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Add default method for constructing full graph
[simgrid.git] / src / mc / explo / UdporChecker.cpp
index fd932b6..c5d596d 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 "src/mc/api/State.hpp"
+#include "src/mc/explo/udpor/CompatibilityGraph.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 {
-namespace mc {
+namespace simgrid::mc::udpor {
 
-UdporChecker::UdporChecker(Session* session) : Exploration(session) {}
+UdporChecker::UdporChecker(const std::vector<char*>& args) : Exploration(args)
+{
+  // Initialize the map
+}
+
+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]
+  Configuration C_root;
+
+  // TODO: Move computing the root configuration into a method on the Unfolding
+  auto initial_state      = get_current_state();
+  auto root_event         = std::make_unique<UnfoldingEvent>(EventSet(), std::make_shared<Transition>());
+  auto* root_event_handle = root_event.get();
+  unfolding.insert(std::move(root_event));
+  C_root.add_event(root_event_handle);
+
+  explore(C_root, EventSet(), EventSet(), std::move(initial_state), EventSet());
+
+  XBT_INFO("UDPOR exploration terminated -- model checking completed");
+}
+
+void UdporChecker::explore(const Configuration& C, EventSet D, EventSet A, std::unique_ptr<State> stateC,
+                           EventSet prev_exC)
+{
+  // Perform the incremental computation of exC
+  //
+  // TODO: This method will have side effects on
+  // the unfolding, but the naming of the method
+  // suggests it is doesn't have side effects. We should
+  // reconcile this in the future
+  auto [exC, enC] = compute_extension(C, *stateC, 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 (not C.get_events().empty()) {
+
+      // g_var::nb_traces++;
+    }
+
+    // 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
 
-void UdporChecker::run() {}
+  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");
+
+  // Move the application into stateCe and actually make note of that state
+  move_to_stateCe(*stateC, *e);
+  auto stateCe = record_current_state();
+
+  // Ce := C + {e}
+  Configuration Ce = C;
+  Ce.add_event(e);
+
+  A.remove(e);
+  exC.remove(e);
+
+  // Explore(C + {e}, D, A \ {e})
+  explore(Ce, D, std::move(A), std::move(stateCe), 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;
+  if (auto J = compute_partial_alternative(D, C, K); !J.empty()) {
+    J.subtract(C.get_events());
+
+    // Before searching the "right half", we need to make
+    // sure the program actually reflects the fact
+    // that we are searching again from `stateC` (the recursive
+    // search moved the program into `stateCe`)
+    restore_program_state_to(*stateC);
+
+    // Explore(C, D + {e}, J \ C)
+    explore(C, D, std::move(J), std::move(stateC), 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 State& stateC,
+                                                               const EventSet& prev_exC) const
+{
+  // 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 K }
+  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()) {
+      // First check for a specialized function that can compute the extension
+      // set "quickly" based on its type. Otherwise, fall back to computing
+      // the set "by hand"
+      const auto specialized_extension_function = incremental_extension_functions.find(transition->type_);
+      if (specialized_extension_function != incremental_extension_functions.end()) {
+        exC.form_union((specialized_extension_function->second)(C, *transition));
+      } else {
+        exC.form_union(this->compute_extension_by_enumeration(C, *transition));
+      }
+    }
+  }
+
+  EventSet enC;
+  // TODO: Compute enC based on conflict relations
+
+  return std::tuple<EventSet, EventSet>(exC, enC);
+}
+
+EventSet UdporChecker::compute_extension_by_enumeration(const Configuration& C, const Transition& action) const
+{
+  // Here we're computing the following:
+  //
+  // U{<a, K> : K is maximal, `a` depends on all of K, `a` enabled at K }
+  //
+  // where `a` is the `action` given to us.
+  EventSet incremental_exC;
+
+  // We only consider those combinations of events for which `action` is dependent with
+  // the action associated with any given event ("`a` depends on all of K")
+  const std::unique_ptr<CompatibilityGraph> G = C.make_compatibility_graph_filtered_on([=](const UnfoldingEvent* e) {
+    const auto e_transition = e->get_transition();
+    return action.depends(e_transition);
+  });
+
+  // TODO: Now that the graph has been constructed, enumerate
+  // all possible k-cliques of the complement of G
+
+  // TODO: For each enumeration, check all possible
+  // combinations of selecting a single event from
+  // each set associated with the graph nodes
+
+  return incremental_exC;
+}
+
+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);
+}
+
+void UdporChecker::restore_program_state_to(const State& stateC)
+{
+  // TODO: Perform state regeneration in the same manner as is done
+  // in the DFSChecker.cpp
+}
+
+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->mark_all_enabled_todo();
+
+  return next_state;
+}
+
+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()
 {
@@ -23,16 +242,19 @@ RecordTrace UdporChecker::get_record_trace()
 
 std::vector<std::string> UdporChecker::get_textual_trace()
 {
+  // TODO: Topologically sort the events of the latest configuration
+  // and iterate through that topological sorting
   std::vector<std::string> trace;
   return trace;
 }
 
-void UdporChecker::log_state() {}
+} // namespace simgrid::mc::udpor
+
+namespace simgrid::mc {
 
-Exploration* create_udpor_checker(Session* session)
+Exploration* create_udpor_checker(const std::vector<char*>& args)
 {
-  return new UdporChecker(session);
+  return new simgrid::mc::udpor::UdporChecker(args);
 }
 
-} // namespace mc
-} // namespace simgrid
\ No newline at end of file
+} // namespace simgrid::mc