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 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
  15 #include "src/mc/sosp/RemoteProcessMemory.hpp"
  16 #endif
  17 #if HAVE_SMPI
  18 #include "src/smpi/include/private.hpp"
  19 #endif
  20 #include "src/sthread/sthread.h"
  21 #include "src/xbt/coverage.h"
  22 #include "xbt/str.h"
  23 #include <simgrid/modelchecker.h>
  24
  25 #include <cerrno>
  26 #include <cstdio> // setvbuf
  27 #include <cstdlib>
  28 #include <memory>
  29 #include <numeric>
  30 #include <sys/ptrace.h>
  31 #include <sys/socket.h>
  32 #include <sys/types.h>
  33 #include <sys/un.h>
  34 #include <sys/wait.h>
  35
  36 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_client, mc, "MC client logic");
  37 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(mc_global);
  38
  39 namespace simgrid::mc {
  40
  41 std::unique_ptr<AppSide> AppSide::instance_;
  42
  43 AppSide* AppSide::get()
  44 {
  45   // Only initialize the MC world once
  46   if (instance_ != nullptr)
  47     return instance_.get();
  48
  49   if (std::getenv(MC_ENV_SOCKET_FD) == nullptr) // We are not in MC mode: don't initialize the MC world
  50     return nullptr;
  51
  52   XBT_DEBUG("Initialize the MC world. MC_NEED_PTRACE=%s", std::getenv("MC_NEED_PTRACE"));
  53
  54   simgrid::mc::set_model_checking_mode(ModelCheckingMode::APP_SIDE);
  55
  56   setvbuf(stdout, nullptr, _IOLBF, 0);
  57
  58   // Fetch socket from MC_ENV_SOCKET_FD:
  59   const char* fd_env = std::getenv(MC_ENV_SOCKET_FD);
  60   int fd             = xbt_str_parse_int(fd_env, "Not a number in variable '" MC_ENV_SOCKET_FD "'");
  61   XBT_DEBUG("Model-checked application found socket FD %i", fd);
  62
  63   // Check the socket type/validity:
  64   int type;
  65   socklen_t socklen = sizeof(type);
  66   xbt_assert(getsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_TYPE, &type, &socklen) == 0, "Could not check socket type");
  67   xbt_assert(type == SOCK_SEQPACKET, "Unexpected socket type %i", type);
  68   XBT_DEBUG("Model-checked application found expected socket type");
  69
  70   instance_ = std::make_unique<simgrid::mc::AppSide>(fd);
  71
  72   // Wait for the model-checker:
  73   if (getenv("MC_NEED_PTRACE") != nullptr) {
  74     errno = 0;
  75 #if defined __linux__
  76     ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, nullptr, nullptr);
  77 #elif defined BSD
  78     ptrace(PT_TRACE_ME, 0, nullptr, 0);
  79 #else
  80     xbt_die("no ptrace equivalent coded for this platform, please don't use the liveness checker here.");
  81 #endif
  82
  83     xbt_assert(errno == 0 && raise(SIGSTOP) == 0, "Could not wait for the model-checker (errno = %d: %s)", errno,
  84                strerror(errno));
  85   }
  86
  87   instance_->handle_messages();
  88   return instance_.get();
  89 }
  90
  91 void AppSide::handle_deadlock_check(const s_mc_message_t*) const
  92 {
  93   const auto* engine     = kernel::EngineImpl::get_instance();
  94   const auto& actor_list = engine->get_actor_list();
  95   bool deadlock = not actor_list.empty() && std::none_of(begin(actor_list), end(actor_list), [](const auto& kv) {
  96     return mc::actor_is_enabled(kv.second);
  97   });
  98
  99   if (deadlock) {
 100     XBT_CINFO(mc_global, "**************************");
 101     XBT_CINFO(mc_global, "*** DEADLOCK DETECTED ***");
 102     XBT_CINFO(mc_global, "**************************");
 103     engine->display_all_actor_status();
 104   }
 105   // Send result:
 106   s_mc_message_int_t answer = {};
 107   answer.type  = MessageType::DEADLOCK_CHECK_REPLY;
 108   answer.value = deadlock;
 109   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 110 }
 111 void AppSide::handle_simcall_execute(const s_mc_message_simcall_execute_t* message) const
