Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Implement reforks by forking the application, to save the app exec time
[simgrid.git] / src / mc / remote / CheckerSide.cpp
index 086afec..a19f093 100644 (file)
-/* Copyright (c) 2007-2021. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
+/* Copyright (c) 2007-2023. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
 
 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
 
 #include "src/mc/remote/CheckerSide.hpp"
+#include "src/mc/explo/Exploration.hpp"
+#include "src/mc/explo/LivenessChecker.hpp"
+#include "src/mc/sosp/RemoteProcessMemory.hpp"
+#include "xbt/system_error.hpp"
+
+#ifdef __linux__
+#include <sys/prctl.h>
+#endif
+
+#include <boost/tokenizer.hpp>
 #include <csignal>
+#include <fcntl.h>
+#include <sys/ptrace.h>
 #include <sys/wait.h>
 
-namespace simgrid {
-namespace mc {
+#ifdef __linux__
+#define WAITPID_CHECKED_FLAGS __WALL
+#else
+#define WAITPID_CHECKED_FLAGS 0
+#endif
+
+XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_checkerside, mc, "MC communication with the application");
+
+static simgrid::config::Flag<std::string> _sg_mc_setenv{
+    "model-check/setenv", "Extra environment variables to pass to the child process (ex: 'AZE=aze;QWE=qwe').", "",
+    [](std::string_view value) {
+      xbt_assert(value.empty() || value.find('=', 0) != std::string_view::npos,
+                 "The 'model-check/setenv' parameter must be like 'AZE=aze', but it does not contain an equal sign.");
+    }};
+
+namespace simgrid::mc {
+
+XBT_ATTRIB_NORETURN static void run_child_process(int socket, const std::vector<char*>& args, bool need_ptrace)
+{
+  /* On startup, simix_global_init() calls simgrid::mc::Client::initialize(), which checks whether the MC_ENV_SOCKET_FD
+   * env variable is set. If so, MC mode is assumed, and the client is setup from its side
+   */
+
+#ifdef __linux__
+  // Make sure we do not outlive our parent
+  sigset_t mask;
+  sigemptyset(&mask);
+  xbt_assert(sigprocmask(SIG_SETMASK, &mask, nullptr) >= 0, "Could not unblock signals");
+  xbt_assert(prctl(PR_SET_PDEATHSIG, SIGHUP) == 0, "Could not PR_SET_PDEATHSIG");
+#endif
+
+  // Remove CLOEXEC to pass the socket to the application
+  int fdflags = fcntl(socket, F_GETFD, 0);
+  xbt_assert(fdflags != -1 && fcntl(socket, F_SETFD, fdflags & ~FD_CLOEXEC) != -1,
+             "Could not remove CLOEXEC for socket");
+
+  setenv(MC_ENV_SOCKET_FD, std::to_string(socket).c_str(), 1);
+  if (need_ptrace)
+    setenv("MC_NEED_PTRACE", "1", 1);
+
+  /* Setup the tokenizer that parses the cfg:model-check/setenv parameter */
+  using Tokenizer = boost::tokenizer<boost::char_separator<char>>;
+  boost::char_separator<char> semicol_sep(";");
+  boost::char_separator<char> equal_sep("=");
+  Tokenizer token_vars(_sg_mc_setenv.get(), semicol_sep); /* Iterate over all FOO=foo parts */
+  for (const auto& token : token_vars) {
+    std::vector<std::string> kv;
+    Tokenizer token_kv(token, equal_sep);
+    for (const auto& t : token_kv) /* Iterate over 'FOO' and then 'foo' in that 'FOO=foo' */
+      kv.push_back(t);
+    xbt_assert(kv.size() == 2, "Parse error on 'model-check/setenv' value %s. Does it contain an equal sign?",
+               token.c_str());
+    XBT_INFO("setenv '%s'='%s'", kv[0].c_str(), kv[1].c_str());
+    setenv(kv[0].c_str(), kv[1].c_str(), 1);
+  }
+
+  /* And now, exec the child process */
+  int i = 1;
+  while (args[i] != nullptr && args[i][0] == '-')
+    i++;
+
+  xbt_assert(args[i] != nullptr,
+             "Unable to find a binary to exec on the command line. Did you only pass config flags?");
+
+  execvp(args[i], args.data() + i);
+  XBT_CRITICAL("The model-checked process failed to exec(%s): %s.\n"
+               "        Make sure that your binary exists on disk and is executable.",
+               args[i], strerror(errno));
+  if (strchr(args[i], '=') != nullptr)
+    XBT_CRITICAL("If you want to pass environment variables to the application, please use --cfg=model-check/setenv:%s",
+                 args[i]);
+
+  xbt_die("Aborting now.");
+}
+
+static void wait_application_process(pid_t pid)
+{
+  XBT_DEBUG("Waiting for the model-checked process");
+  int status;
+
+  // The model-checked process SIGSTOP itself to signal it's ready:
+  xbt_assert(waitpid(pid, &status, WAITPID_CHECKED_FLAGS) == pid && WIFSTOPPED(status) && WSTOPSIG(status) == SIGSTOP,
+             "Could not wait model-checked process");
+
+  errno = 0;
+#ifdef __linux__
+  ptrace(PTRACE_SETOPTIONS, pid, nullptr, PTRACE_O_TRACEEXIT);
+  ptrace(PTRACE_CONT, pid, 0, 0);
+#elif defined BSD
+  ptrace(PT_CONTINUE, pid, (caddr_t)1, 0);
+#else
+#error "no ptrace equivalent coded for this platform"
+#endif
+  xbt_assert(errno == 0,
+             "Ptrace does not seem to be usable in your setup (errno: %d). "
+             "If you run from within a docker, adding `--cap-add SYS_PTRACE` to the docker line may help. "
+             "If it does not help, please report this bug.",
+             errno);
+}
 
