,  -16(%eax)\n" /* ebp */
  66    "   movl $0,  -20(%eax)\n" /* ebx */
  67    "   movl $0,  -24(%eax)\n" /* esi */
  68    "   movl $0,  -28(%eax)\n" /* edi */
  69    "   subl $28,%eax\n"
  70    "   retl\n"
  71 );
  72
  73 __asm__ (
  74 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
  75    ".text\n"
  76    ".globl _raw_swapcontext\n"
  77    "_raw_swapcontext:\n"
  78 #else
  79    ".text\n"
  80    ".globl raw_swapcontext\n"
  81    ".type raw_swapcontext,@function\n"
  82    "raw_swapcontext:\n"
  83 #endif
  84    "   movl 4(%esp),%eax\n" /* old */
  85    "   movl 8(%esp),%edx\n" /* new */
  86    "   pushl %ebp\n"
  87    "   pushl %ebx\n"
  88    "   pushl %esi\n"
  89    "   pushl %edi\n"
  90    "   movl %esp,(%eax)\n"
  91    "   movl %edx,%esp\n"
  92    "   popl %edi\n"
  93    "   popl %esi\n"
  94    "   popl %ebx\n"
  95    "   popl %ebp\n"
  96    "   retl\n"
  97 );
  98 #elif PROCESSOR_x86_64
  99 __asm__ (
 100 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
 101    ".text\n"
 102    ".globl _raw_makecontext\n"
 103    "_raw_makecontext:\n"
 104 #else
 105    ".text\n"
 106    ".globl raw_makecontext\n"
 107    ".type raw_makecontext,@function\n"
 108    "raw_makecontext:\n"/* Calling convention sets the arguments in rdi, rsi, rdx and rcx, respectively */
 109 #endif
 110    "   movq %rdi,%rax\n"      /* stack */
 111    "   addq %rsi,%rax\n"      /* size  */
 112    "   movq $0,   -8(%rax)\n" /* @return for func */
 113    "   movq %rdx,-16(%rax)\n" /* func */
 114    "   movq %rcx,-24(%rax)\n" /* arg/rdi */
 115    "   movq $0,  -32(%rax)\n" /* rsi */
 116    "   movq $0,  -40(%rax)\n" /* rdx */
 117    "   movq $0,  -48(%rax)\n" /* rcx */
 118    "   movq $0,  -56(%rax)\n" /* r8  */
 119    "   movq $0,  -64(%rax)\n" /* r9  */
 120    "   movq $0,  -72(%rax)\n" /* rbp */
 121    "   movq $0,  -80(%rax)\n" /* rbx */
 122    "   movq $0,  -88(%rax)\n" /* r12 */
 123    "   movq $0,  -96(%rax)\n" /* r13 */
 124    "   movq $0, -104(%rax)\n" /* r14 */
 125    "   movq $0, -112(%rax)\n" /* r15 */
 126    "   subq $112,%rax\n"
 127    "   retq\n"
 128 );
 129
 130 __asm__ (
 131 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
 132    ".text\n"
 133    ".globl _raw_swapcontext\n"
 134    "_raw_swapcontext:\n"
 135 #else
 136    ".text\n"
 137    ".globl raw_swapcontext\n"
 138    ".type raw_swapcontext,@function\n"
 139    "raw_swapcontext:\n" /* Calling convention sets the arguments in rdi and rsi, respectively */
 140 #endif
 141    "   pushq %rdi\n"
 142    "   pushq %rsi\n"
 143    "   pushq %rdx\n"
 144    "   pushq %rcx\n"
 145    "   pushq %r8\n"
 146    "   pushq %r9\n"
 147    "   pushq %rbp\n"
 148    "   pushq %rbx\n"
 149    "   pushq %r12\n"
 150    "   pushq %r13\n"
 151    "   pushq %r14\n"
 152    "   pushq %r15\n"
 153    "   movq %rsp,(%rdi)\n" /* old */
 154    "   movq %rsi,%rsp\n" /* new */
 155    "   popq %r15\n"
 156    "   popq %r14\n"
 157    "   popq %r13\n"
 158    "   popq %r12\n"
 159    "   popq %rbx\n"
 160    "   popq %rbp\n"
 161    "   popq %r9\n"
 162    "   popq %r8\n"
 163    "   popq %rcx\n"
 164    "   popq %rdx\n"
 165    "   popq %rsi\n"
 166    "   popq %rdi\n"
 167    "   retq\n"
 168 );
 169 #else
 170
 171 /* If you implement raw contexts for other processors, don't forget to
 172    update the definition of HAVE_RAWCTX in buildtools/Cmake/CompleteInFiles.cmake */
 173
 174 raw_stack_t raw_makecontext(char* malloced_stack, int stack_size,
