src/kernel/context/ContextRaw.cpp

   1 /* Copyright (c) 2009-2017. 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/internal_config.h"
   7
   8 #include "xbt/parmap.h"
   9
  10 #include "src/simix/smx_private.h"
  11 #include "mc/mc.h"
  12
  13 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(simix_context);
  14
  15 // ***** Class definitions
  16
  17 namespace simgrid {
  18 namespace kernel {
  19 namespace context {
  20
  21 class RawContext;
  22 class RawContextFactory;
  23
  24 /** @brief Fast context switching inspired from SystemV ucontexts.
  25   *
  26   * The main difference to the System V context is that Raw Contexts are much faster because they don't
  27   * preserve the signal mask when switching. This saves a system call (at least on Linux) on each context switch.
  28   */
  29 class RawContext : public Context {
  30 protected:
  31   void* stack_ = nullptr;
  32   /** pointer to top the stack stack */
  33   void* stack_top_ = nullptr;
  34 public:
  35   friend class RawContextFactory;
  36   RawContext(std::function<void()> code,
  37           void_pfn_smxprocess_t cleanup_func,
  38           smx_actor_t process);
  39   ~RawContext() override;
  40
  41   static void wrapper(void* arg);
  42   void stop() override;
  43   void suspend() override;
  44   void resume();
  45 private:
  46   void suspend_serial();
  47   void suspend_parallel();
  48   void resume_serial();
  49   void resume_parallel();
  50 };
  51
  52 class RawContextFactory : public ContextFactory {
  53 public:
  54   RawContextFactory();
  55   ~RawContextFactory() override;
  56   RawContext* create_context(std::function<void()> code,
  57     void_pfn_smxprocess_t cleanup, smx_actor_t process) override;
  58   void run_all() override;
  59 private:
  60   void run_all_adaptative();
  61   void run_all_serial();
  62   void run_all_parallel();
  63 };
  64
  65 ContextFactory* raw_factory()
  66 {
  67   XBT_VERB("Using raw contexts. Because the glibc is just not good enough for us.");
  68   return new RawContextFactory();
  69 }
  70
  71 }}} // namespace
  72
  73 // ***** Loads of static stuff
  74
  75 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
  76 static xbt_parmap_t raw_parmap;
  77 static simgrid::kernel::context::RawContext** raw_workers_context;    /* space to save the worker context in each thread */
  78 static uintptr_t raw_threads_working;     /* number of threads that have started their work */
  79 static xbt_os_thread_key_t raw_worker_id_key; /* thread-specific storage for the thread id */
  80 #endif
  81 static unsigned long raw_process_index = 0;   /* index of the next process to run in the
  82                                                * list of runnable processes */
  83 static simgrid::kernel::context::RawContext* raw_maestro_context;
  84
  85 static bool raw_context_parallel = false;
  86
  87 // ***** Raw context routines
  88
  89 typedef void (*rawctx_entry_point_t)(void *);
  90
  91 typedef void* raw_stack_t;
  92 extern "C" raw_stack_t raw_makecontext(void* malloced_stack, int stack_size,
  93                                    rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg);
  94 extern "C" void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new_context);
  95
  96 // TODO, we should handle FP, MMX and the x87 control-word (for x86 and x86_64)
  97
  98 #if SIMGRID_PROCESSOR_x86_64
  99 __asm__ (
 100 #if defined(__APPLE__)
 101    ".text\n"
 102    ".globl _raw_makecontext\n"
 103    "_raw_makecontext:\n"
 104 #elif defined(_WIN32)
 105    ".text\n"
 106    ".globl raw_makecontext\n"
 107    "raw_makecontext:\n"
 108 #else
 109    ".text\n"
 110    ".globl raw_makecontext\n"
 111    ".type raw_makecontext,@function\n"
 112    "raw_makecontext:\n"/* Calling convention sets the arguments in rdi, rsi, rdx and rcx, respectively */
 113 #endif
