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Rework the doc of model-check/replay, and add an example with sthread
[simgrid.git] / docs / source / Configuring_SimGrid.rst
index 172de94..d06882f 100644 (file)
@@ -108,18 +108,14 @@ Existing Configuration Items
 - **maxmin/concurrency-limit:** :ref:`cfg=maxmin/concurrency-limit`
 
 - **model-check:** :ref:`options_modelchecking`
 - **maxmin/concurrency-limit:** :ref:`cfg=maxmin/concurrency-limit`
 
 - **model-check:** :ref:`options_modelchecking`
-- **model-check/checkpoint:** :ref:`cfg=model-check/checkpoint`
 - **model-check/communications-determinism:** :ref:`cfg=model-check/communications-determinism`
 - **model-check/dot-output:** :ref:`cfg=model-check/dot-output`
 - **model-check/max-depth:** :ref:`cfg=model-check/max-depth`
 - **model-check/communications-determinism:** :ref:`cfg=model-check/communications-determinism`
 - **model-check/dot-output:** :ref:`cfg=model-check/dot-output`
 - **model-check/max-depth:** :ref:`cfg=model-check/max-depth`
-- **model-check/property:** :ref:`cfg=model-check/property`
 - **model-check/reduction:** :ref:`cfg=model-check/reduction`
 - **model-check/replay:** :ref:`cfg=model-check/replay`
 - **model-check/send-determinism:** :ref:`cfg=model-check/send-determinism`
 - **model-check/setenv:** :ref:`cfg=model-check/setenv`
 - **model-check/reduction:** :ref:`cfg=model-check/reduction`
 - **model-check/replay:** :ref:`cfg=model-check/replay`
 - **model-check/send-determinism:** :ref:`cfg=model-check/send-determinism`
 - **model-check/setenv:** :ref:`cfg=model-check/setenv`
-- **model-check/termination:** :ref:`cfg=model-check/termination`
 - **model-check/timeout:** :ref:`cfg=model-check/timeout`
 - **model-check/timeout:** :ref:`cfg=model-check/timeout`
-- **model-check/visited:** :ref:`cfg=model-check/visited`
 
 - **network/bandwidth-factor:** :ref:`cfg=network/bandwidth-factor`
 - **network/crosstraffic:** :ref:`cfg=network/crosstraffic`
 
 - **network/bandwidth-factor:** :ref:`cfg=network/bandwidth-factor`
 - **network/crosstraffic:** :ref:`cfg=network/crosstraffic`
@@ -527,8 +523,6 @@ Note that with the default host model this option is activated by default.
 Simulating Asynchronous Send
 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
 Simulating Asynchronous Send
 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-(this configuration item is experimental and may change or disappear)
-
 It is possible to specify that messages below a certain size (in bytes) will be
 sent as soon as the call to MPI_Send is issued, without waiting for
 the correspondent receive. This threshold can be configured through
 It is possible to specify that messages below a certain size (in bytes) will be
 sent as soon as the call to MPI_Send is issued, without waiting for
 the correspondent receive. This threshold can be configured through
@@ -547,13 +541,12 @@ are meant to be detached as well.
 Configuring ns-3
 ^^^^^^^^^^^^^^^^
 
 Configuring ns-3
 ^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-**Option** ``ns3/TcpModel`` **Default:** "default" (ns-3 default)
+**Option** ``ns3/NetworkModel`` **Default:** "default" (ns-3 default TCP)
 
 
-When using ns-3, there is an extra item ``ns3/TcpModel``, corresponding
-to the ``ns3::TcpL4Protocol::SocketType`` configuration item in
-ns-3. The only valid values (enforced on the SimGrid side) are
-'default' (no change to the ns-3 configuration), 'NewReno' or 'Reno' or
-'Tahoe'.
+When using ns-3, the item ``ns3/NetworkModel`` can be used to switch between TCP or UDP, and switch the used TCP variante. If
+the item is left unchanged, ns-3 uses the default TCP implementation. With a value of "UDP", ns-3 is set to use UDP instead.
+With the value of either 'NewReno' or 'Cubic', the ``ns3::TcpL4Protocol::SocketType`` configuration item in ns-3 is set to the
+corresponding protocol.
 