 175                             rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg) {
 176    THROW_UNIMPLEMENTED;
 177 }
 178
 179 void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new) {
 180    THROW_UNIMPLEMENTED;
 181 }
 182
 183 #endif
 184
 185 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(simix_context);
 186
 187 #ifdef TIME_BENCH
 188 #include "xbt/xbt_os_time.h"
 189 #define NUM_THREADS 4
 190 static xbt_os_timer_t timer;
 191 static double time_thread_sr[NUM_THREADS];
 192 static double time_thread_ssr[NUM_THREADS];
 193 static double time_wasted_sr = 0;
 194 static double time_wasted_ssr = 0;
 195 static unsigned int sr_count = 0;
 196 static unsigned int ssr_count = 0;
 197 static char new_sr = 0;
 198 #endif
 199
 200 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context);
 201 static int smx_ctx_raw_factory_finalize(smx_context_factory_t *factory);
 202 static smx_context_t smx_ctx_raw_create_context(xbt_main_func_t code, int argc,
 203     char **argv, void_pfn_smxprocess_t cleanup_func, void *data);
 204 static void smx_ctx_raw_free(smx_context_t context);
 205 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context);
 206 static void smx_ctx_raw_stop(smx_context_t context);
 207 static void smx_ctx_raw_suspend_serial(smx_context_t context);
 208 static void smx_ctx_raw_resume_serial(smx_process_t first_process);
 209 static void smx_ctx_raw_runall_serial(void);
 210 static void smx_ctx_raw_suspend_parallel(smx_context_t context);
 211 static void smx_ctx_raw_resume_parallel(smx_process_t first_process);
 212 static void smx_ctx_raw_runall_parallel(void);
 213 static void smx_ctx_raw_runall(void);
 214
 215 /**
 216  * \brief Initializes the raw context factory.
 217  * \param factory where to initialize the factory
 218  */
 219 void SIMIX_ctx_raw_factory_init(smx_context_factory_t *factory)
 220 {
 221   XBT_VERB("Using raw contexts. Because the glibc is just not good enough for us.");
 222   smx_ctx_base_factory_init(factory);
 223
 224   (*factory)->finalize  = smx_ctx_raw_factory_finalize;
 225   (*factory)->create_context = smx_ctx_raw_create_context;
 226   /* Do not overload that method (*factory)->finalize */
 227   (*factory)->free = smx_ctx_raw_free;
 228   (*factory)->stop = smx_ctx_raw_stop;
 229   (*factory)->name = "smx_raw_context_factory";
 230
 231   if (SIMIX_context_is_parallel()) {
 232 #ifdef CONTEXT_THREADS
 233     int nthreads = SIMIX_context_get_nthreads();
 234     raw_parmap = xbt_parmap_new(nthreads, SIMIX_context_get_parallel_mode());
 235     raw_workers_stacks = xbt_new(raw_stack_t, nthreads);
 236     xbt_os_thread_key_create(&raw_worker_id_key);
 237 #endif
 238     if (SIMIX_context_get_parallel_threshold() > 1) {
 239       /* choose dynamically */
 240       (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall;
 241       (*factory)->suspend = NULL;
 242     }
 243     else {
 244       /* always parallel */
 245       (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall_parallel;
 246       (*factory)->suspend = smx_ctx_raw_suspend_parallel;
 247     }
 248   }
 249   else {
 250     /* always serial */
 251     (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall_serial;
 252     (*factory)->suspend = smx_ctx_raw_suspend_serial;
 253   }
 254 #ifdef TIME_BENCH
 255   timer = xbt_os_timer_new();
 256 #endif
 257 }
 258
 259 /**
 260  * \brief Finalizes the raw context factory.
