src/simix/smx_context_raw.c

   1 /* context_raw - fast context switching inspired from System V ucontextes   */
   2
   3 /* Copyright (c) 2009-2013. 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 "smx_private.h"
  10 #include "xbt/parmap.h"
  11 #include "mc/mc.h"
  12
  13 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
  14 #  include <valgrind/valgrind.h>
  15 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
  16
  17 typedef char * raw_stack_t;
  18 typedef void (*rawctx_entry_point_t)(void *);
  19
  20 typedef struct s_smx_ctx_raw {
  21   s_smx_ctx_base_t super;         /* Fields of super implementation */
  22   char *malloced_stack;           /* malloced area containing the stack */
  23   raw_stack_t stack_top;          /* pointer to stack top (within previous area) */
  24 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
  25   unsigned int valgrind_stack_id; /* the valgrind stack id */
  26 #endif
  27 #ifdef TIME_BENCH_PER_SR
  28   unsigned int thread;            /* Just for measuring purposes */
  29 #endif
  30 } s_smx_ctx_raw_t, *smx_ctx_raw_t;
  31
  32 #ifdef CONTEXT_THREADS
  33 static xbt_parmap_t raw_parmap;
  34 static smx_ctx_raw_t* raw_workers_context;    /* space to save the worker context in each thread */
  35 static unsigned long raw_threads_working;     /* number of threads that have started their work */
  36 static xbt_os_thread_key_t raw_worker_id_key; /* thread-specific storage for the thread id */
  37 #endif
  38
  39 static unsigned long raw_process_index = 0;   /* index of the next process to run in the
  40                                                * list of runnable processes */
  41 static smx_ctx_raw_t raw_maestro_context;
  42
  43 extern raw_stack_t raw_makecontext(char* malloced_stack, int stack_size,
  44                                    rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg);
  45 extern void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new);
  46
  47 #ifdef PROCESSOR_x86_64
  48 __asm__ (
  49 #if defined(APPLE)
  50    ".text\n"
  51    ".globl _raw_makecontext\n"
  52    "_raw_makecontext:\n"
  53 #elif defined(_WIN32)
  54    ".text\n"
  55    ".globl raw_makecontext\n"
  56    "raw_makecontext:\n"
  57 #else
  58    ".text\n"
  59    ".globl raw_makecontext\n"
  60    ".type raw_makecontext,@function\n"
  61    "raw_makecontext:\n"/* Calling convention sets the arguments in rdi, rsi, rdx and rcx, respectively */
  62 #endif
  63    "   mov %rdi,%rax\n"      /* stack */
  64    "   add %rsi,%rax\n"      /* size  */
  65    "   movq $0,   -8(%rax)\n" /* @return for func */
  66    "   mov %rdx,-16(%rax)\n" /* func */
  67    "   mov %rcx,-24(%rax)\n" /* arg/rdi */
  68    "   movq $0,  -32(%rax)\n" /* rsi */
  69    "   movq $0,  -40(%rax)\n" /* rdx */
  70    "   movq $0,  -48(%rax)\n" /* rcx */
  71    "   movq $0,  -56(%rax)\n" /* r8  */
  72    "   movq $0,  -64(%rax)\n" /* r9  */
  73    "   movq $0,  -72(%rax)\n" /* rbp */
  74    "   movq $0,  -80(%rax)\n" /* rbx */
  75    "   movq $0,  -88(%rax)\n" /* r12 */
  76    "   movq $0,  -96(%rax)\n" /* r13 */
  77    "   movq $0, -104(%rax)\n" /* r14 */
  78    "   movq $0, -112(%rax)\n" /* r15 */
  79    "   sub $112,%rax\n"
  80    "   ret\n"
  81 );
  82
  83 __asm__ (
  84 #if defined(APPLE)
  85    ".text\n"
  86    ".globl _raw_swapcontext\n"
  87    "_raw_swapcontext:\n"
  88 #elif defined(_WIN32)
  89    ".text\n"
