src/mc/checker/SafetyChecker.cpp

   1 /* Copyright (c) 2016-2021. 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/Session.hpp"
   7 #include "src/mc/Transition.hpp"
   8 #include "src/mc/VisitedState.hpp"
   9 #include "src/mc/checker/SafetyChecker.hpp"
  10 #include "src/mc/mc_config.hpp"
  11 #include "src/mc/mc_exit.hpp"
  12 #include "src/mc/mc_private.hpp"
  13 #include "src/mc/mc_record.hpp"
  14
  15 #include "src/xbt/mmalloc/mmprivate.h"
  16 #include "xbt/log.h"
  17 #include "xbt/sysdep.h"
  18
  19 #include <cassert>
  20 #include <cstdio>
  21
  22 #include <memory>
  23 #include <string>
  24 #include <vector>
  25
  26 using api = simgrid::mc::Api;
  27
  28 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_safety, mc, "Logging specific to MC safety verification ");
  29
  30 namespace simgrid {
  31 namespace mc {
  32
  33 void SafetyChecker::check_non_termination(const State* current_state)
  34 {
  35   for (auto state = stack_.rbegin(); state != stack_.rend(); ++state)
  36     if (api::get().snapshot_equal((*state)->system_state_.get(), current_state->system_state_.get())) {
  37       XBT_INFO("Non-progressive cycle: state %d -> state %d", (*state)->num_, current_state->num_);
  38       XBT_INFO("******************************************");
  39       XBT_INFO("*** NON-PROGRESSIVE CYCLE DETECTED ***");
  40       XBT_INFO("******************************************");
  41       XBT_INFO("Counter-example execution trace:");
  42       for (auto const& s : get_textual_trace())
  43         XBT_INFO("  %s", s.c_str());
  44       api::get().dump_record_path();
  45       api::get().log_state();
  46
  47       throw TerminationError();
  48     }
  49 }
  50
  51 RecordTrace SafetyChecker::get_record_trace() // override
  52 {
  53   RecordTrace res;
  54   for (auto const& state : stack_)
  55     res.push_back(state->get_transition());
  56   return res;
  57 }
  58
  59 std::vector<std::string> SafetyChecker::get_textual_trace() // override
  60 {
  61   std::vector<std::string> trace;
  62   for (auto const& state : stack_)
  63     trace.push_back(state->transition_.textual);
  64   return trace;
  65 }
  66
  67 void SafetyChecker::log_state() // override
  68 {
  69   XBT_INFO("Expanded states = %lu", expanded_states_count_);
  70   XBT_INFO("Visited states = %lu", api::get().mc_get_visited_states());
  71   XBT_INFO("Executed transitions = %lu", api::get().mc_get_executed_trans());
  72 }
  73
  74 void SafetyChecker::run()
  75 {
  76   /* This function runs the DFS algorithm the state space.
  77    * We do so iteratively instead of recursively, dealing with the call stack manually.
  78    * This allows one to explore the call stack at will. */
  79
  80   while (not stack_.empty()) {
  81     /* Get current state */
  82     State* state = stack_.back().get();
  83
  84     XBT_DEBUG("**************************************************");
  85     XBT_VERB("Exploration depth=%zu (state=%p, num %d)(%zu interleave)", stack_.size(), state, state->num_,
  86              state->count_todo());
  87
  88     api::get().mc_inc_visited_states();
  89
  90     // Backtrack if we reached the maximum depth
  91     if (stack_.size() > (std::size_t)_sg_mc_max_depth) {
  92       XBT_WARN("/!\\ Max depth reached ! /!\\ ");
  93       this->backtrack();
  94       continue;
  95     }
  96
  97     // Backtrack if we are revisiting a state we saw previously
  98     if (visited_state_ != nullptr) {
  99       XBT_DEBUG("State already visited (equal to state %d), exploration stopped on this path.",
 100                 visited_state_->original_num == -1 ? visited_state_->num : visited_state_->original_num);
 101
 102       visited_state_ = nullptr;
 103       this->backtrack();
 104       continue;
 105     }
 106
 107     // Search an enabled transition in the current state; backtrack if the interleave set is empty
 108     // get_request also sets state.transition to be the one corresponding to the returned req
 109     smx_simcall_t req = api::get().mc_state_choose_request(state);
 110     // req is now the transition of the process that was selected to be executed
 111
 112     if (req == nullptr) {
 113       XBT_DEBUG("There remains %zu actors, but no more processes to interleave. (depth %zu)",
 114                 mc_model_checker->get_remote_process().actors().size(), stack_.size() + 1);
 115
 116       if (mc_model_checker->get_remote_process().actors().empty())
 117         mc_model_checker->finalize_app();
 118       this->backtrack();
 119       continue;
 120     }
 121
 122     // If there are processes to interleave and the maximum depth has not been
 123     // reached then perform one step of the exploration algorithm.
 124     XBT_DEBUG("Execute: %s", api::get().request_to_string(req, state->transition_.times_considered_).c_str());
 125
 126     std::string req_str;
 127     if (dot_output != nullptr)
 128       req_str = api::get().request_get_dot_output(req, state->transition_.times_considered_);
 129
 130     api::get().mc_inc_executed_trans();
 131
 132     /* Actually answer the request: let execute the selected request (MCed does one step) */
 133     api::get().execute(state->transition_, &state->executed_req_);
 134
 135     /* Create the new expanded state (copy the state of MCed into our MCer data) */
 136     ++expanded_states_count_;
 137     auto next_state = std::make_unique<State>(expanded_states_count_);
 138
 139     if (_sg_mc_termination)
 140       this->check_non_termination(next_state.get());
 141
 142     /* Check whether we already explored next_state in the past (but only if interested in state-equality reduction) */
 143     if (_sg_mc_max_visited_states > 0)
 144       visited_state_ = visited_states_.addVisitedState(expanded_states_count_, next_state.get(), true);
 145
 146     /* If this is a new state (or if we don't care about state-equality reduction) */
 147     if (visited_state_ == nullptr) {
 148       /* Get an enabled process and insert it in the interleave set of the next state */
 149       auto actors = api::get().get_actors();
 150       for (auto& remoteActor : actors) {
 151         auto actor = remoteActor.copy.get_buffer();
 152         if (get_session().actor_is_enabled(actor->get_pid())) {
 153           next_state->mark_todo(actor);
 154           if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor)
 155             break; // With DPOR, we take the first enabled transition
 156         }
 157       }
 158
 159       if (dot_output != nullptr)
 160         std::fprintf(dot_output, "\"%d\" -> \"%d\" [%s];\n", state->num_, next_state->num_, req_str.c_str());
 161
 162     } else if (dot_output != nullptr)
 163       std::fprintf(dot_output, "\"%d\" -> \"%d\" [%s];\n", state->num_,
 164                    visited_state_->original_num == -1 ? visited_state_->num : visited_state_->original_num,
 165                    req_str.c_str());
 166
 167     stack_.push_back(std::move(next_state));
 168   }
 169
 170   XBT_INFO("No property violation found.");
 171   api::get().log_state();
 172 }
 173
 174 void SafetyChecker::backtrack()
 175 {
 176   stack_.pop_back();
 177
 178   api::get().mc_check_deadlock();
 179
 180   /* Traverse the stack backwards until a state with a non empty interleave set is found, deleting all the states that
 181    *  have it empty in the way. For each deleted state, check if the request that has generated it (from its
 182    *  predecessor state), depends on any other previous request executed before it. If it does then add it to the
 183    *  interleave set of the state that executed that previous request. */
 184
 185   while (not stack_.empty()) {
 186     std::unique_ptr<State> state = std::move(stack_.back());
 187     stack_.pop_back();
 188     if (reductionMode_ == ReductionMode::dpor) {
 189       kernel::actor::ActorImpl* issuer = api::get().simcall_get_issuer(&state->executed_req_);
 190       for (auto i = stack_.rbegin(); i != stack_.rend(); ++i) {
 191         State* prev_state = i->get();
 192         if (state->executed_req_.issuer_ == prev_state->executed_req_.issuer_) {
 193           XBT_DEBUG("Simcall %s and %s with same issuer", SIMIX_simcall_name(state->executed_req_),
 194                     SIMIX_simcall_name(prev_state->executed_req_));
 195           break;
 196         } else if (api::get().simcall_check_dependency(&state->internal_req_, &prev_state->internal_req_)) {
 197           if (XBT_LOG_ISENABLED(mc_safety, xbt_log_priority_debug)) {
 198             XBT_DEBUG("Dependent Transitions:");
 199             int value              = prev_state->transition_.times_considered_;
 200             smx_simcall_t prev_req = &prev_state->executed_req_;
 201             XBT_DEBUG("%s (state=%d)", api::get().request_to_string(prev_req, value).c_str(), prev_state->num_);
 202             value    = state->transition_.times_considered_;
 203             prev_req = &state->executed_req_;
 204             XBT_DEBUG("%s (state=%d)", api::get().request_to_string(prev_req, value).c_str(), state->num_);
 205           }
 206
 207           if (not prev_state->actor_states_[issuer->get_pid()].is_done())
 208             prev_state->mark_todo(issuer);
 209           else
 210             XBT_DEBUG("Actor %s %ld is in done set", api::get().get_actor_name(issuer).c_str(), issuer->get_pid());
 211           break;
 212         } else {
 213           const kernel::actor::ActorImpl* previous_issuer = api::get().simcall_get_issuer(&prev_state->executed_req_);
 214           XBT_DEBUG("Simcall %s, process %ld (state %d) and simcall %s, process %ld (state %d) are independent",
 215                     SIMIX_simcall_name(state->executed_req_), issuer->get_pid(), state->num_,
 216                     SIMIX_simcall_name(prev_state->executed_req_), previous_issuer->get_pid(), prev_state->num_);
 217         }
 218       }
 219     }
 220
 221     if (state->count_todo() && stack_.size() < (std::size_t)_sg_mc_max_depth) {
 222       /* We found a back-tracking point, let's loop */
 223       XBT_DEBUG("Back-tracking to state %d at depth %zu", state->num_, stack_.size() + 1);
 224       stack_.push_back(std::move(state));
 225       this->restore_state();
 226       XBT_DEBUG("Back-tracking to state %d at depth %zu done", stack_.back()->num_, stack_.size());
 227       break;
 228     } else {
 229       XBT_DEBUG("Delete state %d at depth %zu", state->num_, stack_.size() + 1);
 230     }
 231   }
 232 }
 233
 234 void SafetyChecker::restore_state()
 235 {
 236   /* Intermediate backtracking */
 237   const State* last_state = stack_.back().get();
 238   if (last_state->system_state_) {
 239     api::get().restore_state(last_state->system_state_);
 240     return;
 241   }
 242
 243   get_session().restore_initial_state();
 244
 245   /* Traverse the stack from the state at position start and re-execute the transitions */
 246   for (std::unique_ptr<State> const& state : stack_) {
 247     if (state == stack_.back())
 248       break;
 249     api::get().execute(state->transition_, &state->executed_req_);
 250     /* Update statistics */
 251     api::get().mc_inc_visited_states();
 252     api::get().mc_inc_executed_trans();
 253   }
 254 }
 255
 256 SafetyChecker::SafetyChecker(Session* session) : Checker(session)
 257 {
 258   reductionMode_ = reduction_mode;
 259   if (_sg_mc_termination)
 260     reductionMode_ = ReductionMode::none;
 261   else if (reductionMode_ == ReductionMode::unset)
 262     reductionMode_ = ReductionMode::dpor;
 263
 264   if (_sg_mc_termination)
 265     XBT_INFO("Check non progressive cycles");
 266   else
 267     XBT_INFO("Check a safety property. Reduction is: %s.",
 268              (reductionMode_ == ReductionMode::none ? "none"
 269                                                     : (reductionMode_ == ReductionMode::dpor ? "dpor" : "unknown")));
 270
 271   get_session().take_initial_snapshot();
 272
 273   XBT_DEBUG("Starting the safety algorithm");
 274
 275   ++expanded_states_count_;
 276   auto initial_state = std::make_unique<State>(expanded_states_count_);
 277
 278   XBT_DEBUG("**************************************************");
 279   XBT_DEBUG("Initial state");
 280
 281   /* Get an enabled actor and insert it in the interleave set of the initial state */
 282   auto actors = api::get().get_actors();
 283   for (auto& actor : actors)
 284     if (get_session().actor_is_enabled(actor.copy.get_buffer()->get_pid())) {
 285       initial_state->mark_todo(actor.copy.get_buffer());
 286       if (reductionMode_ != ReductionMode::none)
 287         break;
 288     }
 289
 290   stack_.push_back(std::move(initial_state));
 291 }
 292
 293 Checker* create_safety_checker(Session* session)
 294 {
 295   return new SafetyChecker(session);
 296 }
 297
 298 } // namespace mc
 299 } // namespace simgrid