 261  * \param factory the raw context factory
 262  */
 263 static int smx_ctx_raw_factory_finalize(smx_context_factory_t *factory)
 264 {
 265 #ifdef TIME_BENCH
 266   XBT_CRITICAL("Total wasted time in %u SR: %lf", sr_count, time_wasted_sr);
 267   XBT_CRITICAL("Total wasted time in %u SSR: %lf", ssr_count, time_wasted_ssr);
 268 #endif
 269
 270 #ifdef CONTEXT_THREADS
 271   if (raw_parmap)
 272     xbt_parmap_destroy(raw_parmap);
 273   xbt_free(raw_workers_stacks);
 274 #endif
 275   return smx_ctx_base_factory_finalize(factory);
 276 }
 277
 278 /**
 279  * \brief Creates a new raw context.
 280  * \param code main function of this context or NULL to create the maestro
 281  * context
 282  * \param argc argument number
 283  * \param argv arguments to pass to the main function
 284  * \param cleanup_func a function to call to free the user data when the
 285  * context finished
 286  * \param data user data
 287  */
 288 static smx_context_t
 289 smx_ctx_raw_create_context(xbt_main_func_t code, int argc, char **argv,
 290     void_pfn_smxprocess_t cleanup_func,
 291     void *data)
 292 {
 293
 294   smx_ctx_raw_t context =
 295       (smx_ctx_raw_t) smx_ctx_base_factory_create_context_sized(
 296           sizeof(s_smx_ctx_raw_t),
 297           code,
 298           argc,
 299           argv,
 300           cleanup_func,
 301           data);
 302
 303   /* if the user provided a function for the process then use it,
 304      otherwise it is the context for maestro */
 305      if (code) {
 306        context->malloced_stack = xbt_malloc0(smx_context_stack_size);
 307        context->stack_top =
 308            raw_makecontext(context->malloced_stack, smx_context_stack_size,
 309                (void_f_pvoid_t) smx_ctx_raw_wrapper, context);
 310
 311 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
 312        context->valgrind_stack_id =
 313            VALGRIND_STACK_REGISTER(context->malloced_stack,
 314                context->malloced_stack + smx_context_stack_size);
 315 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
 316
 317      } else {
 318        raw_maestro_context = context;
 319      }
 320
 321      return (smx_context_t) context;
 322 }
 323
 324 /**
 325  * \brief Destroys a raw context.
 326  * \param context a raw context
 327  */
 328 static void smx_ctx_raw_free(smx_context_t context)
 329 {
 330   if (context) {
 331
 332 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
 333     VALGRIND_STACK_DEREGISTER(((smx_ctx_raw_t)
 334         context)->valgrind_stack_id);
 335 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
 336
 337     free(((smx_ctx_raw_t) context)->malloced_stack);
 338   }
 339   smx_ctx_base_free(context);
 340 }
 341
 342 /**
 343  * \brief Wrapper for the main function of a context.
 344  * \param context a raw context
 345  */
 346 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context)
 347 {
 348   (context->super.code) (context->super.argc, context->super.argv);
 349
 350   smx_ctx_raw_stop((smx_context_t) context);
 351 }
 352
 353 /**
 354  * \brief Stops a raw context.
 355  *
 356  * This function is called when the main function of the context if finished.
 357  *
 358  * \param context the current context
 359  */
 360 static void smx_ctx_raw_stop(smx_context_t context)
 361 {
 362   smx_ctx_base_stop(context);
 363   simix_global->context_factory->suspend(context);
 364 }
 365
 366 /**
 367  * \brief Suspends a running context and resumes another one or returns to
 368  * maestro.