  90    ".globl raw_swapcontext\n"
  91    "raw_swapcontext:\n"
  92 #else
  93    ".text\n"
  94    ".globl raw_swapcontext\n"
  95    ".type raw_swapcontext,@function\n"
  96    "raw_swapcontext:\n" /* Calling convention sets the arguments in rdi and rsi, respectively */
  97 #endif
  98    "   push %rdi\n"
  99    "   push %rsi\n"
 100    "   push %rdx\n"
 101    "   push %rcx\n"
 102    "   push %r8\n"
 103    "   push %r9\n"
 104    "   push %rbp\n"
 105    "   push %rbx\n"
 106    "   push %r12\n"
 107    "   push %r13\n"
 108    "   push %r14\n"
 109    "   push %r15\n"
 110    "   mov %rsp,(%rdi)\n" /* old */
 111    "   mov %rsi,%rsp\n" /* new */
 112    "   pop %r15\n"
 113    "   pop %r14\n"
 114    "   pop %r13\n"
 115    "   pop %r12\n"
 116    "   pop %rbx\n"
 117    "   pop %rbp\n"
 118    "   pop %r9\n"
 119    "   pop %r8\n"
 120    "   pop %rcx\n"
 121    "   pop %rdx\n"
 122    "   pop %rsi\n"
 123    "   pop %rdi\n"
 124    "   ret\n"
 125 );
 126 #elif PROCESSOR_i686
 127 __asm__ (
 128 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
 129    ".text\n"
 130    ".globl _raw_makecontext\n"
 131    "_raw_makecontext:\n"
 132 #else
 133    ".text\n"
 134    ".globl raw_makecontext\n"
 135    ".type raw_makecontext,@function\n"
 136    "raw_makecontext:\n"
 137 #endif
 138    "   movl 4(%esp),%eax\n"   /* stack */
 139    "   addl 8(%esp),%eax\n"   /* size  */
 140    "   movl 12(%esp),%ecx\n"  /* func  */
 141    "   movl 16(%esp),%edx\n"  /* arg   */
 142    "   movl %edx, -4(%eax)\n"
 143    "   movl $0,   -8(%eax)\n" /* @return for func */
 144    "   movl %ecx,-12(%eax)\n"
 145    "   movl $0,  -16(%eax)\n" /* ebp */
 146    "   movl $0,  -20(%eax)\n" /* ebx */
 147    "   movl $0,  -24(%eax)\n" /* esi */
 148    "   movl $0,  -28(%eax)\n" /* edi */
 149    "   subl $28,%eax\n"
 150    "   retl\n"
 151 );
 152
 153 __asm__ (
 154 #if defined(APPLE) || defined(_WIN32)
 155    ".text\n"
 156    ".globl _raw_swapcontext\n"
 157    "_raw_swapcontext:\n"
 158 #else
 159    ".text\n"
 160    ".globl raw_swapcontext\n"
 161    ".type raw_swapcontext,@function\n"
 162    "raw_swapcontext:\n"
 163 #endif
 164    "   movl 4(%esp),%eax\n" /* old */
 165    "   movl 8(%esp),%edx\n" /* new */
 166    "   pushl %ebp\n"
 167    "   pushl %ebx\n"
 168    "   pushl %esi\n"
 169    "   pushl %edi\n"
 170    "   movl %esp,(%eax)\n"
 171    "   movl %edx,%esp\n"
 172    "   popl %edi\n"
 173    "   popl %esi\n"
 174    "   popl %ebx\n"
 175    "   popl %ebp\n"
 176    "   retl\n"
 177 );
 178 #else
 179
 180
 181 /* If you implement raw contexts for other processors, don't forget to
 182    update the definition of HAVE_RAWCTX in buildtools/Cmake/CompleteInFiles.cmake */
 183
 184 raw_stack_t raw_makecontext(char* malloced_stack, int stack_size,
 185                             rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg) {
 186    THROW_UNIMPLEMENTED;
 187 }
 188
 189 void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new) {
 190    THROW_UNIMPLEMENTED;
 191 }
 192
 193 #endif
 194
 195 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(simix_context);
 196
 197 #ifdef TIME_BENCH_PER_SR
 198 #include "xbt/xbt_os_time.h"
 199 #define NUM_THREADS 4
 200 static xbt_os_timer_t timer;
 201 static double time_thread_sr[NUM_THREADS];
 202 static double time_thread_ssr[NUM_THREADS];
 203 static double time_wasted_sr = 0;
 204 static double time_wasted_ssr = 0;
