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Move state stack management to member on UnfoldingChecker
[simgrid.git] / src / mc / explo / UdporChecker.cpp
index 812a2e6..492b808 100644 (file)
  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
 
 #include "src/mc/explo/UdporChecker.hpp"
+#include "src/mc/api/State.hpp"
+#include "src/mc/explo/udpor/Comb.hpp"
+#include "src/mc/explo/udpor/ExtensionSetCalculator.hpp"
+#include "src/mc/explo/udpor/History.hpp"
+#include "src/mc/explo/udpor/maximal_subsets_iterator.hpp"
+
+#include <xbt/asserts.h>
 #include <xbt/log.h>
+#include <xbt/string.hpp>
 
-XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_udpor, mc, "Logging specific to MC safety verification ");
+XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(mc_udpor, mc, "Logging specific to verification using UDPOR");
 
-namespace simgrid::mc {
+namespace simgrid::mc::udpor {
+
+UdporChecker::UdporChecker(const std::vector<char*>& args) : Exploration(args, true) {}
+
+void UdporChecker::run()
+{
+  XBT_INFO("Starting a UDPOR exploration");
+  state_stack.clear();
+  state_stack.push_back(get_current_state());
+  explore(Configuration(), EventSet(), EventSet(), EventSet());
+  XBT_INFO("UDPOR exploration terminated -- model checking completed");
+}
+
+void UdporChecker::explore(const Configuration& C, EventSet D, EventSet A, EventSet prev_exC)
+{
+  auto& stateC   = *state_stack.back();
+  auto exC       = compute_exC(C, stateC, prev_exC);
+  const auto enC = compute_enC(C, exC);
+
+  // If enC is a subset of D, intuitively
+  // there aren't any enabled transitions
+  // which are "worth" exploring since their
+  // exploration would lead to a so-called
+  // "sleep-set blocked" trace.
+  if (enC.is_subset_of(D)) {
+    if (not C.get_events().empty()) {
+      // Report information...
+    }
+
+    // When `en(C)` is empty, intuitively this means that there
+    // are no enabled transitions that can be executed from the
+    // state reached by `C` (denoted `state(C)`), i.e. by some
+    // execution of the transitions in C obeying the causality
+    // relation. Here, then, we may be in a deadlock (the other
+    // possibility is that we've finished running everything, and
+    // we wouldn't be in deadlock then)
+    if (enC.empty()) {
+      get_remote_app().check_deadlock();
+    }
+
+    return;
+  }
+
+  // TODO: Add verbose logging about which event is being explored
+
+  const UnfoldingEvent* e = select_next_unfolding_event(A, enC);
+  xbt_assert(e != nullptr, "\n\n****** INVARIANT VIOLATION ******\n"
+                           "UDPOR guarantees that an event will be chosen at each point in\n"
+                           "the search, yet no events were actually chosen\n"
+                           "*********************************\n\n");
+  // Ce := C + {e}
+  Configuration Ce = C;
+  Ce.add_event(e);
+
+  A.remove(e);
+  exC.remove(e);
+
+  // Explore(C + {e}, D, A \ {e})
+
+  // Move the application into stateCe (i.e. `state(C + {e})`) and make note of that state
+  move_to_stateCe(stateC, *e);
+  state_stack.push_back(record_current_state());
+
+  explore(Ce, D, std::move(A), std::move(exC));
+
+  //  Prepare to move the application back one state.
+  // We need only remove the state from the stack here: if we perform
+  // another `Explore()` after computing an alternative, at that
+  // point we'll actually create a fresh RemoteProcess
+  state_stack.pop_back();
+
+  // D <-- D + {e}
+  D.insert(e);
+
+  constexpr unsigned K = 10;
+  if (auto J = C.compute_k_partial_alternative_to(D, this->unfolding, K); J.has_value()) {
+    // Before searching the "right half", we need to make
+    // sure the program actually reflects the fact
+    // that we are searching again from `state(C)`. While the
+    // stack of states is properly adjusted to represent
+    // `state(C)` all together, the RemoteApp is currently sitting
+    // at some *future* state with resepct to `state(C)` since the
+    // recursive calls have moved it there.
+    restore_program_state_with_current_stack();
+
+    // Explore(C, D + {e}, J \ C)
+    auto J_minus_C = J.value().get_events().subtracting(C.get_events());
+    explore(C, D, std::move(J_minus_C), std::move(prev_exC));
+  }
+
+  // D <-- D - {e}
+  D.remove(e);
+
+  // Remove(e, C, D)
+  clean_up_explore(e, C, D);
+}
+
+EventSet UdporChecker::compute_exC(const Configuration& C, const State& stateC, const EventSet& prev_exC)
+{
+  // See eqs. 5.7 of section 5.2 of [3]
+  // C = C' + {e_cur}, i.e. C' = C - {e_cur}
+  //
+  // Then
+  //
+  // ex(C) = ex(C' + {e_cur}) = ex(C') / {e_cur} +
+  //    U{<a, K> : K is maximal, `a` depends on all of K, `a` enabled at config(K) }
+  const UnfoldingEvent* e_cur = C.get_latest_event();
+  EventSet exC                = prev_exC;
+  exC.remove(e_cur);
+
+  for (const auto& [aid, actor_state] : stateC.get_actors_list()) {
+    for (const auto& transition : actor_state.get_enabled_transitions()) {
+      EventSet extension = ExtensionSetCalculator::partially_extend(C, &unfolding, transition);
+      exC.form_union(extension);
+    }
+  }
+  return exC;
+}
+
+EventSet UdporChecker::compute_exC_by_enumeration(const Configuration& C, const std::shared_ptr<Transition> action)
+{
+  // Here we're computing the following:
+  //
+  // U{<a, K> : K is maximal, `a` depends on all of K, `a` enabled at config(K) }
+  //
+  // where `a` is the `action` given to us. Note that `a` is presumed to be enabled
+  EventSet incremental_exC;
 