-void CheckerSide::start(void (*handler)(int, short, void*), ModelChecker* mc)
+void CheckerSide::setup_events(bool socket_only)
 {
   auto* base = event_base_new();
   base_.reset(base);
 
-  auto* socket_event = event_new(base, get_channel().get_socket(), EV_READ | EV_PERSIST, handler, mc);
-  event_add(socket_event, nullptr);
-  socket_event_.reset(socket_event);
+  socket_event_ = event_new(
+      base, get_channel().get_socket(), EV_READ | EV_PERSIST,
+      [](evutil_socket_t, short events, void* arg) {
+        auto checker = static_cast<simgrid::mc::CheckerSide*>(arg);
+        if (events == EV_READ) {
+          std::array<char, MC_MESSAGE_LENGTH> buffer;
+          ssize_t size = recv(checker->get_channel().get_socket(), buffer.data(), buffer.size(), MSG_DONTWAIT);
+          if (size == -1) {
+            XBT_ERROR("Channel::receive failure: %s", strerror(errno));
+            if (errno != EAGAIN)
+              throw simgrid::xbt::errno_error();
+          }
 
-  auto* signal_event = event_new(base, SIGCHLD, EV_SIGNAL | EV_PERSIST, handler, mc);
-  event_add(signal_event, nullptr);
-  signal_event_.reset(signal_event);
+          if (size == 0) // The app closed the socket. It must be dead by now.
+            checker->handle_waitpid();
+          else if (not checker->handle_message(buffer.data(), size))
+            checker->break_loop();
+        } else {
+          xbt_die("Unexpected event");
+        }
+      },
+      this);
+  event_add(socket_event_, nullptr);
+
+  if (socket_only) {
+    signal_event_ = nullptr;
+  } else {
+    signal_event_ = event_new(
+        base, SIGCHLD, EV_SIGNAL | EV_PERSIST,
+        [](evutil_socket_t sig, short events, void* arg) {
+          auto checker = static_cast<simgrid::mc::CheckerSide*>(arg);
+          if (events == EV_SIGNAL) {
+            if (sig == SIGCHLD)
+              checker->handle_waitpid();
+            else
+              xbt_die("Unexpected signal: %d", sig);
+          } else {
+            xbt_die("Unexpected event");
+          }
+        },
+        this);
+    event_add(signal_event_, nullptr);
+  }
+}
+
+/* When this constructor is called, no other checkerside exists */
+CheckerSide::CheckerSide(const std::vector<char*>& args, bool need_memory_info) : running_(true)
+{
+  // Create an AF_LOCAL socketpair used for exchanging messages between the model-checker process (ancestor)
+  // and the application process (child)
+  int sockets[2];
+  xbt_assert(socketpair(AF_LOCAL, SOCK_SEQPACKET | SOCK_CLOEXEC, 0, sockets) != -1, "Could not create socketpair: %s",
+             strerror(errno));
+
+  pid_ = fork();
+  xbt_assert(pid_ >= 0, "Could not fork application process");
+
+  if (pid_ == 0) { // Child
+    ::close(sockets[1]);
+    run_child_process(sockets[0], args, need_memory_info); // We need ptrace if we need the mem info
+    DIE_IMPOSSIBLE;
+  }
+
+  // Parent (model-checker):
+  ::close(sockets[0]);
+  channel_.reset_socket(sockets[1]);
+
+  setup_events(false); /* we need a signal handler too */
+  if (need_memory_info) {
+    // setup ptrace and sync with the app
+    wait_application_process(pid_);
+
+    // Request the initial memory on need
+    channel_.send(MessageType::NEED_MEMINFO);
+    s_mc_message_need_meminfo_reply_t answer;
+    ssize_t answer_size = channel_.receive(answer);
+    xbt_assert(answer_size != -1, "Could not receive message");
+    xbt_assert(answer.type == MessageType::NEED_MEMINFO_REPLY,
+               "The received message is not the NEED_MEMINFO_REPLY I was expecting but of type %s",
+               to_c_str(answer.type));
+    xbt_assert(answer_size == sizeof answer, "Broken message (size=%zd; expected %zu)", answer_size, sizeof answer);
+
+    /* We now have enough info to create the memory address space */
+    remote_memory_ = std::make_unique<simgrid::mc::RemoteProcessMemory>(pid_, answer.mmalloc_default_mdp);
+  }
+
+  wait_for_requests();
+}
+
+CheckerSide::~CheckerSide()
+{
+  event_del(socket_event_);
+  event_free(socket_event_);
+  if (signal_event_ != nullptr) {
+    event_del(signal_event_);
+    event_free(signal_event_);
+  }
+}
+
+/* This constructor is called when cloning a checkerside to get its application to fork away */
+CheckerSide::CheckerSide(int socket, CheckerSide* child_checker)
+    : channel_(socket), running_(true), child_checker_(child_checker)
+{
+  setup_events(true); // We already have a signal handled in that case
+
+  s_mc_message_int_t answer;
+  ssize_t s = get_channel().receive(answer);
+  xbt_assert(s != -1, "Could not receive answer to FORK_REPLY");
+  xbt_assert(s == sizeof answer, "Broken message (size=%zd; expected %zu)", s, sizeof answer);
+  xbt_assert(answer.type == MessageType::FORK_REPLY,
+             "Received unexpected message %s (%i); expected MessageType::FORK_REPLY (%i)", to_c_str(answer.type),
+             (int)answer.type, (int)MessageType::FORK_REPLY);
+  pid_ = answer.value;
+
+  wait_for_requests();
 }
 