 205 static unsigned int sr_count = 0;
 206 static unsigned int ssr_count = 0;
 207 static char new_sr = 0;
 208 #endif
 209
 210 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context);
 211 static int smx_ctx_raw_factory_finalize(smx_context_factory_t *factory);
 212 static smx_context_t smx_ctx_raw_create_context(xbt_main_func_t code, int argc,
 213     char **argv, void_pfn_smxprocess_t cleanup_func, void *data);
 214 static void smx_ctx_raw_free(smx_context_t context);
 215 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context);
 216 static void smx_ctx_raw_stop(smx_context_t context);
 217 static void smx_ctx_raw_suspend_serial(smx_context_t context);
 218 static void smx_ctx_raw_resume_serial(smx_process_t first_process);
 219 static void smx_ctx_raw_runall_serial(void);
 220 static void smx_ctx_raw_suspend_parallel(smx_context_t context);
 221 static void smx_ctx_raw_resume_parallel(smx_process_t first_process);
 222 static void smx_ctx_raw_runall_parallel(void);
 223 static void smx_ctx_raw_runall(void);
 224
 225 /**
 226  * \brief Initializes the raw context factory.
 227  * \param factory where to initialize the factory
 228  */
 229 void SIMIX_ctx_raw_factory_init(smx_context_factory_t *factory)
 230 {
 231
 232   XBT_VERB("Using raw contexts. Because the glibc is just not good enough for us.");
 233   smx_ctx_base_factory_init(factory);
 234
 235   (*factory)->finalize  = smx_ctx_raw_factory_finalize;
 236   (*factory)->create_context = smx_ctx_raw_create_context;
 237   /* Do not overload that method (*factory)->finalize */
 238   (*factory)->free = smx_ctx_raw_free;
 239   (*factory)->stop = smx_ctx_raw_stop;
 240   (*factory)->name = "smx_raw_context_factory";
 241
 242   if (SIMIX_context_is_parallel()) {
 243 #ifdef CONTEXT_THREADS
 244     int nthreads = SIMIX_context_get_nthreads();
 245     xbt_os_thread_key_create(&raw_worker_id_key);
 246     raw_parmap = xbt_parmap_new(nthreads, SIMIX_context_get_parallel_mode());
 247     raw_workers_context = xbt_new(smx_ctx_raw_t, nthreads);
 248     raw_maestro_context=NULL;
 249
 250 #endif
 251     if (SIMIX_context_get_parallel_threshold() > 1) {
 252       /* choose dynamically */
 253       (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall;
 254       (*factory)->suspend = NULL;
 255     }
 256     else {
 257       /* always parallel */
 258       (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall_parallel;
 259       (*factory)->suspend = smx_ctx_raw_suspend_parallel;
 260     }
 261   }
 262   else {
 263     /* always serial */
 264     (*factory)->runall = smx_ctx_raw_runall_serial;
 265     (*factory)->suspend = smx_ctx_raw_suspend_serial;
 266   }
 267 #ifdef TIME_BENCH_PER_SR
 268   timer = xbt_os_timer_new();
 269 #endif
 270 }
 271
 272 /**
 273  * \brief Finalizes the raw context factory.
 274  * \param factory the raw context factory
 275  */
 276 static int smx_ctx_raw_factory_finalize(smx_context_factory_t *factory)
 277 {
 278 #ifdef TIME_BENCH_PER_SR
 279   XBT_CRITICAL("Total wasted time in %u SR: %lf", sr_count, time_wasted_sr);
 280   XBT_CRITICAL("Total wasted time in %u SSR: %lf", ssr_count, time_wasted_ssr);
 281 #endif
 282
 283 #ifdef CONTEXT_THREADS
 284   if (raw_parmap)
 285     xbt_parmap_destroy(raw_parmap);
 286   xbt_free(raw_workers_context);
 287 #endif
 288   return smx_ctx_base_factory_finalize(factory);
 289 }
 290
 291 /**
 292  * \brief Creates a new raw context.
