xref: /openbmc/qemu/contrib/plugins/lockstep.c (revision 13167b5fe93c2faa91aa08f91353b066423b5ec3)
1c17a386bSAlex Bennée /*
2c17a386bSAlex Bennée  * Lockstep Execution Plugin
3c17a386bSAlex Bennée  *
4c17a386bSAlex Bennée  * Allows you to execute two QEMU instances in lockstep and report
5c17a386bSAlex Bennée  * when their execution diverges. This is mainly useful for developers
6c17a386bSAlex Bennée  * who want to see where a change to TCG code generation has
7c17a386bSAlex Bennée  * introduced a subtle and hard to find bug.
8c17a386bSAlex Bennée  *
9c17a386bSAlex Bennée  * Caveats:
10c17a386bSAlex Bennée  *   - single-threaded linux-user apps only with non-deterministic syscalls
11c17a386bSAlex Bennée  *   - no MTTCG enabled system emulation (icount may help)
12c17a386bSAlex Bennée  *
13c17a386bSAlex Bennée  * While icount makes things more deterministic it doesn't mean a
14c17a386bSAlex Bennée  * particular run may execute the exact same sequence of blocks. An
15c17a386bSAlex Bennée  * asynchronous event (for example X11 graphics update) may cause a
16c17a386bSAlex Bennée  * block to end early and a new partial block to start. This means
17*13167b5fSAlex Bennée  * serial only test cases are a better bet. -d nochain may also help
18*13167b5fSAlex Bennée  * as well as -accel tcg,one-insn-per-tb=on
19c17a386bSAlex Bennée  *
20c17a386bSAlex Bennée  * This code is not thread safe!
21c17a386bSAlex Bennée  *
22c17a386bSAlex Bennée  * Copyright (c) 2020 Linaro Ltd
23c17a386bSAlex Bennée  *
24c17a386bSAlex Bennée  * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
25c17a386bSAlex Bennée  */
26c17a386bSAlex Bennée 
27c17a386bSAlex Bennée #include <glib.h>
28c17a386bSAlex Bennée #include <inttypes.h>
29c17a386bSAlex Bennée #include <unistd.h>
30c17a386bSAlex Bennée #include <sys/socket.h>
31c17a386bSAlex Bennée #include <sys/un.h>
32c17a386bSAlex Bennée #include <stdio.h>
33c17a386bSAlex Bennée #include <errno.h>
34c17a386bSAlex Bennée 
35c17a386bSAlex Bennée #include <qemu-plugin.h>
36c17a386bSAlex Bennée 
37c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_version = QEMU_PLUGIN_VERSION;
38c17a386bSAlex Bennée 
39c17a386bSAlex Bennée /* saved so we can uninstall later */
40c17a386bSAlex Bennée static qemu_plugin_id_t our_id;
41c17a386bSAlex Bennée 
42c17a386bSAlex Bennée static unsigned long bb_count;
43c17a386bSAlex Bennée static unsigned long insn_count;
44c17a386bSAlex Bennée 
45c17a386bSAlex Bennée /* Information about a translated block */
46c17a386bSAlex Bennée typedef struct {
47c17a386bSAlex Bennée     uint64_t pc;
48c17a386bSAlex Bennée     uint64_t insns;
49c17a386bSAlex Bennée } BlockInfo;
50c17a386bSAlex Bennée 
51c17a386bSAlex Bennée /* Information about an execution state in the log */
52c17a386bSAlex Bennée typedef struct {
53c17a386bSAlex Bennée     BlockInfo *block;
54c17a386bSAlex Bennée     unsigned long insn_count;
55c17a386bSAlex Bennée     unsigned long block_count;
56c17a386bSAlex Bennée } ExecInfo;
57c17a386bSAlex Bennée 
58c17a386bSAlex Bennée /* The execution state we compare */
59c17a386bSAlex Bennée typedef struct {
60c17a386bSAlex Bennée     uint64_t pc;
615e77f22aSAlex Bennée     uint64_t insn_count;
62c17a386bSAlex Bennée } ExecState;