 114    "   mov %rdi,%rax\n"      /* stack */
 115    "   add %rsi,%rax\n"      /* size  */
 116    "   andq $-16, %rax\n"    /* align stack */
 117    "   movq $0,   -8(%rax)\n" /* @return for func */
 118    "   mov %rdx,-16(%rax)\n" /* func */
 119    "   mov %rcx,-24(%rax)\n" /* arg/rdi */
 120    "   movq $0,  -32(%rax)\n" /* rsi */
 121    "   movq $0,  -40(%rax)\n" /* rdx */
 122    "   movq $0,  -48(%rax)\n" /* rcx */
 123    "   movq $0,  -56(%rax)\n" /* r8  */
 124    "   movq $0,  -64(%rax)\n" /* r9  */
 125    "   movq $0,  -72(%rax)\n" /* rbp */
 126    "   movq $0,  -80(%rax)\n" /* rbx */
 127    "   movq $0,  -88(%rax)\n" /* r12 */
 128    "   movq $0,  -96(%rax)\n" /* r13 */
 129    "   movq $0, -104(%rax)\n" /* r14 */
 130    "   movq $0, -112(%rax)\n" /* r15 */
 131    "   sub $112,%rax\n"
 132    "   ret\n"
 133 );
 134
 135 __asm__ (
 136 #if defined(__APPLE__)
 137    ".text\n"
 138    ".globl _raw_swapcontext\n"
 139    "_raw_swapcontext:\n"
 140 #elif defined(_WIN32)
 141    ".text\n"
 142    ".globl raw_swapcontext\n"
 143    "raw_swapcontext:\n"
 144 #else
 145    ".text\n"
 146    ".globl raw_swapcontext\n"
 147    ".type raw_swapcontext,@function\n"
 148    "raw_swapcontext:\n" /* Calling convention sets the arguments in rdi and rsi, respectively */
 149 #endif
 150    "   push %rdi\n"
 151    "   push %rsi\n"
 152    "   push %rdx\n"
 153    "   push %rcx\n"
 154    "   push %r8\n"
 155    "   push %r9\n"
 156    "   push %rbp\n"
 157    "   push %rbx\n"
 158    "   push %r12\n"
 159    "   push %r13\n"
 160    "   push %r14\n"
 161    "   push %r15\n"
 162    "   mov %rsp,(%rdi)\n" /* old */
 163    "   mov %rsi,%rsp\n" /* new */
 164    "   pop %r15\n"
 165    "   pop %r14\n"
 166    "   pop %r13\n"
 167    "   pop %r12\n"
 168    "   pop %rbx\n"
 169    "   pop %rbp\n"
 170    "   pop %r9\n"
 171    "   pop %r8\n"
 172    "   pop %rcx\n"
 173    "   pop %rdx\n"
 174    "   pop %rsi\n"
 175    "   pop %rdi\n"
 176    "   ret\n"
 177 );
 178 #elif SIMGRID_PROCESSOR_i686
 179 __asm__ (
 180 #if defined(__APPLE__) || defined(_WIN32)
 181    ".text\n"
 182    ".globl _raw_makecontext\n"
 183    "_raw_makecontext:\n"
 184 #else
 185    ".text\n"
 186    ".globl raw_makecontext\n"
 187    ".type raw_makecontext,@function\n"
 188    "raw_makecontext:\n"
 189 #endif
 190    "   movl 4(%esp),%eax\n"   /* stack */
 191    "   addl 8(%esp),%eax\n"   /* size  */
 192    "   andl $-16, %eax\n"     /* align stack */
 193    "   movl 12(%esp),%ecx\n"  /* func  */
 194    "   movl 16(%esp),%edx\n"  /* arg   */
 195    "   movl %edx, -4(%eax)\n"
 196    "   movl $0,   -8(%eax)\n" /* @return for func */
 197    "   movl %ecx,-12(%eax)\n"
 198    "   movl $0,  -16(%eax)\n" /* ebp */
 199    "   movl $0,  -20(%eax)\n" /* ebx */
 200    "   movl $0,  -24(%eax)\n" /* esi */
 201    "   movl $0,  -28(%eax)\n" /* edi */
 202    "   subl $28,%eax\n"
 203    "   retl\n"
 204 );
 205
 206 __asm__ (
 207 #if defined(__APPLE__) || defined(_WIN32)
 208    ".text\n"
 209    ".globl _raw_swapcontext\n"
 210    "_raw_swapcontext:\n"
 211 #else
 212    ".text\n"
 213    ".globl raw_swapcontext\n"
 214    ".type raw_swapcontext,@function\n"
 215    "raw_swapcontext:\n"
 216 #endif
 217    // Fetch the parameters:
 218    "   movl 4(%esp),%eax\n" /* old (raw_stack_t*) */
 219    "   movl 8(%esp),%edx\n" /* new (raw_stack_t)  */
 220    // Save registers of the current context on the stack:
 221    "   pushl %ebp\n"
 222    "   pushl %ebx\n"
 223    "   pushl %esi\n"
 224    "   pushl %edi\n"
 225    // Save the current context (stack pointer) in *old:
 226    "   movl %esp,(%eax)\n"
 227    // Switch to the stack of the new context:
 228    "   movl %edx,%esp\n"
 229    // Pop the values of the new context:
 230    "   popl %edi\n"
 231    "   popl %esi\n"
 232    "   popl %ebx\n"
 233    "   popl %ebp\n"
 234    // Return using the return address of the new context:
 235    "   retl\n"
 236 );
 237 #else
 238
 239
 240 /* If you implement raw contexts for other processors, don't forget to
 241    update the definition of HAVE_RAW_CONTEXTS in tools/cmake/CompleteInFiles.cmake */
 242
 243 raw_stack_t raw_makecontext(void* malloced_stack, int stack_size,
 244                             rawctx_entry_point_t entry_point, void* arg) {
 245    THROW_UNIMPLEMENTED;
 246 }
 247
 248 void raw_swapcontext(raw_stack_t* old, raw_stack_t new_context) {
 249    THROW_UNIMPLEMENTED;
 250 }
 251
 252 #endif
 253
 254 // ***** Method definitions
 255
 256 namespace simgrid {
 257 namespace kernel {
 258 namespace context {
 259
 260 RawContextFactory::RawContextFactory()
 261   : ContextFactory("RawContextFactory")
 262 {
 263   raw_context_parallel = SIMIX_context_is_parallel();
 264   if (raw_context_parallel) {
 265 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
 266     int nthreads = SIMIX_context_get_nthreads();
 267     xbt_os_thread_key_create(&raw_worker_id_key);
 268     // TODO, lazily init
 269     raw_parmap = nullptr;
 270     raw_workers_context = xbt_new(RawContext*, nthreads);
 271     raw_maestro_context = nullptr;
 272 #endif
 273     // TODO, if(SIMIX_context_get_parallel_threshold() > 1) => choose dynamically
 274   }
 275 }
 276
 277 RawContextFactory::~RawContextFactory()
 278 {
 279 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
 280   if (raw_parmap)
 281     xbt_parmap_destroy(raw_parmap);
 282   xbt_free(raw_workers_context);
 283 #endif
 284 }
 285
 286 RawContext* RawContextFactory::create_context(std::function<void()> code,
 287     void_pfn_smxprocess_t cleanup, smx_actor_t process)
 288 {
 289   return this->new_context<RawContext>(std::move(code), cleanup, process);
 290 }
 291
 292 void RawContext::wrapper(void* arg)
 293 {
 294   RawContext* context = static_cast<RawContext*>(arg);
 295   (*context)();
 296   context->stop();
 297 }
 298
 299 RawContext::RawContext(std::function<void()> code,
 300     void_pfn_smxprocess_t cleanup, smx_actor_t process)
 301   : Context(std::move(code), cleanup, process)
 302 {
 303    if (has_code()) {
 304      this->stack_ = SIMIX_context_stack_new();
 305      this->stack_top_ = raw_makecontext(this->stack_,
 306                          smx_context_usable_stack_size,
 307                          RawContext::wrapper,
 308                          this);
 309    } else {
 310      if(process != nullptr && raw_maestro_context == nullptr)
 311        raw_maestro_context = this;
 312      if (MC_is_active())
 313        MC_ignore_heap(
 314          &raw_maestro_context->stack_top_,
 315          sizeof(raw_maestro_context->stack_top_));
 316    }
 317 }
 318
 319 RawContext::~RawContext()
 320 {
 321   SIMIX_context_stack_delete(this->stack_);
 322 }
 323
 324 void RawContext::stop()
 325 {
 326   Context::stop();
 327   this->suspend();
 328 }
 329
 330 void RawContextFactory::run_all()
 331 {
 332   if (raw_context_parallel)
 333     run_all_parallel();
 334   else
 335     run_all_serial();
 336 }
 337
 338 void RawContextFactory::run_all_serial()
 339 {
 340   if (xbt_dynar_is_empty(simix_global->process_to_run))
 341     return;
 342
 343   smx_actor_t first_process =
 344       xbt_dynar_get_as(simix_global->process_to_run, 0, smx_actor_t);
 345   raw_process_index = 1;
 346   static_cast<RawContext*>(first_process->context)->resume_serial();
 347 }
 348
 349 void RawContextFactory::run_all_parallel()
 350 {
 351 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
 352   raw_threads_working = 0;
 353   if (raw_parmap == nullptr)
 354     raw_parmap = xbt_parmap_new(
 355       SIMIX_context_get_nthreads(), SIMIX_context_get_parallel_mode());
 356   xbt_parmap_apply(raw_parmap,
 357       [](void* arg) {
 358         smx_actor_t process = static_cast<smx_actor_t>(arg);