 369  * \param context the current context
 370  */
 371 static void smx_ctx_raw_suspend_serial(smx_context_t context)
 372 {
 373   /* determine the next context */
 374   smx_context_t next_context;
 375   unsigned long int i = raw_process_index++;
 376
 377   if (i < xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run)) {
 378     /* execute the next process */
 379     XBT_DEBUG("Run next process");
 380     next_context = xbt_dynar_get_as(
 381         simix_global->process_to_run, i, smx_process_t)->context;
 382   }
 383   else {
 384     /* all processes were run, return to maestro */
 385     XBT_DEBUG("No more process to run");
 386     next_context = (smx_context_t) raw_maestro_context;
 387   }
 388   SIMIX_context_set_current(next_context);
 389   raw_swapcontext(&((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top,
 390       ((smx_ctx_raw_t) next_context)->stack_top);
 391 }
 392
 393 /**
 394  * \brief Resumes sequentially all processes ready to run.
 395  * \param first_process the first process to resume
 396  */
 397 static void smx_ctx_raw_resume_serial(smx_process_t first_process)
 398 {
 399   smx_ctx_raw_t context = (smx_ctx_raw_t) first_process->context;
 400   SIMIX_context_set_current((smx_context_t) context);
 401   raw_swapcontext(&raw_maestro_context->stack_top,
 402       ((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top);
 403 }
 404
 405 #ifdef TIME_BENCH
 406 static void smx_ctx_raw_runall_serial(xbt_dynar_t processes)
 407 {
 408   smx_process_t process;
 409   unsigned int cursor;
 410
 411   double elapsed = 0;
 412   double tmax = 0;
 413   unsigned long num_proc = xbt_dynar_length(processes);
 414   unsigned int t=0;
 415   unsigned int data_size = (num_proc / NUM_THREADS) + ((num_proc % NUM_THREADS) ? 1 : 0);
 416
 417   ssr_count++;
 418   time_thread_ssr[0] = 0;
 419   xbt_dynar_foreach(processes, cursor, process) {
 420     XBT_DEBUG("Schedule item %u of %lu",cursor,xbt_dynar_length(processes));
 421     if(cursor >= t * data_size + data_size){
 422       if(time_thread_ssr[t] > tmax)
 423         tmax = time_thread_ssr[t];
 424       t++;
 425       time_thread_ssr[t] = 0;
 426     }
 427
 428     if(new_sr){
 429       ((smx_ctx_raw_t)process->context)->thread = t;
 430       time_thread_sr[t] = 0;
 431     }
 432
 433     xbt_os_timer_start(timer);
 434     smx_ctx_raw_resume(process);
 435     xbt_os_timer_stop(timer);
 436     elapsed = xbt_os_timer_elapsed(timer);
 437     time_thread_ssr[t] += elapsed;
 438     time_thread_sr[((smx_ctx_raw_t)process->context)->thread] += elapsed;
 439   }
 440
 441   if(new_sr)
 442     new_sr = FALSE;
 443
 444   if(time_thread_ssr[t] > tmax)
 445     tmax = time_thread_ssr[t];
 446
 447   for(cursor=0; cursor <= t; cursor++){
 448     XBT_VERB("Time SSR thread %u = %lf (max %lf)", cursor, time_thread_ssr[cursor], tmax);
 449     time_wasted_ssr += tmax - time_thread_ssr[cursor];
 450   }
 451 }
 452
 453 void smx_ctx_raw_new_sr(void);
 454 void smx_ctx_raw_new_sr(void)
 455 {
 456   int i;
 457   double tmax = 0;
 458   new_sr = TRUE;
 459   sr_count++;
 460   for(i=0; i < NUM_THREADS; i++){
 461     if(time_thread_sr[i] > tmax)
 462       tmax = time_thread_sr[i];
 463   }
 464
 465   for(i=0; i < NUM_THREADS; i++){
 466     XBT_VERB("Time SR thread %u = %lf (max %lf)", i, time_thread_sr[i], tmax);
 467     time_wasted_sr += tmax - time_thread_sr[i];
 468   }
 469
 470   XBT_VERB("New scheduling round");
 471 }
 472 #else
 473
 474 /**
 475  * \brief Resumes sequentially all processes ready to run.