63c17a386bSAlex Bennée 
64c17a386bSAlex Bennée typedef struct {
65c17a386bSAlex Bennée     GSList *log_pos;
66c17a386bSAlex Bennée     int distance;
67c17a386bSAlex Bennée } DivergeState;
68c17a386bSAlex Bennée 
69c17a386bSAlex Bennée /* list of translated block info */
70c17a386bSAlex Bennée static GSList *blocks;
71c17a386bSAlex Bennée 
72c17a386bSAlex Bennée /* execution log and points of divergence */
73c17a386bSAlex Bennée static GSList *log, *divergence_log;
74c17a386bSAlex Bennée 
75c17a386bSAlex Bennée static int socket_fd;
76c17a386bSAlex Bennée static char *path_to_unlink;
77c17a386bSAlex Bennée 
78c17a386bSAlex Bennée static bool verbose;
79c17a386bSAlex Bennée 
80c17a386bSAlex Bennée static void plugin_cleanup(qemu_plugin_id_t id)
81c17a386bSAlex Bennée {
82c17a386bSAlex Bennée     /* Free our block data */
83c17a386bSAlex Bennée     g_slist_free_full(blocks, &g_free);
84c17a386bSAlex Bennée     g_slist_free_full(log, &g_free);
85c17a386bSAlex Bennée     g_slist_free(divergence_log);
86c17a386bSAlex Bennée 
87c17a386bSAlex Bennée     close(socket_fd);
88c17a386bSAlex Bennée     if (path_to_unlink) {
89c17a386bSAlex Bennée         unlink(path_to_unlink);
90c17a386bSAlex Bennée     }
91c17a386bSAlex Bennée }
92c17a386bSAlex Bennée 
93c17a386bSAlex Bennée static void plugin_exit(qemu_plugin_id_t id, void *p)
94c17a386bSAlex Bennée {
95c17a386bSAlex Bennée     g_autoptr(GString) out = g_string_new("No divergence :-)\n");
96c17a386bSAlex Bennée     g_string_append_printf(out, "Executed %ld/%d blocks\n",
97c17a386bSAlex Bennée                            bb_count, g_slist_length(log));
98c17a386bSAlex Bennée     g_string_append_printf(out, "Executed ~%ld instructions\n", insn_count);
99c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_outs(out->str);
100c17a386bSAlex Bennée 
101c17a386bSAlex Bennée     plugin_cleanup(id);
102c17a386bSAlex Bennée }
103c17a386bSAlex Bennée 
104c17a386bSAlex Bennée static void report_divergance(ExecState *us, ExecState *them)
105c17a386bSAlex Bennée {
106c17a386bSAlex Bennée     DivergeState divrec = { log, 0 };
107c17a386bSAlex Bennée     g_autoptr(GString) out = g_string_new("");
108c17a386bSAlex Bennée     bool diverged = false;
109c17a386bSAlex Bennée 
110c17a386bSAlex Bennée     /*
111c17a386bSAlex Bennée      * If we have diverged before did we get back on track or are we
112669dcb60SMichael Tokarev      * totally losing it?
113c17a386bSAlex Bennée      */
114c17a386bSAlex Bennée     if (divergence_log) {
115c17a386bSAlex Bennée         DivergeState *last = (DivergeState *) divergence_log->data;
116c17a386bSAlex Bennée         GSList *entry;
117c17a386bSAlex Bennée 
118c17a386bSAlex Bennée         for (entry = log; g_slist_next(entry); entry = g_slist_next(entry)) {
119c17a386bSAlex Bennée             if (entry == last->log_pos) {
120c17a386bSAlex Bennée                 break;
121c17a386bSAlex Bennée             }
122c17a386bSAlex Bennée             divrec.distance++;
123c17a386bSAlex Bennée         }
124c17a386bSAlex Bennée 
125c17a386bSAlex Bennée         /*
126c17a386bSAlex Bennée          * If the last two records are so close it is likely we will
127c17a386bSAlex Bennée          * not recover synchronisation with the other end.