 112 {
 113   kernel::actor::ActorImpl* actor = kernel::EngineImpl::get_instance()->get_actor_by_pid(message->aid_);
 114   xbt_assert(actor != nullptr, "Invalid pid %ld", message->aid_);
 115
 116   // The client may send some messages to the server while processing the transition
 117   actor->simcall_handle(message->times_considered_);
 118   // Say the server that the transition is over and that it should proceed
 119   xbt_assert(channel_.send(MessageType::WAITING) == 0, "Could not send MESSAGE_WAITING to model-checker");
 120
 121   // Finish the RPC from the server: return a serialized observer, to build a Transition on Checker side
 122   s_mc_message_simcall_execute_answer_t answer = {};
 123   answer.type                                  = MessageType::SIMCALL_EXECUTE_REPLY;
 124   std::stringstream stream;
 125   if (actor->simcall_.observer_ != nullptr) {
 126     actor->simcall_.observer_->serialize(stream);
 127   } else {
 128     stream << (short)mc::Transition::Type::UNKNOWN;
 129   }
 130   std::string str = stream.str();
 131   xbt_assert(str.size() + 1 <= answer.buffer.size(),
 132              "The serialized simcall is too large for the buffer. Please fix the code.");
 133   strncpy(answer.buffer.data(), str.c_str(), answer.buffer.size() - 1);
 134   answer.buffer.back() = '\0';
 135
 136   XBT_DEBUG("send SIMCALL_EXECUTE_ANSWER(%s) ~> '%s'", actor->get_cname(), str.c_str());
 137   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 138 }
 139
 140 void AppSide::handle_finalize(const s_mc_message_int_t* msg) const
 141 {
 142   bool terminate_asap = msg->value;
 143   XBT_DEBUG("Finalize (terminate = %d)", (int)terminate_asap);
 144   if (not terminate_asap) {
 145     if (XBT_LOG_ISENABLED(mc_client, xbt_log_priority_debug))
 146       kernel::EngineImpl::get_instance()->display_all_actor_status();
 147 #if HAVE_SMPI
 148     XBT_DEBUG("Smpi_enabled: %d", SMPI_is_inited());
 149     if (SMPI_is_inited())
 150       SMPI_finalize();
 151 #endif
 152   }
 153   coverage_checkpoint();
 154   xbt_assert(channel_.send(MessageType::FINALIZE_REPLY) == 0, "Could not answer to FINALIZE");
 155   std::fflush(stdout);
 156   if (terminate_asap)
 157     ::_Exit(0);
 158 }
 159 void AppSide::handle_fork(const s_mc_message_int_t* msg)
 160 {
 161   int pid = fork();
 162   xbt_assert(pid >= 0, "Could not fork application sub-process: %s.", strerror(errno));
 163
 164   if (pid == 0) { // Child
 165     int sock = socket(AF_LOCAL, SOCK_SEQPACKET | SOCK_CLOEXEC, 0);
 166
 167     struct sockaddr_un addr = {};
 168     addr.sun_family         = AF_LOCAL;
 169     snprintf(addr.sun_path, 64, "/tmp/simgrid-mc-%lu", msg->value);
 170     auto addr_size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(addr.sun_path);
 171
 172     xbt_assert(connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, addr_size) >= 0,
 173                "Cannot connect to Checker on /tmp/simgrid-mc-%lu: %s.", msg->value, strerror(errno));
 174
 175     channel_.reset_socket(sock);
 176
 177     s_mc_message_int_t answer = {};
 178     answer.type               = MessageType::FORK_REPLY;
 179     answer.value              = getpid();
 180     xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response to WAIT_CHILD_REPLY: %s", strerror(errno));
 181   } else {
 182     XBT_DEBUG("App %d forks subprocess %d.", getpid(), pid);
 183   }
 184 }
 185 void AppSide::handle_wait_child(const s_mc_message_int_t* msg)
 186 {
 187   int status;
 188   errno = 0;
 189   waitpid(msg->value, &status, 0);
 190   xbt_assert(errno == 0, "Cannot wait on behalf of the checker: %s.", strerror(errno));
 191
 192   s_mc_message_int_t answer = {};
 193   answer.type               = MessageType::WAIT_CHILD_REPLY;
 194   answer.value              = status;
 195   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response to WAIT_CHILD: %s", strerror(errno));
 196 }
 197 void AppSide::handle_need_meminfo()
 198 {
 199 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 200   this->need_memory_info_                  = true;
 201   s_mc_message_need_meminfo_reply_t answer = {};
 202   answer.type                              = MessageType::NEED_MEMINFO_REPLY;
 203   answer.mmalloc_default_mdp               = mmalloc_get_current_heap();
 204   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response to the request for meminfo.");
 205 #else
 206   xbt_die("SimGrid was compiled without MC suppport, so liveness and similar features are not available.");
 207 #endif
 208 }
 209 void AppSide::handle_actors_status() const
 210 {
 211   auto const& actor_list = kernel::EngineImpl::get_instance()->get_actor_list();
 212   XBT_DEBUG("Serialize the actors to answer ACTORS_STATUS from the checker. %zu actors to go.", actor_list.size());
 213
 214   std::vector<s_mc_message_actors_status_one_t> status;
 215   for (auto const& [aid, actor] : actor_list) {
 216     s_mc_message_actors_status_one_t one = {};
 217     one.type                             = MessageType::ACTORS_STATUS_REPLY_TRANSITION;
 218     one.aid                              = aid;
 219     one.enabled                          = mc::actor_is_enabled(actor);
 220     one.max_considered                   = actor->simcall_.observer_->get_max_consider();
 221     status.push_back(one);
 222   }
 223
 224   struct s_mc_message_actors_status_answer_t answer = {};
 225   answer.type                                       = MessageType::ACTORS_STATUS_REPLY_COUNT;
 226   answer.count                                      = static_cast<int>(status.size());
 227
 228   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send ACTORS_STATUS_REPLY msg");
 229   if (answer.count > 0) {
 230     size_t size = status.size() * sizeof(s_mc_message_actors_status_one_t);
 231     xbt_assert(channel_.send(status.data(), size) == 0, "Could not send ACTORS_STATUS_REPLY data");
 232   }
 233
 234   // Serialize each transition to describe what each actor is doing
 235   XBT_DEBUG("Deliver ACTOR_TRANSITION_PROBE payload");
 236   for (const auto& actor_status : status) {
 237     if (not actor_status.enabled)
 238       continue;
 239
 240     const auto& actor        = actor_list.at(actor_status.aid);
 241     const int max_considered = actor_status.max_considered;
 242
 243     for (int times_considered = 0; times_considered < max_considered; times_considered++) {
 244       std::stringstream stream;
 245       s_mc_message_simcall_probe_one_t probe;
 246       probe.type = MessageType::ACTORS_STATUS_REPLY_SIMCALL;
 247
 248       if (actor->simcall_.observer_ != nullptr) {
 249         actor->simcall_.observer_->prepare(times_considered);
 250         actor->simcall_.observer_->serialize(stream);
 251       } else {
 252         stream << (short)mc::Transition::Type::UNKNOWN;
 253       }
 254
 255       std::string str = stream.str();
 256       xbt_assert(str.size() + 1 <= probe.buffer.size(),
 257                  "The serialized transition is too large for the buffer. Please fix the code.");
 258       strncpy(probe.buffer.data(), str.c_str(), probe.buffer.size() - 1);
 259       probe.buffer.back() = '\0';
 260
 261       xbt_assert(channel_.send(probe) == 0, "Could not send ACTOR_TRANSITION_PROBE payload");
 262     }
 263     // NOTE: We do NOT need to reset `times_considered` for each actor's
 264     // simcall observer here to the "original" value (i.e. the value BEFORE
 265     // multiple prepare() calls were made for serialization purposes) since
 266     // each SIMCALL_EXECUTE provides a `times_considered` to be used to prepare
 267     // the transition before execution.