 293  * \param code main function of this context or NULL to create the maestro
 294  * context
 295  * \param argc argument number
 296  * \param argv arguments to pass to the main function
 297  * \param cleanup_func a function to call to free the user data when the
 298  * context finished
 299  * \param data user data
 300  */
 301 static smx_context_t
 302 smx_ctx_raw_create_context(xbt_main_func_t code, int argc, char **argv,
 303     void_pfn_smxprocess_t cleanup_func,
 304     void *data)
 305 {
 306
 307   smx_ctx_raw_t context =
 308       (smx_ctx_raw_t) smx_ctx_base_factory_create_context_sized(
 309           sizeof(s_smx_ctx_raw_t),
 310           code,
 311           argc,
 312           argv,
 313           cleanup_func,
 314           data);
 315
 316   /* if the user provided a function for the process then use it,
 317      otherwise it is the context for maestro */
 318      if (code) {
 319        context->malloced_stack = xbt_malloc0(smx_context_stack_size);
 320        context->stack_top =
 321            raw_makecontext(context->malloced_stack, smx_context_stack_size,
 322                (void_f_pvoid_t) smx_ctx_raw_wrapper, context);
 323
 324 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
 325        context->valgrind_stack_id =
 326            VALGRIND_STACK_REGISTER(context->malloced_stack,
 327                context->malloced_stack + smx_context_stack_size);
 328 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
 329
 330      } else {
 331        if(data != NULL && raw_maestro_context==NULL)
 332          raw_maestro_context = context;
 333
 334        if(MC_is_active())
 335          MC_ignore_heap(&(raw_maestro_context->stack_top), sizeof(raw_maestro_context->stack_top));
 336
 337      }
 338
 339      return (smx_context_t) context;
 340 }
 341
 342 /**
 343  * \brief Destroys a raw context.
 344  * \param context a raw context
 345  */
 346 static void smx_ctx_raw_free(smx_context_t context)
 347 {
 348   if (context) {
 349
 350 #ifdef HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H
 351     VALGRIND_STACK_DEREGISTER(((smx_ctx_raw_t)
 352         context)->valgrind_stack_id);
 353 #endif                          /* HAVE_VALGRIND_VALGRIND_H */
 354
 355     free(((smx_ctx_raw_t) context)->malloced_stack);
 356   }
 357   smx_ctx_base_free(context);
 358 }
 359
 360 /**
 361  * \brief Wrapper for the main function of a context.
 362  * \param context a raw context
 363  */
 364 static void smx_ctx_raw_wrapper(smx_ctx_raw_t context)
 365 {
 366   (context->super.code) (context->super.argc, context->super.argv);
 367
 368   smx_ctx_raw_stop((smx_context_t) context);
 369 }
 370
 371 /**
 372  * \brief Stops a raw context.
 373  *
 374  * This function is called when the main function of the context if finished.
 375  *
 376  * \param context the current context
 377  */
 378 static void smx_ctx_raw_stop(smx_context_t context)
 379 {
 380   smx_ctx_base_stop(context);
 381   simix_global->context_factory->suspend(context);
 382 }
 383
 384 /**
 385  * \brief Suspends a running context and resumes another one or returns to
 386  * maestro.
