src/mc/mc_liveness.c

   1 /* Copyright (c) 2011-2014. The SimGrid Team.
   2  * All rights reserved.                                                     */
   3
   4 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   5  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   6
   7 #include <unistd.h>
   8 #include <sys/wait.h>
   9
  10 #include <xbt/dynar.h>
  11 #include <xbt/automaton.h>
  12
  13 #include "mc_request.h"
  14 #include "mc_liveness.h"
  15 #include "mc_private.h"
  16 #include "mc_record.h"
  17 #include "mc_smx.h"
  18 #include "mc_client.h"
  19
  20 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_liveness, mc,
  21                                 "Logging specific to algorithms for liveness properties verification");
  22
  23 /********* Global variables *********/
  24
  25 xbt_dynar_t acceptance_pairs;
  26 xbt_parmap_t parmap;
  27
  28 /********* Static functions *********/
  29
  30 static xbt_dynar_t get_atomic_propositions_values()
  31 {
  32   unsigned int cursor = 0;
  33   xbt_automaton_propositional_symbol_t ps = NULL;
  34   xbt_dynar_t values = xbt_dynar_new(sizeof(int), NULL);
  35   xbt_dynar_foreach(_mc_property_automaton->propositional_symbols, cursor, ps) {
  36     int res = xbt_automaton_propositional_symbol_evaluate(ps);
  37     xbt_dynar_push_as(values, int, res);
  38   }
  39
  40   return values;
  41 }
  42
  43 static mc_visited_pair_t is_reached_acceptance_pair(mc_pair_t pair) {
  44   xbt_mheap_t heap = mmalloc_set_current_heap(mc_heap);
  45
  46   mc_visited_pair_t new_pair = NULL;
  47   new_pair = MC_visited_pair_new(pair->num, pair->automaton_state, pair->atomic_propositions, pair->graph_state);
  48   new_pair->acceptance_pair = 1;
  49
  50   if (xbt_dynar_is_empty(acceptance_pairs)) {
  51
  52     xbt_dynar_push(acceptance_pairs, &new_pair);
  53
  54   } else {
  55
  56     int min = -1, max = -1, index;
  57     //int res;
  58     mc_visited_pair_t pair_test;
  59     int cursor;
  60
  61     index = get_search_interval(acceptance_pairs, new_pair, &min, &max);
  62
  63     if (min != -1 && max != -1) {       // Acceptance pair with same number of processes and same heap bytes used exists
  64
  65       // Parallell implementation
  66       /*res = xbt_parmap_mc_apply(parmap, snapshot_compare, xbt_dynar_get_ptr(acceptance_pairs, min), (max-min)+1, pair);
  67          if(res != -1){
  68          if(!raw_mem_set)
  69          MC_SET_STD_HEAP;
  70          return ((mc_pair_t)xbt_dynar_get_as(acceptance_pairs, (min+res)-1, mc_pair_t))->num;
  71          } */
  72
  73       cursor = min;
  74       if(pair->search_cycle == 1){
  75         while (cursor <= max) {
  76           pair_test = (mc_visited_pair_t) xbt_dynar_get_as(acceptance_pairs, cursor, mc_visited_pair_t);
  77           if (xbt_automaton_state_compare(pair_test->automaton_state, new_pair->automaton_state) == 0) {
  78             if (xbt_automaton_propositional_symbols_compare_value(pair_test->atomic_propositions, new_pair->atomic_propositions) == 0) {
  79               if (snapshot_compare(pair_test, new_pair) == 0) {
  80                 XBT_INFO("Pair %d already reached (equal to pair %d) !", new_pair->num, pair_test->num);
  81                 xbt_fifo_shift(mc_stack);
  82                 if (dot_output != NULL)
  83                   fprintf(dot_output, "\"%d\" -> \"%d\" [%s];\n", initial_global_state->prev_pair, pair_test->num, initial_global_state->prev_req);
  84                 mmalloc_set_current_heap(heap);
  85                 return NULL;
  86               }
  87             }
  88           }
  89           cursor++;
  90         }
  91       }
  92       xbt_dynar_insert_at(acceptance_pairs, min, &new_pair);
  93     } else {
  94       pair_test = (mc_visited_pair_t) xbt_dynar_get_as(acceptance_pairs, index, mc_visited_pair_t);
  95       if (pair_test->nb_processes < new_pair->nb_processes) {
  96         xbt_dynar_insert_at(acceptance_pairs, index + 1, &new_pair);
  97       } else {
  98         if (pair_test->heap_bytes_used < new_pair->heap_bytes_used)
  99           xbt_dynar_insert_at(acceptance_pairs, index + 1, &new_pair);
 100         else
 101           xbt_dynar_insert_at(acceptance_pairs, index, &new_pair);