-void CheckerSide::dispatch()
+std::unique_ptr<CheckerSide> CheckerSide::clone(int master_socket)
+{
+  s_mc_message_int_t m = {};
+  m.type               = MessageType::FORK;
+  m.value              = getpid();
+  xbt_assert(get_channel().send(m) == 0, "Could not ask the app to fork on need.");
+
+  int sock = accept(master_socket, nullptr /* I know who's connecting*/, nullptr);
+  xbt_assert(sock > 0, "Cannot accept the incomming connection of the forked app: %s.", strerror(errno));
+
+  return std::make_unique<CheckerSide>(sock, this);
+}
+
+void CheckerSide::finalize(bool terminate_asap)
+{
+  s_mc_message_int_t m = {};
+  m.type               = MessageType::FINALIZE;
+  m.value              = terminate_asap;
+  xbt_assert(get_channel().send(m) == 0, "Could not ask the app to finalize on need");
+
+  s_mc_message_t answer;
+  ssize_t s = get_channel().receive(answer);
+  xbt_assert(s != -1, "Could not receive answer to FINALIZE");
+  xbt_assert(s == sizeof answer, "Broken message (size=%zd; expected %zu)", s, sizeof answer);
+  xbt_assert(answer.type == MessageType::FINALIZE_REPLY,
+             "Received unexpected message %s (%i); expected MessageType::FINALIZE_REPLY (%i)", to_c_str(answer.type),
+             (int)answer.type, (int)MessageType::FINALIZE_REPLY);
+}
+
+void CheckerSide::dispatch_events() const
 {
   event_base_dispatch(base_.get());
 }
 
-void CheckerSide::break_loop()
+void CheckerSide::break_loop() const
 {
   event_base_loopbreak(base_.get());
 }
 