 476  */
 477 static void smx_ctx_raw_runall_serial(void)
 478 {
 479   if (!xbt_dynar_is_empty(simix_global->process_to_run)) {
 480     smx_process_t first_process =
 481         xbt_dynar_get_as(simix_global->process_to_run, 0, smx_process_t);
 482     raw_process_index = 1;
 483
 484     /* execute the first process */
 485     smx_ctx_raw_resume_serial(first_process);
 486   }
 487 }
 488 #endif
 489
 490 /**
 491  * \brief Stops a raw context.
 492  *
 493  * This function is called when the main function of the context if finished.
 494  *
 495  * \param context the context of the current worker thread
 496  */
 497 static void smx_ctx_raw_stop_parallel(smx_context_t context)
 498 {
 499   smx_ctx_base_stop(context);
 500   smx_ctx_raw_suspend_parallel(context);
 501 }
 502
 503 /**
 504  * \brief Suspends a running context and resumes another one or returns to
 505  * the main function of the current worker thread.
 506  * \param context the context of the current worker thread
 507  */
 508 static void smx_ctx_raw_suspend_parallel(smx_context_t context)
 509 {
 510 #ifdef CONTEXT_THREADS
 511   /* determine the next context */
 512   smx_process_t next_work = xbt_parmap_next(raw_parmap);
 513   smx_context_t next_context;
 514   raw_stack_t next_stack;
 515
 516   if (next_work != NULL) {
 517     /* there is a next process to resume */
 518     XBT_DEBUG("Run next process");
 519     next_context = next_work->context;
 520     next_stack = ((smx_ctx_raw_t) next_context)->stack_top;
 521   }
 522   else {
 523     /* all processes were run, go to the barrier */
 524     XBT_DEBUG("No more processes to run");
 525     next_context = (smx_context_t) raw_maestro_context;
 526     unsigned long worker_id =
 527         (unsigned long) xbt_os_thread_get_specific(raw_worker_id_key);
 528     XBT_DEBUG("Restoring worker stack %lu (working threads = %lu)",
 529         worker_id, raw_threads_working);
 530     next_stack = raw_workers_stacks[worker_id];
 531   }
 532
 533   SIMIX_context_set_current(next_context);
 534   raw_swapcontext(&((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top, next_stack);
 535 #endif
 536 }
 537
 538 /**
 539  * \brief Resumes sequentially in the current worker thread the processes ready
 540  * to run.
 541  * \param first_process the first process to resume
 542  */
 543 static void smx_ctx_raw_resume_parallel(smx_process_t first_process)
 544 {
 545 #ifdef CONTEXT_THREADS
 546   unsigned long worker_id = __sync_fetch_and_add(&raw_threads_working, 1);
 547   xbt_os_thread_set_specific(raw_worker_id_key, (void*) worker_id);
 548   XBT_DEBUG("Saving worker stack %lu", worker_id);
 549   raw_stack_t* worker_stack = &raw_workers_stacks[worker_id];
 550
 551   smx_context_t context = first_process->context;
 552   SIMIX_context_set_current(context);
 553   raw_swapcontext(worker_stack, ((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top);
 554 #endif
 555 }
 556
 557 /**
 558  * \brief Resumes in parallel all processes ready to run.
 559  */
 560 static void smx_ctx_raw_runall_parallel(void)
 561 {
 562 #ifdef CONTEXT_THREADS
 563   raw_threads_working = 0;
 564   xbt_parmap_apply(raw_parmap, (void_f_pvoid_t) smx_ctx_raw_resume_parallel,
 565       simix_global->process_to_run);
 566 #endif
 567 }
 568
 569 /**
 570  * \brief Resumes all processes ready to run.
 571  */
 572 static void smx_ctx_raw_runall(void)
 573 {
 574   unsigned long nb_processes = xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run);
 575   if (nb_processes >= SIMIX_context_get_parallel_threshold()) {
 576     XBT_DEBUG("Runall // %lu", nb_processes);
 577     simix_global->context_factory->suspend = smx_ctx_raw_suspend_parallel;
 578     smx_ctx_raw_runall_parallel();
 579   } else {
 580     XBT_DEBUG("Runall serial %lu", nb_processes);
 581     simix_global->context_factory->suspend = smx_ctx_raw_suspend_serial;
 582     smx_ctx_raw_runall_serial();
 583   }
 584 }