 359         RawContext* context = static_cast<RawContext*>(process->context);
 360         context->resume_parallel();
 361       },
 362       simix_global->process_to_run);
 363 #else
 364   xbt_die("You asked for a parallel execution, but you don't have any threads.");
 365 #endif
 366 }
 367
 368 void RawContext::suspend()
 369 {
 370   if (raw_context_parallel)
 371     RawContext::suspend_parallel();
 372   else
 373     RawContext::suspend_serial();
 374 }
 375
 376 void RawContext::suspend_serial()
 377 {
 378   /* determine the next context */
 379   RawContext* next_context = nullptr;
 380   unsigned long int i      = raw_process_index;
 381   raw_process_index++;
 382   if (i < xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run)) {
 383     /* execute the next process */
 384     XBT_DEBUG("Run next process");
 385     next_context = static_cast<RawContext*>(xbt_dynar_get_as(simix_global->process_to_run, i, smx_actor_t)->context);
 386   } else {
 387     /* all processes were run, return to maestro */
 388     XBT_DEBUG("No more process to run");
 389     next_context = static_cast<RawContext*>(raw_maestro_context);
 390   }
 391   SIMIX_context_set_current(next_context);
 392   raw_swapcontext(&this->stack_top_, next_context->stack_top_);
 393 }
 394
 395 void RawContext::suspend_parallel()
 396 {
 397 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
 398   /* determine the next context */
 399   smx_actor_t next_work    = static_cast<smx_actor_t>(xbt_parmap_next(raw_parmap));
 400   RawContext* next_context = nullptr;
 401
 402   if (next_work != nullptr) {
 403     /* there is a next process to resume */
 404     XBT_DEBUG("Run next process");
 405     next_context = static_cast<RawContext*>(next_work->context);
 406   } else {
 407     /* all processes were run, go to the barrier */
 408     XBT_DEBUG("No more processes to run");
 409     uintptr_t worker_id = (uintptr_t)
 410       xbt_os_thread_get_specific(raw_worker_id_key);
 411     next_context = static_cast<RawContext*>(raw_workers_context[worker_id]);
 412     XBT_DEBUG("Restoring worker stack %zu (working threads = %zu)",
 413         worker_id, raw_threads_working);
 414   }
 415
 416   SIMIX_context_set_current(next_context);
 417   raw_swapcontext(&this->stack_top_, next_context->stack_top_);
 418 #endif
 419 }
 420
 421 void RawContext::resume()
 422 {
 423   if (raw_context_parallel)
 424     resume_parallel();
 425   else
 426     resume_serial();
 427 }
 428
 429 void RawContext::resume_serial()
 430 {
 431   SIMIX_context_set_current(this);
 432   raw_swapcontext(&raw_maestro_context->stack_top_, this->stack_top_);
 433 }
 434
 435 void RawContext::resume_parallel()
 436 {
 437 #if HAVE_THREAD_CONTEXTS
 438   uintptr_t worker_id = __sync_fetch_and_add(&raw_threads_working, 1);
 439   xbt_os_thread_set_specific(raw_worker_id_key, (void*) worker_id);
 440   RawContext* worker_context     = static_cast<RawContext*>(SIMIX_context_self());
 441   raw_workers_context[worker_id] = worker_context;
 442   XBT_DEBUG("Saving worker stack %zu", worker_id);
 443   SIMIX_context_set_current(this);
 444   raw_swapcontext(&worker_context->stack_top_, this->stack_top_);
 445 #else
 446   xbt_die("Parallel execution disabled");
 447 #endif
 448 }
 449
 450 /** @brief Resumes all processes ready to run. */
 451 void RawContextFactory::run_all_adaptative()
 452 {
 453   unsigned long nb_processes = xbt_dynar_length(simix_global->process_to_run);
 454   if (SIMIX_context_is_parallel() &&
 455       static_cast<unsigned long>(SIMIX_context_get_parallel_threshold()) < nb_processes) {
 456     raw_context_parallel = true;
 457     XBT_DEBUG("Runall // %lu", nb_processes);
 458     this->run_all_parallel();
 459   } else {
 460     XBT_DEBUG("Runall serial %lu", nb_processes);
 461     raw_context_parallel = false;
 462     this->run_all_serial();
 463   }
 464 }
 465
 466 }}}