-UdporChecker::UdporChecker(const std::vector<char*>& args) : Exploration(args) {}
+  for (auto begin =
+           maximal_subsets_iterator(C, {[&](const UnfoldingEvent* e) { return e->is_dependent_with(action.get()); }});
+       begin != maximal_subsets_iterator(); ++begin) {
+    const EventSet& maximal_subset = *begin;
 
-void UdporChecker::run() {}
+    // Determining if `a` is enabled here might not be possible while looking at `a` opaquely
+    // We leave the implementation as-is to ensure that any addition would be simple
+    // if it were ever added
+    const bool enabled_at_config_k = false;
+
+    if (enabled_at_config_k) {
+      auto event        = std::make_unique<UnfoldingEvent>(maximal_subset, action);
+      const auto handle = unfolding.insert(std::move(event));
+      incremental_exC.insert(handle);
+    }
+  }
+  return incremental_exC;
+}
+
+EventSet UdporChecker::compute_enC(const Configuration& C, const EventSet& exC) const
+{
+  EventSet enC;
+  for (const auto e : exC) {
+    if (not e->conflicts_with(C)) {
+      enC.insert(e);
+    }
+  }
+  return enC;
+}
+
+void UdporChecker::move_to_stateCe(State& state, const UnfoldingEvent& e)
+{
+  const aid_t next_actor = e.get_transition()->aid_;
+
+  // TODO: Add the trace if possible for reporting a bug
+  xbt_assert(next_actor >= 0, "\n\n****** INVARIANT VIOLATION ******\n"
+                              "In reaching this execution path, UDPOR ensures that at least one\n"
+                              "one transition of the state of an visited event is enabled, yet no\n"
+                              "state was actually enabled. Please report this as a bug.\n"
+                              "*********************************\n\n");
+  state.execute_next(next_actor, get_remote_app());
+}
+
+void UdporChecker::restore_program_state_with_current_stack()
+{
+  get_remote_app().restore_initial_state();
+
+  /* Traverse the stack from the state at position start and re-execute the transitions */
+  for (const std::unique_ptr<State>& state : state_stack) {
+    if (state == state_stack.back()) /* If we are arrived on the target state, don't replay the outgoing transition */
+      break;
+    state->get_transition()->replay(get_remote_app());
+  }
+}
+
+std::unique_ptr<State> UdporChecker::record_current_state()
+{
+  auto next_state = this->get_current_state();
+
+  // In UDPOR, we care about all enabled transitions in a given state
+  next_state->consider_all();
+
+  return next_state;
+}
+
+const UnfoldingEvent* UdporChecker::select_next_unfolding_event(const EventSet& A, const EventSet& enC)
+{
+  if (!enC.empty()) {
+    return *(enC.begin());
+  }
+
+  for (const auto& event : A) {
+    if (enC.contains(event)) {
+      return event;
+    }
+  }
+  return nullptr;
+}
+
+void UdporChecker::clean_up_explore(const UnfoldingEvent* e, const Configuration& C, const EventSet& D)
+{
+  const EventSet C_union_D              = C.get_events().make_union(D);
+  const EventSet es_immediate_conflicts = this->unfolding.get_immediate_conflicts_of(e);
+  const EventSet Q_CDU                  = C_union_D.make_union(es_immediate_conflicts.get_local_config());
+
+  // Move {e} \ Q_CDU from U to G
+  if (Q_CDU.contains(e)) {
+    this->unfolding.remove(e);
+  }
+
+  // foreach ê in #ⁱ_U(e)
+  for (const auto* e_hat : es_immediate_conflicts) {
+    // Move [ê] \ Q_CDU from U to G
+    const EventSet to_remove = e_hat->get_history().subtracting(Q_CDU);
+    this->unfolding.remove(to_remove);
+  }
+}
 
 RecordTrace UdporChecker::get_record_trace()
 {
   RecordTrace res;
+  for (auto const& state : state_stack)
+    res.push_back(state->get_transition());
   return res;
 }
 
 std::vector<std::string> UdporChecker::get_textual_trace()
 {
   std::vector<std::string> trace;
+  for (auto const& state : state_stack) {
+    const auto* t = state->get_transition();
+    trace.push_back(xbt::string_printf("%ld: %s", t->aid_, t->to_string().c_str()));
+  }
   return trace;
 }
 
+} // namespace simgrid::mc::udpor
+
+namespace simgrid::mc {
+
 Exploration* create_udpor_checker(const std::vector<char*>& args)
 {
-  return new UdporChecker(args);
+  return new simgrid::mc::udpor::UdporChecker(args);
 }
 
 } // namespace simgrid::mc