 387  * \param context the current context
 388  */
 389 static void smx_ctx_raw_suspend_serial(smx_context_t context)
 390 {
 391   /* determine the next context */
 392   smx_context_t next_context;
 393   unsigned long int i = raw_process_index++;
 394
 395   if (i < xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run)) {
 396     /* execute the next process */
 397     XBT_DEBUG("Run next process");
 398     next_context = xbt_dynar_get_as(
 399         simix_global->process_to_run, i, smx_process_t)->context;
 400   }
 401   else {
 402     /* all processes were run, return to maestro */
 403     XBT_DEBUG("No more process to run");
 404     next_context = (smx_context_t) raw_maestro_context;
 405   }
 406   SIMIX_context_set_current(next_context);
 407   raw_swapcontext(&((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top,
 408       ((smx_ctx_raw_t) next_context)->stack_top);
 409 }
 410
 411 /**
 412  * \brief Resumes sequentially all processes ready to run.
 413  * \param first_process the first process to resume
 414  */
 415 static void smx_ctx_raw_resume_serial(smx_process_t first_process)
 416 {
 417   smx_ctx_raw_t context = (smx_ctx_raw_t) first_process->context;
 418   SIMIX_context_set_current((smx_context_t) context);
 419   raw_swapcontext(&raw_maestro_context->stack_top,
 420       ((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top);
 421 }
 422
 423 #ifdef TIME_BENCH_PER_SR
 424 static void smx_ctx_raw_runall_serial(xbt_dynar_t processes)
 425 {
 426   smx_process_t process;
 427   unsigned int cursor;
 428
 429   double elapsed = 0;
 430   double tmax = 0;
 431   unsigned long num_proc = xbt_dynar_length(processes);
 432   unsigned int t=0;
 433   unsigned int data_size = (num_proc / NUM_THREADS) + ((num_proc % NUM_THREADS) ? 1 : 0);
 434
 435   ssr_count++;
 436   time_thread_ssr[0] = 0;
 437   xbt_dynar_foreach(processes, cursor, process) {
 438     XBT_DEBUG("Schedule item %u of %lu",cursor,xbt_dynar_length(processes));
 439     if(cursor >= t * data_size + data_size){
 440       if(time_thread_ssr[t] > tmax)
 441         tmax = time_thread_ssr[t];
 442       t++;
 443       time_thread_ssr[t] = 0;
 444     }
 445
 446     if(new_sr){
 447       ((smx_ctx_raw_t)process->context)->thread = t;
 448       time_thread_sr[t] = 0;
 449     }
 450
 451     xbt_os_cputimer_start(timer);
 452     smx_ctx_raw_resume(process);
 453     xbt_os_cputimer_stop(timer);
 454     elapsed = xbt_os_timer_elapsed(timer);
 455     time_thread_ssr[t] += elapsed;
 456     time_thread_sr[((smx_ctx_raw_t)process->context)->thread] += elapsed;
 457   }
 458
 459   if(new_sr)
 460     new_sr = FALSE;
 461
 462   if(time_thread_ssr[t] > tmax)
 463     tmax = time_thread_ssr[t];
 464
 465   for(cursor=0; cursor <= t; cursor++){
 466     XBT_VERB("Time SSR thread %u = %lf (max %lf)", cursor, time_thread_ssr[cursor], tmax);
 467     time_wasted_ssr += tmax - time_thread_ssr[cursor];
 468   }
 469 }
 470
 471 void smx_ctx_raw_new_sr(void);
 472 void smx_ctx_raw_new_sr(void)
 473 {
 474   int i;
 475   double tmax = 0;
 476   new_sr = TRUE;
 477   sr_count++;
 478   for(i=0; i < NUM_THREADS; i++){
 479     if(time_thread_sr[i] > tmax)
 480       tmax = time_thread_sr[i];
 481   }
 482
 483   for(i=0; i < NUM_THREADS; i++){
 484     XBT_VERB("Time SR thread %u = %lf (max %lf)", i, time_thread_sr[i], tmax);
 485     time_wasted_sr += tmax - time_thread_sr[i];
 486   }
 487
 488   XBT_VERB("New scheduling round");
 489 }
 490 #else
 491
 492 /**
 493  * \brief Resumes sequentially all processes ready to run.