 **Option** ``ns3/seed`` **Default:** "" (don't set the seed in ns-3)
 
 
 **Option** ``ns3/seed`` **Default:** "" (don't set the seed in ns-3)
 
@@ -634,9 +627,12 @@ receive call for small messages sent when the system buffers are empty.
 In SMPI, this depends on the message size, that is compared against two thresholds:
 
 - if (size < :ref:`smpi/async-small-thresh <cfg=smpi/async-small-thresh>`) then
 In SMPI, this depends on the message size, that is compared against two thresholds:
 
 - if (size < :ref:`smpi/async-small-thresh <cfg=smpi/async-small-thresh>`) then
-  MPI_Send returns immediately, even if the corresponding receive has not be issued yet.
-- if (:ref:`smpi/async-small-thresh <cfg=smpi/async-small-thresh>` < size < :ref:`smpi/send-is-detached-thresh <cfg=smpi/send-is-detached-thresh>`) then
-  MPI_Send returns as soon as the corresponding receive has been issued. This is known as the eager mode.
+  MPI_Send returns immediately, and the message is sent even if the
+  corresponding receive has not be issued yet.  This is known as the eager mode.
+- if (:ref:`smpi/async-small-thresh <cfg=smpi/async-small-thresh>` < size <
+  :ref:`smpi/send-is-detached-thresh <cfg=smpi/send-is-detached-thresh>`) then
+  MPI_Send also returns immediately, but SMPI waits for the corresponding
+  receive to be posted, in order to perform the communication operation.
 - if (:ref:`smpi/send-is-detached-thresh <cfg=smpi/send-is-detached-thresh>` < size) then
   MPI_Send returns only when the message has actually been sent over the network. This is known as the rendez-vous mode.
 
 - if (:ref:`smpi/send-is-detached-thresh <cfg=smpi/send-is-detached-thresh>` < size) then
   MPI_Send returns only when the message has actually been sent over the network. This is known as the rendez-vous mode.
 
@@ -645,102 +641,50 @@ The ``smpi/buffering`` (only valid with MC) option gives an easier interface to
 - **zero:** means that buffering should be disabled. All communications are actually blocking.
 - **infty:** means that buffering should be made infinite. All communications are non-blocking.
 
 - **zero:** means that buffering should be disabled. All communications are actually blocking.
 - **infty:** means that buffering should be made infinite. All communications are non-blocking.
 
-.. _cfg=model-check/property:
-
-Specifying a liveness property
-..............................
-
-**Option** ``model-check/property`` **Default:** unset
-
-If you want to specify liveness properties, you have to pass them on
-the command line, specifying the name of the file containing the
-property, as formatted by the `ltl2ba <https://github.com/utwente-fmt/ltl2ba>`_ program.
-Note that ltl2ba is not part of SimGrid and must be installed separately.
-
-.. code-block:: console
-
-   $ simgrid-mc ./my_program --cfg=model-check/property:<filename>
-
-.. _cfg=model-check/checkpoint:
-
-Going for Stateful Verification
-...............................
-
-By default, the system is backtracked to its initial state to explore
-another path, instead of backtracking to the exact step before the fork
-that we want to explore (this is called stateless verification). This
-is done this way because saving intermediate states can rapidly
-exhaust the available memory. If you want, you can change the value of
-the ``model-check/checkpoint`` item. For example,
-``--cfg=model-check/checkpoint:1`` asks to take a checkpoint every
-step.  Beware, this will certainly explode your memory. Larger values
-are probably better, make sure to experiment a bit to find the right
-setting for your specific system.
-
 .. _cfg=model-check/reduction:
 
 Specifying the kind of reduction
 ................................
 
 .. _cfg=model-check/reduction:
 
 Specifying the kind of reduction
 ................................
 