-} // namespace mc
-} // namespace simgrid
+bool CheckerSide::handle_message(const char* buffer, ssize_t size)
+{
+  s_mc_message_t base_message;
+  xbt_assert(size >= (ssize_t)sizeof(base_message), "Broken message. Got only %ld bytes.", size);
+  memcpy(&base_message, buffer, sizeof(base_message));
+
+  switch (base_message.type) {
+    case MessageType::IGNORE_HEAP: {
+      if (remote_memory_ != nullptr) {
+        s_mc_message_ignore_heap_t message;
+        xbt_assert(size == sizeof(message), "Broken message");
+        memcpy(&message, buffer, sizeof(message));
+
+        IgnoredHeapRegion region;
+        region.block    = message.block;
+        region.fragment = message.fragment;
+        region.address  = message.address;
+        region.size     = message.size;
+        get_remote_memory()->ignore_heap(region);
+      } else {
+        XBT_INFO("Ignoring a IGNORE_HEAP message because we don't need to introspect memory.");
+      }
+      break;
+    }
+
+    case MessageType::UNIGNORE_HEAP: {
+      if (remote_memory_ != nullptr) {
+        s_mc_message_ignore_memory_t message;
+        xbt_assert(size == sizeof(message), "Broken message");
+        memcpy(&message, buffer, sizeof(message));
+        get_remote_memory()->unignore_heap((void*)message.addr, message.size);
+      } else {
+        XBT_INFO("Ignoring an UNIGNORE_HEAP message because we don't need to introspect memory.");
+      }
+      break;
+    }
+
+    case MessageType::IGNORE_MEMORY: {
+      if (remote_memory_ != nullptr) {
+        s_mc_message_ignore_memory_t message;
+        xbt_assert(size == sizeof(message), "Broken message");
+        memcpy(&message, buffer, sizeof(message));
+        get_remote_memory()->ignore_region(message.addr, message.size);
+      } else {
+        XBT_INFO("Ignoring an IGNORE_MEMORY message because we don't need to introspect memory.");
+      }
+      break;
+    }
+
+    case MessageType::STACK_REGION: {
+      if (remote_memory_ != nullptr) {
+        s_mc_message_stack_region_t message;
+        xbt_assert(size == sizeof(message), "Broken message");
+        memcpy(&message, buffer, sizeof(message));
+        get_remote_memory()->stack_areas().push_back(message.stack_region);
+      } else {
+        XBT_INFO("Ignoring an STACK_REGION message because we don't need to introspect memory.");
+      }
+      break;
+    }
+
+    case MessageType::REGISTER_SYMBOL: {
+      s_mc_message_register_symbol_t message;
+      xbt_assert(size == sizeof(message), "Broken message");
+      memcpy(&message, buffer, sizeof(message));
+      xbt_assert(not message.callback, "Support for client-side function proposition is not implemented.");
+      XBT_DEBUG("Received symbol: %s", message.name.data());
+
+      LivenessChecker::automaton_register_symbol(*get_remote_memory(), message.name.data(), remote((int*)message.data));
+      break;
+    }
+
+    case MessageType::WAITING:
+      return false;
+
+    case MessageType::ASSERTION_FAILED:
+      Exploration::get_instance()->report_assertion_failure();