 102       }
 103     }
 104
 105   }
 106   mmalloc_set_current_heap(heap);
 107   return new_pair;
 108 }
 109
 110 static void remove_acceptance_pair(int pair_num)
 111 {
 112   xbt_mheap_t heap = mmalloc_set_current_heap(mc_heap);
 113
 114   unsigned int cursor = 0;
 115   mc_visited_pair_t pair_test = NULL;
 116   int pair_found = 0;
 117
 118   xbt_dynar_foreach(acceptance_pairs, cursor, pair_test) {
 119     if (pair_test->num == pair_num) {
 120        pair_found = 1;
 121       break;
 122     }
 123   }
 124
 125   if(pair_found == 1) {
 126     xbt_dynar_remove_at(acceptance_pairs, cursor, &pair_test);
 127
 128     pair_test->acceptance_removed = 1;
 129
 130     if (_sg_mc_visited == 0 || pair_test->visited_removed == 1)
 131       MC_visited_pair_delete(pair_test);
 132
 133   }
 134
 135   mmalloc_set_current_heap(heap);
 136 }
 137
 138
 139 static int MC_automaton_evaluate_label(xbt_automaton_exp_label_t l,
 140                                        xbt_dynar_t atomic_propositions_values)
 141 {
 142
 143   switch (l->type) {
 144   case 0:{
 145       int left_res = MC_automaton_evaluate_label(l->u.or_and.left_exp, atomic_propositions_values);
 146       int right_res = MC_automaton_evaluate_label(l->u.or_and.right_exp, atomic_propositions_values);
 147       return (left_res || right_res);
 148     }
 149   case 1:{
 150       int left_res = MC_automaton_evaluate_label(l->u.or_and.left_exp, atomic_propositions_values);
 151       int right_res = MC_automaton_evaluate_label(l->u.or_and.right_exp, atomic_propositions_values);
 152       return (left_res && right_res);
 153     }
 154   case 2:{
 155       int res = MC_automaton_evaluate_label(l->u.exp_not, atomic_propositions_values);
 156       return (!res);
 157     }
 158   case 3:{
 159       unsigned int cursor = 0;
 160       xbt_automaton_propositional_symbol_t p = NULL;
 161       xbt_dynar_foreach(_mc_property_automaton->propositional_symbols, cursor, p) {
 162         if (strcmp(xbt_automaton_propositional_symbol_get_name(p), l->u.predicat) == 0)
 163           return (int) xbt_dynar_get_as(atomic_propositions_values, cursor, int);
 164       }
 165       return -1;
 166     }
 167   case 4:{
 168       return 2;
 169     }
 170   default:
 171     return -1;
 172   }
 173 }
 174
 175 static void MC_modelcheck_liveness_main(void);
 176
 177 static void MC_pre_modelcheck_liveness(void)
 178 {
 179   initial_global_state->raw_mem_set = (mmalloc_get_current_heap() == mc_heap);
 180
 181   mc_pair_t initial_pair = NULL;
 182   smx_process_t process;
 183
 184   MC_wait_for_requests();
 185
 186   MC_SET_MC_HEAP;
 187
 188   acceptance_pairs = xbt_dynar_new(sizeof(mc_visited_pair_t), NULL);
 189   if(_sg_mc_visited > 0)
 190     visited_pairs = xbt_dynar_new(sizeof(mc_visited_pair_t), NULL);
 191
 192   initial_global_state->snapshot = MC_take_snapshot(0);
 193   initial_global_state->prev_pair = 0;
 194
 195   unsigned int cursor = 0;
 196   xbt_automaton_state_t automaton_state;
 197
 198   xbt_dynar_foreach(_mc_property_automaton->states, cursor, automaton_state) {
 199     if (automaton_state->type == -1) {  /* Initial automaton state */
 200
 201       initial_pair = MC_pair_new();
 202       initial_pair->automaton_state = automaton_state;
 203       initial_pair->graph_state = MC_state_new();
 204       initial_pair->atomic_propositions = get_atomic_propositions_values();
 205       initial_pair->depth = 1;
 206
 207       /* Get enabled processes and insert them in the interleave set of the graph_state */
 208       MC_EACH_SIMIX_PROCESS(process,
 209         if (MC_process_is_enabled(process)) {
 210           MC_state_interleave_process(initial_pair->graph_state, process);
 211         }
 212       );
 213
 214       initial_pair->requests = MC_state_interleave_size(initial_pair->graph_state);
 215       initial_pair->search_cycle = 0;
 216
 217       xbt_fifo_unshift(mc_stack, initial_pair);
 218     }
 219   }
 220
 221   MC_SET_STD_HEAP;
 222
 223   MC_modelcheck_liveness_main();
 224
 225   if (initial_global_state->raw_mem_set)
 226     MC_SET_MC_HEAP;
 227 }
 228
 229 static void MC_modelcheck_liveness_main(void)
 230 {
 231   smx_process_t process = NULL;
 232   mc_pair_t current_pair = NULL;
 233   int value, res, visited_num = -1;
 234   smx_simcall_t req = NULL;
 235   xbt_automaton_transition_t transition_succ = NULL;
 236   int cursor = 0;
 237   mc_pair_t next_pair = NULL;
 238   xbt_dynar_t prop_values = NULL;
 239   mc_visited_pair_t reached_pair = NULL;
 240
 241   while(xbt_fifo_size(mc_stack) > 0){
 242
 243     /* Get current pair */
 244     current_pair = (mc_pair_t) xbt_fifo_get_item_content(xbt_fifo_get_first_item(mc_stack));
 245
 246     /* Update current state in buchi automaton */
 247     _mc_property_automaton->current_state = current_pair->automaton_state;
 248
 249     XBT_DEBUG("********************* ( Depth = %d, search_cycle = %d, interleave size = %d, pair_num = %d, requests = %d)",
 250        current_pair->depth, current_pair->search_cycle,
 251        MC_state_interleave_size(current_pair->graph_state), current_pair->num,
 252        current_pair->requests);
 253
 254     if (current_pair->requests > 0) {
 255
 256       if (current_pair->automaton_state->type == 1 && current_pair->exploration_started == 0) {
 257         /* If new acceptance pair, return new pair */
 258         if ((reached_pair = is_reached_acceptance_pair(current_pair)) == NULL) {
 259           int counter_example_depth = current_pair->depth;
 260           XBT_INFO("*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*");
 261           XBT_INFO("|             ACCEPTANCE CYCLE            |");
 262           XBT_INFO("*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*");
 263           XBT_INFO("Counter-example that violates formula :");
 264           MC_show_stack_liveness(mc_stack);
 265           MC_dump_stack_liveness(mc_stack);
 266           MC_print_statistics(mc_stats);
 267           XBT_INFO("Counter-example depth : %d", counter_example_depth);
 268           xbt_abort();
 269         }
 270       }
 271
 272       /* Pair already visited ? stop the exploration on the current path */
 273       if ((current_pair->exploration_started == 0) && (visited_num = is_visited_pair(reached_pair, current_pair)) != -1) {
 274
 275         if (dot_output != NULL){
 276           MC_SET_MC_HEAP;
 277           fprintf(dot_output, "\"%d\" -> \"%d\" [%s];\n", initial_global_state->prev_pair, visited_num, initial_global_state->prev_req);
 278           fflush(dot_output);
 279           MC_SET_STD_HEAP;
 280         }
 281
 282         XBT_DEBUG("Pair already visited (equal to pair %d), exploration on the current path stopped.", visited_num);
 283         MC_SET_MC_HEAP;
 284         current_pair->requests = 0;
 285         MC_SET_STD_HEAP;
 286         goto backtracking;
 287
 288       }else{
 289
 290         req = MC_state_get_request(current_pair->graph_state, &value);
 291
 292          if (dot_output != NULL) {
 293            MC_SET_MC_HEAP;
 294            if (initial_global_state->prev_pair != 0 && initial_global_state->prev_pair != current_pair->num) {
 295              fprintf(dot_output, "\"%d\" -> \"%d\" [%s];\n", initial_global_state->prev_pair, current_pair->num, initial_global_state->prev_req);
 296              xbt_free(initial_global_state->prev_req);
 297            }
 298            initial_global_state->prev_pair = current_pair->num;
 299            initial_global_state->prev_req = MC_request_get_dot_output(req, value);
 300            if (current_pair->search_cycle)
 301              fprintf(dot_output, "%d [shape=doublecircle];\n", current_pair->num);
 302            fflush(dot_output);
 303            MC_SET_STD_HEAP;
 304          }
 305
 306          char* req_str = MC_request_to_string(req, value, MC_REQUEST_SIMIX);
 307          XBT_DEBUG("Execute: %s", req_str);
 308          xbt_free(req_str);
 309
 310          /* Set request as executed */
 311          MC_state_set_executed_request(current_pair->graph_state, req, value);
 312
 313          /* Update mc_stats */
 314          mc_stats->executed_transitions++;
 315          if(current_pair->exploration_started == 0)
 316            mc_stats->visited_pairs++;
 317
 318          /* Answer the request */
 319          MC_simcall_handle(req, value);
 320
 321          /* Wait for requests (schedules processes) */
 322          MC_wait_for_requests();
 323
 324          MC_SET_MC_HEAP;
 325
 326          current_pair->requests--;
 327          current_pair->exploration_started = 1;
 328
 329          /* Get values of atomic propositions (variables used in the property formula) */
 330          prop_values = get_atomic_propositions_values();
 331
 332          /* Evaluate enabled/true transitions in automaton according to atomic propositions values and create new pairs */
 333          cursor = xbt_dynar_length(current_pair->automaton_state->out) - 1;
 334          while (cursor >= 0) {
 335            transition_succ = (xbt_automaton_transition_t)xbt_dynar_get_as(current_pair->automaton_state->out, cursor, xbt_automaton_transition_t);
 336            res = MC_automaton_evaluate_label(transition_succ->label, prop_values);
 337            if (res == 1 || res == 2) { /* 1 = True transition (always enabled), 2 = enabled transition according to atomic prop values */
 338               next_pair = MC_pair_new();
 339               next_pair->graph_state = MC_state_new();
 340               next_pair->automaton_state = transition_succ->dst;
 341               next_pair->atomic_propositions = get_atomic_propositions_values();
 342               next_pair->depth = current_pair->depth + 1;
 343               /* Get enabled processes and insert them in the interleave set of the next graph_state */
 344               MC_EACH_SIMIX_PROCESS(process,
 345                 if (MC_process_is_enabled(process)) {
 346                   MC_state_interleave_process(next_pair->graph_state, process);
 347                 }
 348               );
 349
 350               next_pair->requests = MC_state_interleave_size(next_pair->graph_state);
 351
 352               /* FIXME : get search_cycle value for each acceptant state */
 353               if (next_pair->automaton_state->type == 1 || current_pair->search_cycle)
 354                 next_pair->search_cycle = 1;
 355
 356               /* Add new pair to the exploration stack */
 357               xbt_fifo_unshift(mc_stack, next_pair);
 358
 359            }
 360            cursor--;
 361          }
 362
 363          MC_SET_STD_HEAP;
 364
 365       } /* End of visited_pair test */
 366
 367     } else {
 368
 369     backtracking:
 370       if(visited_num == -1)
 371         XBT_DEBUG("No more request to execute. Looking for backtracking point.");
 372
 373       MC_SET_MC_HEAP;
 374
 375       xbt_dynar_free(&prop_values);
 376
 377       /* Traverse the stack backwards until a pair with a non empty interleave
 378          set is found, deleting all the pairs that have it empty in the way. */
 379       while ((current_pair = xbt_fifo_shift(mc_stack)) != NULL) {
 380         if (current_pair->requests > 0) {
 381           /* We found a backtracking point */
 382           XBT_DEBUG("Backtracking to depth %d", current_pair->depth);
 383           xbt_fifo_unshift(mc_stack, current_pair);
 384           MC_SET_STD_HEAP;
 385           MC_replay_liveness(mc_stack);
 386           XBT_DEBUG("Backtracking done");
 387           break;
 388         }else{
 389           /* Delete pair */
 390           XBT_DEBUG("Delete pair %d at depth %d", current_pair->num, current_pair->depth);
 391           if (current_pair->automaton_state->type == 1)
 392             remove_acceptance_pair(current_pair->num);
 393           MC_pair_delete(current_pair);
 394         }
 395       }
 396
 397       MC_SET_STD_HEAP;
 398     } /* End of if (current_pair->requests > 0) else ... */
 399
 400   } /* End of while(xbt_fifo_size(mc_stack) > 0) */
 401
 402 }
 403
 404 void MC_modelcheck_liveness(void)
 405 {
 406   XBT_DEBUG("Starting the liveness algorithm");
 407   _sg_mc_liveness = 1;
 408
 409   xbt_mheap_t heap = mmalloc_set_current_heap(mc_heap);
 410
 411   /* Create exploration stack */
 412   mc_stack = xbt_fifo_new();
 413
 414   /* Create the initial state */
 415   initial_global_state = xbt_new0(s_mc_global_t, 1);
 416
 417   MC_SET_STD_HEAP;
 418
 419   MC_pre_modelcheck_liveness();
 420
 421   /* We're done */
 422   MC_print_statistics(mc_stats);
 423   xbt_free(mc_time);
 424
 425   mmalloc_set_current_heap(heap);
 426
 427 }