+**Option** model-check/reduction **Default:** "dpor"
+
 The main issue when using the model-checking is the state space
 explosion. You can activate some reduction technique with
 ``--cfg=model-check/reduction:<technique>``. For now, this
 configuration variable can take 2 values:
 
 The main issue when using the model-checking is the state space
 explosion. You can activate some reduction technique with
 ``--cfg=model-check/reduction:<technique>``. For now, this
 configuration variable can take 2 values:
 
- - **none:** Do not apply any kind of reduction (mandatory for
-   liveness properties, as our current DPOR algorithm breaks cycles)
- - **dpor:** Apply Dynamic Partial Ordering Reduction. Only valid if
-   you verify local safety properties (default value for safety
-   checks).
-
-Another way to mitigate the state space explosion is to search for
-cycles in the exploration with the :ref:`cfg=model-check/visited`
-configuration. Note that DPOR and state-equality reduction may not
-play well together. You should choose between them.
+ - **none:** Do not apply any kind of reduction
+ - **dpor:** Apply Dynamic Partial Ordering Reduction. Only valid if you verify local safety properties (default value for
+   safety checks).
+ - **sdpor:** Source-set DPOR, as described in "Source Sets: A Foundation for Optimal Dynamic Partial Order Reduction"
+    by Abdulla et al.
+ - **odpor:** Optimal DPOR, as described in "Source Sets: A Foundation for Optimal Dynamic Partial Order Reduction"
+    by Abdulla et al.
 
 Our current DPOR implementation could be improved in may ways. We are
 currently improving its efficiency (both in term of reduction ability
 
 Our current DPOR implementation could be improved in may ways. We are
 currently improving its efficiency (both in term of reduction ability
-and computational speed), and future work could make it compatible
-with liveness properties.
+and computational speed).
 
 
-.. _cfg=model-check/visited:
+.. _cfg=model-check/strategy:
 
 
-Size of Cycle Detection Set (state equality reduction)
-......................................................
-
-Mc SimGrid can be asked to search for cycles during the exploration,
-i.e. situations where a new explored state is in fact the same state
-than a previous one.. This can prove useful to mitigate the state
-space explosion with safety properties, and this is the crux when
-searching for counter-examples to the liveness properties.
-
-Note that this feature may break the current implementation of the
-DPOR reduction technique.
-
-The ``model-check/visited`` item is the maximum number of states, which
-are stored in memory. If the maximum number of snapshotted state is
-reached, some states will be removed from the memory and some cycles
-might be missed. Small values can lead to incorrect verifications, but
-large values can exhaust your memory and be CPU intensive as each new
-state must be compared to that amount of older saved states.
-
-The default settings depend on the kind of exploration. With safety
-checking, no state is snapshotted and cycles cannot be detected. With
-liveness checking, all states are snapshotted because missing a cycle
-could hinder the exploration soundness.
-
-.. _cfg=model-check/termination:
-
-Non-Termination Detection
-.........................
+Guiding strategy
+................
 
 
-The ``model-check/termination`` configuration item can be used to
-report if a non-termination execution path has been found. This is a
-path with a cycle, which means that the program might never terminate.
+**Option** model-check/strategy **Default:** "none"
 
 
-This only works in safety mode, not in liveness mode.
+Even after the DPOR's reduction, the state space that we have to explore remains huge. SimGrid provides several guiding
+strategies aiming at converging faster toward bugs. By default, none of these strategy is enabled, and SimGrid does a regular
+DFS exploration.
 
 
-This options is disabled by default.
+ - **max_match_comm**: Try to minimize the number of in-fly communication by appairing matching send and receive. This tend to
+   produce nicer backtraces, in particular when a user-level ``send`` is broken down internally into a ``send_async`` + ``wait``.
+   This strategy will ensure that the ``wait`` occures as soon as possible, easing the understanding of the user who do not
+   expect her ``send`` to be split.
+ - **min_match_comm**: Try to maximize the number of in-fly communication by not appairing matching send and receive. This is
+   the exact opposite strategy, but it is still useful as it tend to explore first the branches where the risk of deadlock is
+   higher.
+ - **uniform**: this is a boring random strategy where choices are based on a uniform sampling of possible choices.
+   Surprisingly, it gives really really good results.
 
