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Move UDPOR constructs out of udpor_global.cpp
[simgrid.git] / src / mc / explo / UdporChecker.cpp
index f60db43..df1b429 100644 (file)
-/* Copyright (c) 2016-2022. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
+/* Copyright (c) 2016-2023. 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/explo/UdporChecker.hpp"
+#include <xbt/asserts.h>
 #include <xbt/log.h>
 
-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)
+{
+  /* Create initial data structures, if any ...*/
+
+  // TODO: Initialize state structures for the search
+}
+
+void UdporChecker::run()
+{
+  XBT_INFO("Starting a UDPOR exploration");
+  // NOTE: `A`, `D`, and `C` are derived from the
+  // original UDPOR paper [1], while `prev_exC` arises
+  // from the incremental computation of ex(C) from [3]
+  EventSet A, D;
+  Configuration C;
+  EventSet prev_exC;
+
+  auto initial_state          = get_current_state();
+  const auto initial_state_id = state_manager_.record_state(std::move(initial_state));
+  const auto root_event       = std::make_unique<UnfoldingEvent>(-1, "", EventSet(), initial_state_id);
+  explore(std::move(C), std::move(A), std::move(D), {}, root_event.get(), std::move(prev_exC));
+
+  XBT_INFO("UDPOR exploration terminated -- model checking completed");
+}
+
+void UdporChecker::explore(Configuration C, EventSet D, EventSet A, std::list<EventSet> max_evt_history,
+                           UnfoldingEvent* e_cur, EventSet prev_exC)
+{
+  // Perform the incremental computation of exC
+  auto [exC, enC] = compute_extension(C, max_evt_history, e_cur, prev_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 (C.get_events().size() > 0) {
+
+      // g_var::nb_traces++;
 
-UdporChecker::UdporChecker(const std::vector<char*>& args) : Exploration(args) {}
+      // TODO: Log here correctly
+      // XBT_DEBUG("\n Exploring executions: %d : \n", g_var::nb_traces);
+      // ...
+      // ...
+    }
 
-void UdporChecker::run() {}
+    // 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 would be in a deadlock.
+    if (enC.empty()) {
+      get_remote_app().check_deadlock();
+    }
+
+    return;
+  }
+
+  // TODO: Add verbose logging about which event is being explored
+
+  const auto next_state_id = observe_unfolding_event(*e_cur);
+
+  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");
+  e->set_state_id(next_state_id);
+
+  // Ce := C + {e}
+  Configuration Ce = C;
+  Ce.add_event(e);
+
+  max_evt_history.push_back(Ce.get_maximal_events());
+  A.remove(e);
+  exC.remove(e);
+
+  // Explore(C + {e}, D, A \ {e})
+  explore(Ce, D, std::move(A), max_evt_history, e, std::move(exC));
+
+  // D <-- D + {e}
+  D.insert(e);
+
+  // TODO: Determine a value of K to use or don't use it at all
+  constexpr unsigned K = 10;
+  auto J               = compute_partial_alternative(D, C, K);
+  if (!J.empty()) {
+    J.subtract(C.get_events());
+    max_evt_history.pop_back();
+
+    // Explore(C, D + {e}, J \ C)
+    explore(C, D, std::move(J), std::move(max_evt_history), e_cur, std::move(prev_exC));
+  }
+
+  // D <-- D - {e}
+  D.remove(e);
+
+  // Remove(e, C, D)
+  clean_up_explore(e, C, D);
+}
+
+std::tuple<EventSet, EventSet> UdporChecker::compute_extension(const Configuration& C,
+                                                               const std::list<EventSet>& max_evt_history,
+                                                               UnfoldingEvent* e_cur, const EventSet& prev_exC) const
+{
+  // See eqs. 5.7 of section 5.2 of [3]
+  // ex(C + {e_cur}) = ex(C) / {e_cur} + U{<a, > : H }
+  EventSet exC = prev_exC;
+  exC.remove(e_cur);
+
+  EventSet enC;
+  return std::tuple<EventSet, EventSet>(exC, enC);
+}
+
+State& UdporChecker::get_state_referenced_by(const UnfoldingEvent& event)
+{
+  const auto state_id      = event.get_state_id();
+  const auto wrapped_state = this->state_manager_.get_state(state_id);
+  xbt_assert(wrapped_state != std::nullopt,
+             "\n\n****** INVARIANT VIOLATION ******\n"
+             "To each UDPOR event corresponds a state, but state %lu does not exist. "
+             "Please report this as a bug.\n"
+             "*********************************\n\n",
+             state_id);
+  return wrapped_state.value().get();
+}
+
+StateHandle UdporChecker::observe_unfolding_event(const UnfoldingEvent& event)
+{
+  auto& state            = this->get_state_referenced_by(event);
+  const aid_t next_actor = state.next_transition();
+
+  // 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);
+  return this->record_current_state();
+}
+
+StateHandle UdporChecker::record_current_state()
+{
+  auto next_state          = this->get_current_state();
+  const auto next_state_id = this->state_manager_.record_state(std::move(next_state));
+
+  // In UDPOR, we care about all enabled transitions in a given state
+  next_state->mark_all_enabled_todo();
+  return next_state_id;
+}
+
+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;
+}
+
+EventSet UdporChecker::compute_partial_alternative(const EventSet& D, const Configuration& C, const unsigned k) const
+{
+  // TODO: Compute k-partial alternatives using [2]
+  return EventSet();
+}
+
+void UdporChecker::clean_up_explore(const UnfoldingEvent* e, const Configuration& C, const EventSet& D)
+{
+  // TODO: Perform clean up here
+}
 
 RecordTrace UdporChecker::get_record_trace()
 {
@@ -26,14 +202,13 @@ std::vector<std::string> UdporChecker::get_textual_trace()
   return trace;
 }
 
-void UdporChecker::log_state()
-{
-  Exploration::log_state();
-}
+} // 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