 268   }
 269 }
 270 void AppSide::handle_actors_maxpid() const
 271 {
 272   s_mc_message_int_t answer = {};
 273   answer.type               = MessageType::ACTORS_MAXPID_REPLY;
 274   answer.value              = kernel::actor::ActorImpl::get_maxpid();
 275   xbt_assert(channel_.send(answer) == 0, "Could not send response");
 276 }
 277
 278 #define assert_msg_size(_name_, _type_)                                                                                \
 279   xbt_assert(received_size == sizeof(_type_), "Unexpected size for " _name_ " (%zd != %zu)", received_size,            \
 280              sizeof(_type_))
 281
 282 void AppSide::handle_messages()
 283 {
 284   while (true) { // Until we get a CONTINUE message
 285     XBT_DEBUG("Waiting messages from the model-checker");
 286
 287     std::array<char, MC_MESSAGE_LENGTH> message_buffer;
 288     ssize_t received_size = channel_.receive(message_buffer.data(), message_buffer.size());
 289
 290     if (received_size == 0) {
 291       XBT_DEBUG("Socket closed on the Checker side, bailing out.");
 292       ::_Exit(0); // Nobody's listening to that process anymore => exit as quickly as possible.
 293     }
 294     xbt_assert(received_size >= 0, "Could not receive commands from the model-checker");
 295     xbt_assert(static_cast<size_t>(received_size) >= sizeof(s_mc_message_t), "Cannot handle short message (size=%zd)",
 296                received_size);
 297
 298     const s_mc_message_t* message = (s_mc_message_t*)message_buffer.data();
 299     switch (message->type) {
 300       case MessageType::CONTINUE:
 301         assert_msg_size("MESSAGE_CONTINUE", s_mc_message_t);
 302         return;
 303
 304       case MessageType::DEADLOCK_CHECK:
 305         assert_msg_size("DEADLOCK_CHECK", s_mc_message_t);
 306         handle_deadlock_check(message);
 307         break;
 308
 309       case MessageType::SIMCALL_EXECUTE:
 310         assert_msg_size("SIMCALL_EXECUTE", s_mc_message_simcall_execute_t);
 311         handle_simcall_execute((s_mc_message_simcall_execute_t*)message_buffer.data());
 312         break;
 313
 314       case MessageType::FINALIZE:
 315         assert_msg_size("FINALIZE", s_mc_message_int_t);
 316         handle_finalize((s_mc_message_int_t*)message_buffer.data());
 317         break;
 318
 319       case MessageType::FORK:
 320         assert_msg_size("FORK", s_mc_message_int_t);
 321         handle_fork((s_mc_message_int_t*)message_buffer.data());
 322         break;
 323
 324       case MessageType::WAIT_CHILD:
 325         assert_msg_size("WAIT_CHILD", s_mc_message_int_t);
 326         handle_wait_child((s_mc_message_int_t*)message_buffer.data());
 327         break;
 328
 329       case MessageType::NEED_MEMINFO:
 330         assert_msg_size("NEED_MEMINFO", s_mc_message_t);
 331         handle_need_meminfo();
 332         break;
 333
 334       case MessageType::ACTORS_STATUS:
 335         assert_msg_size("ACTORS_STATUS", s_mc_message_t);
 336         handle_actors_status();
 337         break;
 338
 339       case MessageType::ACTORS_MAXPID:
 340         assert_msg_size("ACTORS_MAXPID", s_mc_message_t);
 341         handle_actors_maxpid();
 342         break;
 343
 344       default:
 345         xbt_die("Received unexpected message %s (%i)", to_c_str(message->type), static_cast<int>(message->type));
 346         break;
 347     }
 348   }
 349 }
 350
 351 void AppSide::main_loop()
 352 {
 353   simgrid::mc::processes_time.resize(simgrid::kernel::actor::ActorImpl::get_maxpid());
 354   MC_ignore_heap(simgrid::mc::processes_time.data(),
 355                  simgrid::mc::processes_time.size() * sizeof(simgrid::mc::processes_time[0]));
 356
 357   sthread_disable();
 358   coverage_checkpoint();
 359   sthread_enable();
 360   while (true) {
 361     simgrid::mc::execute_actors();
 362     xbt_assert(channel_.send(MessageType::WAITING) == 0, "Could not send WAITING message to model-checker");
 363     this->handle_messages();
 364   }
 365 }
 366
 367 void AppSide::report_assertion_failure()
 368 {
 369   xbt_assert(channel_.send(MessageType::ASSERTION_FAILED) == 0, "Could not send assertion to model-checker");
 370   this->handle_messages();
 371 }
 372