 .. _cfg=model-check/dot-output:
 
 
 .. _cfg=model-check/dot-output:
 
@@ -749,8 +693,7 @@ Dot Output
 
 If set, the ``model-check/dot-output`` configuration item is the name
 of a file in which to write a dot file of the path leading to the
 
 If set, the ``model-check/dot-output`` configuration item is the name
 of a file in which to write a dot file of the path leading to the
-property violation discovered (safety or liveness violation), as well
-as the cycle for liveness properties. This dot file can then be fed to the
+property violation discovered (safety violation). This dot file can then be fed to the
 graphviz dot tool to generate a corresponding graphical representation.
 
 .. _cfg=model-check/max-depth:
 graphviz dot tool to generate a corresponding graphical representation.
 
 .. _cfg=model-check/max-depth:
@@ -815,17 +758,14 @@ memory (see :ref:`contexts/guard-size <cfg=contexts/guard-size>`).
 Replaying buggy execution paths from the model checker
 ......................................................
 
 Replaying buggy execution paths from the model checker
 ......................................................
 
-Debugging the problems reported by the model checker is challenging:
-First, the application under verification cannot be debugged with gdb
-because the model checker already traces it. Then, the model checker may
-explore several execution paths before encountering the issue, making it
-very difficult to understand the output. Fortunately, SimGrid provides
+Debugging the problems reported by the model checker is challenging because
+the model checker may explore several execution paths before encountering the issue,
+the output very difficult to understand. Fortunately, SimGrid provides
 the execution path leading to any reported issue so that you can replay
 the execution path leading to any reported issue so that you can replay
-this path reported by the model checker, enabling the usage of classical
-debugging tools.
+this path reported by the model checker, restoring a classical experience of debugging.
 
 When the model checker finds an interesting path in the application
 
 When the model checker finds an interesting path in the application
-execution graph (where a safety or liveness property is violated), it
+execution graph (where a safety property is violated), it
 generates an identifier for this path. Here is an example of the output:
 
 .. code-block:: console
 generates an identifier for this path. Here is an example of the output:
 
 .. code-block:: console
@@ -846,10 +786,84 @@ The interesting line is ``Path = 1/3;1/4``, which means that you should use
 ``--cfg=model-check/replay:1/3;1/4`` to replay your application on the buggy
 execution path. All options (but the model checker related ones) must
 remain the same. In particular, if you ran your application with
 ``--cfg=model-check/replay:1/3;1/4`` to replay your application on the buggy
 execution path. All options (but the model checker related ones) must
 remain the same. In particular, if you ran your application with
-``smpirun -wrapper simgrid-mc``, then do it again. Remove all
+``smpirun -wrapper simgrid-mc``, then remove the ``-wrapper simgrid-mc`` part 
+(you may want to use valgrind or gdb as wrappers instead). Also remove all
 MC-related options, keep non-MC-related ones and add
 ``--cfg=model-check/replay:???``.
 
 MC-related options, keep non-MC-related ones and add
 ``--cfg=model-check/replay:???``.
 