 494  */
 495 static void smx_ctx_raw_runall_serial(void)
 496 {
 497   smx_process_t first_process =
 498       xbt_dynar_get_as(simix_global->process_to_run, 0, smx_process_t);
 499   raw_process_index = 1;
 500
 501   /* execute the first process */
 502   smx_ctx_raw_resume_serial(first_process);
 503 }
 504 #endif
 505
 506 /**
 507  * \brief Suspends a running context and resumes another one or returns to
 508  * the main function of the current worker thread.
 509  * \param context the context of the current worker thread
 510  */
 511 static void smx_ctx_raw_suspend_parallel(smx_context_t context)
 512 {
 513 #ifdef CONTEXT_THREADS
 514   /* determine the next context */
 515   smx_process_t next_work = xbt_parmap_next(raw_parmap);
 516   smx_context_t next_context;
 517   raw_stack_t next_stack;
 518
 519   if (next_work != NULL) {
 520     /* there is a next process to resume */
 521     XBT_DEBUG("Run next process");
 522     next_context = next_work->context;
 523     next_stack = ((smx_ctx_raw_t) next_context)->stack_top;
 524   }
 525   else {
 526     /* all processes were run, go to the barrier */
 527     XBT_DEBUG("No more processes to run");
 528
 529     unsigned long worker_id =
 530         (unsigned long) xbt_os_thread_get_specific(raw_worker_id_key);
 531
 532     next_context = (smx_context_t)raw_workers_context[worker_id];
 533     XBT_DEBUG("Restoring worker stack %lu (working threads = %lu)",
 534         worker_id, raw_threads_working);
 535     next_stack = ((smx_ctx_raw_t)next_context)->stack_top;
 536   }
 537
 538   SIMIX_context_set_current(next_context);
 539   raw_swapcontext(&((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top, next_stack);
 540 #endif
 541 }
 542
 543 /**
 544  * \brief Resumes sequentially in the current worker thread the processes ready
 545  * to run.
 546  * \param first_process the first process to resume
 547  */
 548 static void smx_ctx_raw_resume_parallel(smx_process_t first_process)
 549 {
 550 #ifdef CONTEXT_THREADS
 551   unsigned long worker_id = __sync_fetch_and_add(&raw_threads_working, 1);
 552   xbt_os_thread_set_specific(raw_worker_id_key, (void*) worker_id);
 553   smx_ctx_raw_t worker_context = (smx_ctx_raw_t)SIMIX_context_self();
 554   raw_workers_context[worker_id] = worker_context;
 555   XBT_DEBUG("Saving worker stack %lu", worker_id);
 556   raw_stack_t* worker_stack = &(worker_context)->stack_top;
 557
 558
 559   smx_context_t context = first_process->context;
 560   SIMIX_context_set_current(context);
 561   raw_swapcontext(worker_stack, ((smx_ctx_raw_t) context)->stack_top);
 562 #endif
 563 }
 564
 565 /**
 566  * \brief Resumes in parallel all processes ready to run.
 567  */
 568 static void smx_ctx_raw_runall_parallel(void)
 569 {
 570 #ifdef CONTEXT_THREADS
 571   raw_threads_working = 0;
 572   xbt_parmap_apply(raw_parmap, (void_f_pvoid_t) smx_ctx_raw_resume_parallel,
 573       simix_global->process_to_run);
 574 #else
 575   xbt_die("You asked for a parallel execution, but you don't have any threads.")
 576 #endif
 577 }
 578
 579 /**
 580  * \brief Resumes all processes ready to run.
 581  */
 582 static void smx_ctx_raw_runall(void)
 583 {
 584   unsigned long nb_processes = xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run);
 585   if (nb_processes >= SIMIX_context_get_parallel_threshold()) {
 586     XBT_DEBUG("Runall // %lu", nb_processes);
 587     simix_global->context_factory->suspend = smx_ctx_raw_suspend_parallel;
 588     smx_ctx_raw_runall_parallel();
 589   } else {
 590     XBT_DEBUG("Runall serial %lu", nb_processes);
 591     simix_global->context_factory->suspend = smx_ctx_raw_suspend_serial;
 592     smx_ctx_raw_runall_serial();
 593   }
 594 }