 373 void AppSide::ignore_memory(void* addr, std::size_t size) const
 374 {
 375   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 376     return;
 377
 378 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 379   s_mc_message_ignore_memory_t message = {};
 380   message.type = MessageType::IGNORE_MEMORY;
 381   message.addr = (std::uintptr_t)addr;
 382   message.size = size;
 383   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send IGNORE_MEMORY message to model-checker");
 384 #else
 385   xbt_die("Cannot really call ignore_heap() in non-SIMGRID_MC mode.");
 386 #endif
 387 }
 388
 389 void AppSide::ignore_heap(void* address, std::size_t size) const
 390 {
 391   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 392     return;
 393
 394 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 395   const s_xbt_mheap_t* heap = mmalloc_get_current_heap();
 396
 397   s_mc_message_ignore_heap_t message = {};
 398   message.type    = MessageType::IGNORE_HEAP;
 399   message.address = address;
 400   message.size    = size;
 401   message.block   = ((char*)address - (char*)heap->heapbase) / BLOCKSIZE + 1;
 402   if (heap->heapinfo[message.block].type == 0) {
 403     message.fragment = -1;
 404     heap->heapinfo[message.block].busy_block.ignore++;
 405   } else {
 406     message.fragment = (ADDR2UINT(address) % BLOCKSIZE) >> heap->heapinfo[message.block].type;
 407     heap->heapinfo[message.block].busy_frag.ignore[message.fragment]++;
 408   }
 409
 410   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send ignored region to MCer");
 411 #else
 412   xbt_die("Cannot really call ignore_heap() in non-SIMGRID_MC mode.");
 413 #endif
 414 }
 415
 416 void AppSide::unignore_heap(void* address, std::size_t size) const
 417 {
 418   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 419     return;
 420
 421 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 422   s_mc_message_ignore_memory_t message = {};
 423   message.type = MessageType::UNIGNORE_HEAP;
 424   message.addr = (std::uintptr_t)address;
 425   message.size = size;
 426   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send IGNORE_HEAP message to model-checker");
 427 #else
 428   xbt_die("Cannot really call unignore_heap() in non-SIMGRID_MC mode.");
 429 #endif
 430 }
 431
 432 void AppSide::declare_symbol(const char* name, int* value) const
 433 {
 434   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_) {
 435     XBT_CRITICAL("Ignore AppSide::declare_symbol(%s)", name);
 436     return;
 437   }
 438
 439 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 440   s_mc_message_register_symbol_t message = {};
 441   message.type = MessageType::REGISTER_SYMBOL;
 442   xbt_assert(strlen(name) + 1 <= message.name.size(), "Symbol is too long");
 443   strncpy(message.name.data(), name, message.name.size() - 1);
 444   message.callback = nullptr;
 445   message.data     = value;
 446   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could send REGISTER_SYMBOL message to model-checker");
 447 #else
 448   xbt_die("Cannot really call declare_symbol() in non-SIMGRID_MC mode.");
 449 #endif
 450 }
 451
 452 /** Register a stack in the model checker
 453  *
 454  *  The stacks are allocated in the heap. The MC handle them specifically
 455  *  when we analyze/compare the content of the heap so it must be told where
 456  *  they are with this function.
 457  */
 458 void AppSide::declare_stack(void* stack, size_t size, ucontext_t* context) const
 459 {
 460   if (not MC_is_active() || not need_memory_info_)
 461     return;
 462
 463 #if SIMGRID_HAVE_STATEFUL_MC
 464   const s_xbt_mheap_t* heap = mmalloc_get_current_heap();
 465
 466   s_stack_region_t region = {};
 467   region.address = stack;
 468   region.context = context;
 469   region.size    = size;
 470   region.block   = ((char*)stack - (char*)heap->heapbase) / BLOCKSIZE + 1;
 471
 472   s_mc_message_stack_region_t message = {};
 473   message.type         = MessageType::STACK_REGION;
 474   message.stack_region = region;
 475   xbt_assert(channel_.send(message) == 0, "Could not send STACK_REGION to model-checker");
 476 #else
 477   xbt_die("Cannot really call declare_stack() in non-SIMGRID_MC mode.");
 478 #endif
 479 }
 480 } // namespace simgrid::mc