+      break;
+
+    default:
+      xbt_die("Unexpected message from the application");
+  }
+  return true;
+}
+
+void CheckerSide::wait_for_requests()
+{
+  XBT_DEBUG("Resume the application");
+  if (get_channel().send(MessageType::CONTINUE) != 0)
+    throw xbt::errno_error();
+  clear_memory_cache();
+
+  if (running())
+    dispatch_events();
+}
+
+void CheckerSide::clear_memory_cache()
+{
+  if (remote_memory_)
+    remote_memory_->clear_cache();
+}
+
+void CheckerSide::handle_dead_child(int status)
+{
+  // From PTRACE_O_TRACEEXIT:
+#ifdef __linux__
+  if (status >> 8 == (SIGTRAP | (PTRACE_EVENT_EXIT << 8))) {
+    unsigned long eventmsg;
+    xbt_assert(ptrace(PTRACE_GETEVENTMSG, pid_, 0, &eventmsg) != -1, "Could not get exit status");
+    status = static_cast<int>(eventmsg);
+    if (WIFSIGNALED(status)) {
+      this->terminate();
+      Exploration::get_instance()->report_crash(status);
+    }
+  }
+#endif
+
+  // We don't care about non-lethal signals, just reinject them:
+  if (WIFSTOPPED(status)) {
+    XBT_DEBUG("Stopped with signal %i", (int)WSTOPSIG(status));
+    errno = 0;
+#ifdef __linux__
+    ptrace(PTRACE_CONT, pid_, 0, WSTOPSIG(status));
+#elif defined BSD
+    ptrace(PT_CONTINUE, pid_, (caddr_t)1, WSTOPSIG(status));
+#endif
+    xbt_assert(errno == 0, "Could not PTRACE_CONT: %s", strerror(errno));
+  }
+
+  else if (WIFSIGNALED(status)) {
+    this->terminate();
+    Exploration::get_instance()->report_crash(status);
+  } else if (WIFEXITED(status)) {
+    XBT_DEBUG("Child process is over");
+    this->terminate();
+  }
+}
+
+void CheckerSide::handle_waitpid()
+{
+  XBT_DEBUG("Check for wait event");
+
+  if (child_checker_ == nullptr) { // Wait directly
+    int status;
+    pid_t pid;
+    while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) != 0) {
+      if (pid == -1) {
+        if (errno == ECHILD) { // No more children:
+          xbt_assert(not this->running(), "Inconsistent state");
+          break;
+        } else {
+          xbt_die("Could not wait for pid: %s", strerror(errno));
+        }
+      }
+
+      if (pid == get_pid())
+        handle_dead_child(status);
+    }
+
+  } else { // Ask our proxy to wait for us
+
+    s_mc_message_int_t request = {};
+    request.type               = MessageType::WAIT_CHILD;
+    request.value              = pid_;
+    xbt_assert(child_checker_->get_channel().send(request) == 0,
+               "Could not ask my child to waitpid its child for me: %s", strerror(errno));
+
+    s_mc_message_int_t answer;
+    ssize_t answer_size = child_checker_->get_channel().receive(answer);
+    xbt_assert(answer_size != -1, "Could not receive message");
+    xbt_assert(answer.type == MessageType::WAIT_CHILD_REPLY,
+               "The received message is not the WAIT_CHILD_REPLY I was expecting but of type %s",
+               to_c_str(answer.type));
+    xbt_assert(answer_size == sizeof answer, "Broken message (size=%zd; expected %zu)", answer_size, sizeof answer);
+    handle_dead_child(answer.value);
+  }
+}
+} // namespace simgrid::mc