Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
dca1c5df74415185fa86dfa0ab515997af87bce2
[simgrid.git] / src / mc / explo / odpor / Execution.hpp
1 /* Copyright (c) 2007-2023. 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 #ifndef SIMGRID_MC_ODPOR_EXECUTION_HPP
7 #define SIMGRID_MC_ODPOR_EXECUTION_HPP
8
9 #include "src/mc/api/ClockVector.hpp"
10 #include "src/mc/explo/odpor/odpor_forward.hpp"
11 #include "src/mc/transition/Transition.hpp"
12
13 #include <list>
14 #include <optional>
15 #include <unordered_set>
16 #include <vector>
17
18 namespace simgrid::mc::odpor {
19
20 using ProcessSequence   = std::list<aid_t>;
21 using ExecutionSequence = std::list<const State*>;
22 using Hypothetical      = ExecutionSequence;
23
24 /**
25  * @brief The occurrence of a transition in an execution
26  *
27  * An execution is set of *events*, where each element represents
28  * the occurrence or execution of the `i`th step of a particular
29  * actor `j`
30  */
31 class Event {
32   std::pair<const Transition*, ClockVector> contents_;
33
34 public:
35   Event()                        = default;
36   Event(Event&&)                 = default;
37   Event(const Event&)            = default;
38   Event& operator=(const Event&) = default;
39   explicit Event(std::pair<const Transition*, ClockVector> pair) : contents_(std::move(pair)) {}
40
41   const Transition* get_transition() const { return std::get<0>(contents_); }
42   const ClockVector& get_clock_vector() const { return std::get<1>(contents_); }
43 };
44
45 /**
46  * @brief An ordered sequence of transitions which describe
47  * the evolution of a process undergoing model checking
48  *
49  * An execution conceptually is just a string of actors
50  * ids (e.g. "1.2.3.1.2.2.1.1"), where the `i`th occurrence
51  * of actor id `j` corresponds to the `i`th action executed
52  * by the actor with id `j` (viz. the `i`th step of actor `j`).
53  * Executions can stand alone on their own or can extend
54  * the execution of other sequences
55  *
56  * Executions are conceived based on the following papers:
57  * 1. "Source Sets: A Foundation for Optimal Dynamic Partial Order Reduction"
58  * by Abdulla et al.
59  *
60  * In addition to representing an actual steps taken,
61  * an execution keeps track of the "happens-before"
62  * relation among the transitions in the execution
63  * by following the procedure outlined in section 4 of the
64  * original DPOR paper with clock vectors.
65  * As new transitions are added to the execution, clock vectors are
66  * computed as appropriate and associated with the corresponding position
67  * in the execution. This allows us to determine “happens-before” in
68  * constant-time between points in the execution (called events
69  * [which is unfortunately the same name used in UDPOR for a slightly
70  * different concept]), albeit for an up-front cost of traversing the
71  * execution stack. The happens-before relation is important in many
72  * places in SDPOR and ODPOR.
73  *
74  * @note: For more nuanced happens-before relations, clock
75  * vectors may not always suffice. Clock vectors work
76  * well with transition-based dependencies like that used in
77  * SimGrid; but to have a more refined independence relation,
78  * an event-based dependency approach is needed. See the section 2
79  * in the ODPOR paper [1] concerning event-based dependencies and
80  * how the happens-before relation can be refined in a
81  * computation model much like that of SimGrid. In fact, the same issue
82  * arrises with UDPOR with context-sensitive dependencies:
83  * the two concepts are analogous if not identical
84  */
85 class Execution {
86 private:
87   /**
88    * @brief The actual steps that are taken by the process
89    * during exploration, relative to the
90    */
91   std::vector<Event> contents_;
92
93   Execution(std::vector<Event>&& contents) : contents_(std::move(contents)) {}
94
95 public:
96   using Handle      = decltype(contents_)::const_iterator;
97   using EventHandle = uint32_t;
98
99   Execution()                            = default;
100   Execution(const Execution&)            = default;
101   Execution& operator=(Execution const&) = default;
102   Execution(Execution&&)                 = default;
103   Execution(ExecutionSequence&& seq);
104   Execution(const ExecutionSequence& seq);
105
106   size_t size() const { return this->contents_.size(); }
107   bool empty() const { return this->contents_.empty(); }
108   auto begin() const { return this->contents_.begin(); }
109   auto end() const { return this->contents_.end(); }
110
111   /**
112    * @brief Computes the "core" portion the SDPOR algorithm,
113    * viz. the intersection of the backtracking set and the
114    * set of initials with respect to the *last* event added
115    * to the execution
116    *
117    * The "core" portion of the SDPOR algorithm is found on
118    * lines 6-9 of the pseudocode:
119    *
120    * 6 | let E' := pre(E, e)
121    * 7 | let v :=  notdep(e, E).p
122    * 8 | if I_[E'](v) ∩ backtrack(E') = empty then
123    * 9 |    --> add some q in I_[E'](v) to backtrack(E')
124    *
125    * This method computes all of the lines simultaneously,
126    * returning some actor `q` if it passes line 8 and exists.
127    * The event `e` and the set `backtrack(E')` are the provided
128    * arguments to the method.
129    *
130    * @param e the event with respect to which to determine
131    * whether a backtrack point needs to be added for the
132    * prefix corresponding to the execution prior to `e`
133    *
134    * @param backtrack_set The set of actors which should
135    * not be considered for selection as an SDPOR initial.
136    * While this set need not necessarily correspond to the
137    * backtrack set `backtrack(E')`, doing so provides what
138    * is expected for SDPOR
139    *
140    * See the SDPOR algorithm pseudocode in [1] for more
141    * details for the context of the function.
142    *
143    * @invariant: This method assumes that events `e` and
144    * `e' := get_latest_event_handle()` are in a *reversible* race
145    * as is explicitly the case in SDPOR
146    *
147    * @returns an actor not contained in `disqualified` which
148    * can serve as an initial to reverse the race between `e`
149    * and `e'`
150    */
151   std::optional<aid_t> get_first_sdpor_initial_from(EventHandle e, std::unordered_set<aid_t> backtrack_set) const;
152
153   /**
154    * @brief Determines the event associated with
155    * the given handle `handle`
156    */
157   const Event& get_event_with_handle(EventHandle handle) const { return contents_[handle]; }
158
159   /**
160    * @brief Determines the actor associated with
161    * the given event handle `handle`
162    */
163   aid_t get_actor_with_handle(EventHandle handle) const { return get_event_with_handle(handle).get_transition()->aid_; }
164
165   /**
166    * @brief Returns a set of events which are in
167    * "immediate conflict" (according to the definition given
168    * in the ODPOR paper) with the given event
169    *
170    * Two events `e` and `e'` in an execution `E` are said to
171    * race iff
172    *
173    * 1. `proc(e) != proc(e')`; that is, the events correspond to
174    * the execution of different actors
175    * 2. `e -->_E e'` and there is no `e''` in `E` such that
176    *  `e -->_E e''` and `e'' -->_E e'`; that is, the two events
177    * "happen-before" one another in `E` and no other event in
178    * `E` "happens-between" `e` and `e'`
179    *
180    * @param handle the event with respect to which races are
181    * computed
182    * @returns a set of event handles from which race with `handle`
183    */
184   std::unordered_set<EventHandle> get_racing_events_of(EventHandle handle) const;
185
186   /**
187    * @brief Returns a handle to the newest event of the execution,
188    * if such an event exists
189    */
190   std::optional<EventHandle> get_latest_event_handle() const
191   {
192     return contents_.empty() ? std::nullopt : std::optional<EventHandle>{static_cast<EventHandle>(size() - 1)};
193   }
194
195   /**
196    * @brief Computes `pre(e, E)` as described in ODPOR [1]
197    *
198    * The execution `pre(e, E)` for an event `e` in an
199    * execution `E` is the contiguous prefix of events
200    * `E' <= E` up to by excluding the event `e` itself.
201    * The prefix intuitively represents the "history" of
202    * causes that permitted event `e` to exist (roughly
203    * speaking)
204    */
205   Execution get_prefix_up_to(EventHandle) const;
206
207   /**
208    * @brief Whether the event represented by `e1`
209    * "happens-before" the event represented by
210    * `e2` in the context of this execution
211    *
212    * In the terminology of the ODPOR paper,
213    * this function computes
214    *
215    * `e1 --->_E e2`
216    *
217    * where `E` is this execution
218    *
219    * @note: The happens-before relation computed by this
220    * execution is "coarse" in the sense that context-sensitive
221    * independence is not exploited. To include such context-sensitive
222    * dependencies requires a new method of keeping track of
223    * the happens-before procedure, which is nontrivial...
224    */
225   bool happens_before(EventHandle e1, EventHandle e2) const;
226
227   /**
228    * @brief Extends the execution by one more step
229    *
230    * Intutively, pushing a transition `t` onto execution `E`
231    * is equivalent to making the execution become (using the
232    * notation of [1]) `E.proc(t)` where `proc(t)` is the
233    * actor which executed transition `t`.
234    */
235   void push_transition(const Transition*);
236 };
237
238 } // namespace simgrid::mc::odpor
239 #endif