+Things are very similar if you are using sthread. Simply drop ``simgrid-mc`` from your command line, as follows:
+
+.. code-block:: console
+
+   $ LD_PRELOAD=../../lib/libsthread.so ./pthread-mutex-simpledeadlock --cfg=model-check/replay:'2;2;3;2;3;3'
+   sthread is intercepting the execution of ./pthread-mutex-simpledeadlock
+   [0.000000] [xbt_cfg/INFO] Configuration change: Set 'model-check/replay' to '2;2;3;2;3;3'
+   [0.000000] [mc_record/INFO] path=2;2;3;2;3;3
+   All threads are started.
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #1 '2/0' Actor thread 1(pid:2): MUTEX_ASYNC_LOCK(mutex_id:0 owner:none)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 1):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:26
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun1 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:21
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #2 '2/0' Actor thread 1(pid:2): MUTEX_WAIT(mutex_id:0 owner:2)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 1):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:29
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun1 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:21
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #3 '3/0' Actor thread 2(pid:3): MUTEX_ASYNC_LOCK(mutex_id:1 owner:none)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 2):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:26
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun2 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:31
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #4 '2/0' Actor thread 1(pid:2): MUTEX_ASYNC_LOCK(mutex_id:1 owner:3)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 1):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:26
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun1 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:22
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #5 '3/0' Actor thread 2(pid:3): MUTEX_WAIT(mutex_id:1 owner:3)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 2):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:29
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun2 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:31
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   [0.000000] [mc_record/INFO] * Path chunk #6 '3/0' Actor thread 2(pid:3): MUTEX_ASYNC_LOCK(mutex_id:0 owner:2)
+   [0.000000] [mc_record/INFO] ***********************************************************************************
+   Backtrace (displayed in actor thread 2):
+     ->  #0 simgrid::s4u::Mutex::lock() at ../../src/s4u/s4u_Mutex.cpp:26
+     ->  #1 sthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread_impl.cpp:188
+     ->  #2 pthread_mutex_lock at ../../src/sthread/sthread.c:141
+     ->  #3 thread_fun2 at ../../examples/sthread/pthread-mutex-simpledeadlock.c:32
+   
+   [0.000000] [mc_record/INFO] The replay of the trace is complete. DEADLOCK detected.
+   [0.000000] [ker_engine/INFO] 3 actors are still running, waiting for something.
+   [0.000000] [ker_engine/INFO] Legend of the following listing: "Actor <pid> (<name>@<host>): <status>"
+   [0.000000] [ker_engine/INFO] Actor 1 (main thread@Lilibeth) simcall ActorJoin(pid:2)
+   [0.000000] [ker_engine/INFO] Actor 2 (thread 1@Lilibeth) simcall MUTEX_WAIT(mutex_id:1 owner:3)
+   [0.000000] [ker_engine/INFO] Actor 3 (thread 2@Lilibeth) simcall MUTEX_WAIT(mutex_id:0 owner:2)
+   [0.000000] [sthread/INFO] All threads exited. Terminating the simulation.
+   [0.000000] ../../src/kernel/EngineImpl.cpp:265: [ker_engine/WARNING] Process called exit when leaving - Skipping cleanups
+   [0.000000] ../../src/kernel/EngineImpl.cpp:265: [ker_engine/WARNING] Process called exit when leaving - Skipping cleanups
+
 Currently, if the path is of the form ``X;Y;Z``, each number denotes
 the actor's pid that is selected at each indecision point. If it's of
 the form ``X/a;Y/b``, the X and Y are the selected pids while the a
 Currently, if the path is of the form ``X;Y;Z``, each number denotes
 the actor's pid that is selected at each indecision point. If it's of
 the form ``X/a;Y/b``, the X and Y are the selected pids while the a
@@ -1327,12 +1341,10 @@ existing MPI libraries. The ``smpi/coll-selector`` item can be used to
 select the decision logic either of the OpenMPI or the MPICH libraries. (By
 default SMPI uses naive version of collective operations.)
 
 select the decision logic either of the OpenMPI or the MPICH libraries. (By
 default SMPI uses naive version of collective operations.)
 
-Each collective operation can be manually selected with a
-``smpi/collective_name:algo_name``. Available algorithms are listed in
-:ref:`SMPI_use_colls`.
-
-.. TODO:: All available collective algorithms will be made available
-          via the ``smpirun --help-coll`` command.
+Each collective operation can be manually selected with a ``smpi/collective_name:algo_name``. For example, if you want to use
+the Bruck algorithm for the Alltoall algorithm, you should use ``--cfg=smpi/alltoall:bruck`` on the command-line of smpirun. The
+reference of all available algorithms are listed in :ref:`SMPI_use_colls`, and you can get the full list implemented in your
+version using ``smpirun --help-coll``.
 
 .. _cfg=smpi/barrier-collectives:
 
 
 .. _cfg=smpi/barrier-collectives: