Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Use `std::shared_ptr<Transition>` for Execution
[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 /**
21  * @brief The occurrence of a transition in an execution
22  *
23  * An execution is set of *events*, where each element represents
24  * the occurrence or execution of the `i`th step of a particular
25  * actor `j`
26  */
27 class Event {
28   std::pair<std::shared_ptr<Transition>, ClockVector> contents_;
29
30 public:
31   Event()                        = default;
32   Event(Event&&)                 = default;
33   Event(const Event&)            = default;
34   Event& operator=(const Event&) = default;
35   explicit Event(std::pair<std::shared_ptr<Transition>, ClockVector> pair) : contents_(std::move(pair)) {}
36
37   std::shared_ptr<Transition> get_transition() const { return std::get<0>(contents_); }
38   const ClockVector& get_clock_vector() const { return std::get<1>(contents_); }
39 };
40
41 /**
42  * @brief An ordered sequence of transitions which describe
43  * the evolution of a process undergoing model checking
44  *
45  * An execution conceptually is just a string of actors
46  * ids (e.g. "1.2.3.1.2.2.1.1"), where the `i`th occurrence
47  * of actor id `j` corresponds to the `i`th action executed
48  * by the actor with id `j` (viz. the `i`th step of actor `j`).
49  * Executions can stand alone on their own or can extend
50  * the execution of other sequences
51  *
52  * Executions are conceived based on the following papers:
53  * 1. "Source Sets: A Foundation for Optimal Dynamic Partial Order Reduction"
54  * by Abdulla et al.
55  *
56  * In addition to representing an actual steps taken,
57  * an execution keeps track of the "happens-before"
58  * relation among the transitions in the execution
59  * by following the procedure outlined in section 4 of the
60  * original DPOR paper with clock vectors.
61  * As new transitions are added to the execution, clock vectors are
62  * computed as appropriate and associated with the corresponding position
63  * in the execution. This allows us to determine “happens-before” in
64  * constant-time between points in the execution (called events
65  * [which is unfortunately the same name used in UDPOR for a slightly
66  * different concept]), albeit for an up-front cost of traversing the
67  * execution stack. The happens-before relation is important in many
68  * places in SDPOR and ODPOR.
69  *
70  * @note: For more nuanced happens-before relations, clock
71  * vectors may not always suffice. Clock vectors work
72  * well with transition-based dependencies like that used in
73  * SimGrid; but to have a more refined independence relation,
74  * an event-based dependency approach is needed. See the section 2
75  * in the ODPOR paper [1] concerning event-based dependencies and
76  * how the happens-before relation can be refined in a
77  * computation model much like that of SimGrid. In fact, the same issue
78  * arrises with UDPOR with context-sensitive dependencies:
79  * the two concepts are analogous if not identical
80  */
81 class Execution {
82 private:
83   std::vector<Event> contents_;
84   Execution(std::vector<Event>&& contents) : contents_(std::move(contents)) {}
85
86 public:
87   using Handle      = decltype(contents_)::const_iterator;
88   using EventHandle = uint32_t;
89
90   Execution()                            = default;
91   Execution(const Execution&)            = default;
92   Execution& operator=(Execution const&) = default;
93   Execution(Execution&&)                 = default;
94
95   size_t size() const { return this->contents_.size(); }
96   bool empty() const { return this->contents_.empty(); }
97   auto begin() const { return this->contents_.begin(); }
98   auto end() const { return this->contents_.end(); }
99
100   /**
101    * @brief Computes the "core" portion the SDPOR algorithm,
102    * viz. the intersection of the backtracking set and the
103    * set of initials with respect to the *last* event added
104    * to the execution
105    *
106    * The "core" portion of the SDPOR algorithm is found on
107    * lines 6-9 of the pseudocode:
108    *
109    * 6 | let E' := pre(E, e)
110    * 7 | let v :=  notdep(e, E).p
111    * 8 | if I_[E'](v) ∩ backtrack(E') = empty then
112    * 9 |    --> add some q in I_[E'](v) to backtrack(E')
113    *
114    * This method computes all of the lines simultaneously,
115    * returning some actor `q` if it passes line 8 and exists.
116    * The event `e` and the set `backtrack(E')` are the provided
117    * arguments to the method.
118    *
119    * @param e the event with respect to which to determine
120    * whether a backtrack point needs to be added for the
121    * prefix corresponding to the execution prior to `e`
122    *
123    * @param backtrack_set The set of actors which should
124    * not be considered for selection as an SDPOR initial.
125    * While this set need not necessarily correspond to the
126    * backtrack set `backtrack(E')`, doing so provides what
127    * is expected for SDPOR
128    *
129    * See the SDPOR algorithm pseudocode in [1] for more
130    * details for the context of the function.
131    *
132    * @invariant: This method assumes that events `e` and
133    * `e' := get_latest_event_handle()` are in a *reversible* race
134    * as is explicitly the case in SDPOR
135    *
136    * @returns an actor not contained in `disqualified` which
137    * can serve as an initial to reverse the race between `e`
138    * and `e'`
139    */
140   std::optional<aid_t> get_first_sdpor_initial_from(EventHandle e, std::unordered_set<aid_t> backtrack_set) const;
141
142   /**
143    * @brief For a given sequence of actors `v` and a sequence of transitions `w`,
144    * computes the sequence, if any, that should be inserted as a child a WakeupTree for
145    * this execution
146    */
147   std::optional<PartialExecution> get_shortest_odpor_sq_subset_insertion(const PartialExecution& v,
148                                                                          const PartialExecution& w) const;
149
150   /**
151    * @brief For a given reversible race
152    */
153   std::optional<PartialExecution> get_odpor_extension_from(EventHandle, EventHandle,
154                                                            std::unordered_set<aid_t> sleep_set,
155                                                            std::unordered_set<aid_t> enabled_actors) const;
156
157   bool is_initial_after_execution(const PartialExecution& w, aid_t p) const;
158   bool is_independent_with_execution(const PartialExecution& w, std::shared_ptr<Transition> next_E_p) const;
159
160   /**
161    * @brief Determines the event associated with
162    * the given handle `handle`
163    */
164   const Event& get_event_with_handle(EventHandle handle) const { return contents_[handle]; }
165
166   /**
167    * @brief Determines the actor associated with
168    * the given event handle `handle`
169    */
170   aid_t get_actor_with_handle(EventHandle handle) const { return get_event_with_handle(handle).get_transition()->aid_; }
171
172   /**
173    * @brief Returns a handle to the newest event of the execution,
174    * if such an event exists
175    */
176   std::optional<EventHandle> get_latest_event_handle() const
177   {
178     return contents_.empty() ? std::nullopt : std::optional<EventHandle>{static_cast<EventHandle>(size() - 1)};
179   }
180
181   /**
182    * @brief Returns a set of events which are in
183    * "immediate conflict" (according to the definition given
184    * in the ODPOR paper) with the given event
185    *
186    * Two events `e` and `e'` in an execution `E` are said to
187    * race iff
188    *
189    * 1. `proc(e) != proc(e')`; that is, the events correspond to
190    * the execution of different actors
191    * 2. `e -->_E e'` and there is no `e''` in `E` such that
192    *  `e -->_E e''` and `e'' -->_E e'`; that is, the two events
193    * "happen-before" one another in `E` and no other event in
194    * `E` "happens-between" `e` and `e'`
195    *
196    * @param handle the event with respect to which races are
197    * computed
198    * @returns a set of event handles from which race with `handle`
199    */
200   std::unordered_set<EventHandle> get_racing_events_of(EventHandle handle) const;
201
202   /**
203    * @brief Computes `pre(e, E)` as described in ODPOR [1]
204    *
205    * The execution `pre(e, E)` for an event `e` in an
206    * execution `E` is the contiguous prefix of events
207    * `E' <= E` up to by excluding the event `e` itself.
208    * The prefix intuitively represents the "history" of
209    * causes that permitted event `e` to exist (roughly
210    * speaking)
211    */
212   Execution get_prefix_before(EventHandle) const;
213
214   /**
215    * @brief Whether the event represented by `e1`
216    * "happens-before" the event represented by
217    * `e2` in the context of this execution
218    *
219    * In the terminology of the ODPOR paper,
220    * this function computes
221    *
222    * `e1 --->_E e2`
223    *
224    * where `E` is this execution
225    *
226    * @note: The happens-before relation computed by this
227    * execution is "coarse" in the sense that context-sensitive
228    * independence is not exploited. To include such context-sensitive
229    * dependencies requires a new method of keeping track of
230    * the happens-before procedure, which is nontrivial...
231    */
232   bool happens_before(EventHandle e1, EventHandle e2) const;
233
234   /**
235    * @brief Extends the execution by one more step
236    *
237    * Intutively, pushing a transition `t` onto execution `E`
238    * is equivalent to making the execution become (using the
239    * notation of [1]) `E.proc(t)` where `proc(t)` is the
240    * actor which executed transition `t`.
241    */
242   void push_transition(std::shared_ptr<Transition>);
243 };
244
245 } // namespace simgrid::mc::odpor
246 #endif