128c17a386bSAlex Bennée          */
129c17a386bSAlex Bennée         if (divrec.distance == 1 && last->distance == 1) {
130c17a386bSAlex Bennée             diverged = true;
131c17a386bSAlex Bennée         }
132c17a386bSAlex Bennée     }
133c17a386bSAlex Bennée     divergence_log = g_slist_prepend(divergence_log,
134ee293103SAlex Bennée                                      g_memdup2(&divrec, sizeof(divrec)));
135c17a386bSAlex Bennée 
136c17a386bSAlex Bennée     /* Output short log entry of going out of sync... */
137c17a386bSAlex Bennée     if (verbose || divrec.distance == 1 || diverged) {
1383045019fSPhilippe Mathieu-Daudé         g_string_printf(out,
1393045019fSPhilippe Mathieu-Daudé                         "@ 0x%016" PRIx64 " vs 0x%016" PRIx64
1403045019fSPhilippe Mathieu-Daudé                         " (%d/%d since last)\n",
141c17a386bSAlex Bennée                         us->pc, them->pc, g_slist_length(divergence_log),
142c17a386bSAlex Bennée                         divrec.distance);
143c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_outs(out->str);
144c17a386bSAlex Bennée     }
145c17a386bSAlex Bennée 
146c17a386bSAlex Bennée     if (diverged) {
147c17a386bSAlex Bennée         int i;
148c17a386bSAlex Bennée         GSList *entry;
149c17a386bSAlex Bennée 
1503045019fSPhilippe Mathieu-Daudé         g_string_printf(out,
1513045019fSPhilippe Mathieu-Daudé                         "Δ insn_count @ 0x%016" PRIx64
1525e77f22aSAlex Bennée                         " (%"PRId64") vs 0x%016" PRIx64 " (%"PRId64")\n",
153c17a386bSAlex Bennée                         us->pc, us->insn_count, them->pc, them->insn_count);
154c17a386bSAlex Bennée 
155c17a386bSAlex Bennée         for (entry = log, i = 0;
156c17a386bSAlex Bennée              g_slist_next(entry) && i < 5;
157c17a386bSAlex Bennée              entry = g_slist_next(entry), i++) {
158c17a386bSAlex Bennée             ExecInfo *prev = (ExecInfo *) entry->data;
159c17a386bSAlex Bennée             g_string_append_printf(out,
1603045019fSPhilippe Mathieu-Daudé                                    "  previously @ 0x%016" PRIx64 "/%" PRId64
1613045019fSPhilippe Mathieu-Daudé                                    " (%ld insns)\n",
162c17a386bSAlex Bennée                                    prev->block->pc, prev->block->insns,
163c17a386bSAlex Bennée                                    prev->insn_count);
164c17a386bSAlex Bennée         }
165c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_outs(out->str);
166c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_outs("too much divergence... giving up.");
167c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup);
168c17a386bSAlex Bennée     }
169c17a386bSAlex Bennée }
170c17a386bSAlex Bennée 
171c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_exec(unsigned int cpu_index, void *udata)
172c17a386bSAlex Bennée {
173c17a386bSAlex Bennée     BlockInfo *bi = (BlockInfo *) udata;
174c17a386bSAlex Bennée     ExecState us, them;
175c17a386bSAlex Bennée     ssize_t bytes;
176c17a386bSAlex Bennée     ExecInfo *exec;
177c17a386bSAlex Bennée 
178c17a386bSAlex Bennée     us.pc = bi->pc;
179c17a386bSAlex Bennée     us.insn_count = insn_count;
180c17a386bSAlex Bennée 
181c17a386bSAlex Bennée     /*
182c17a386bSAlex Bennée      * Write our current position to the other end. If we fail the
183c17a386bSAlex Bennée      * other end has probably died and we should shut down gracefully.
184c17a386bSAlex Bennée      */
185c17a386bSAlex Bennée     bytes = write(socket_fd, &us, sizeof(ExecState));
186c17a386bSAlex Bennée     if (bytes < sizeof(ExecState)) {
187c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_outs(bytes < 0 ?
188c17a386bSAlex Bennée                          "problem writing to socket" :
189c17a386bSAlex Bennée                          "wrote less than expected to socket");
190c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup);
191c17a386bSAlex Bennée         return;
192c17a386bSAlex Bennée     }
193c17a386bSAlex Bennée 
194c17a386bSAlex Bennée     /*
195c17a386bSAlex Bennée      * Now read where our peer has reached. Again a failure probably
196c17a386bSAlex Bennée      * indicates the other end died and we should close down cleanly.
197c17a386bSAlex Bennée      */
198c17a386bSAlex Bennée     bytes = read(socket_fd, &them, sizeof(ExecState));
199c17a386bSAlex Bennée     if (bytes < sizeof(ExecState)) {
200c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_outs(bytes < 0 ?
201c17a386bSAlex Bennée                          "problem reading from socket" :
202c17a386bSAlex Bennée                          "read less than expected");
203c17a386bSAlex Bennée         qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup);
204c17a386bSAlex Bennée         return;
205c17a386bSAlex Bennée     }
206c17a386bSAlex Bennée 
207c17a386bSAlex Bennée     /*
208c17a386bSAlex Bennée      * Compare and report if we have diverged.
209c17a386bSAlex Bennée      */
210c17a386bSAlex Bennée     if (us.pc != them.pc) {
211c17a386bSAlex Bennée         report_divergance(&us, &them);
212c17a386bSAlex Bennée     }
213c17a386bSAlex Bennée 
214c17a386bSAlex Bennée     /*
215c17a386bSAlex Bennée      * Assume this block will execute fully and record it
216c17a386bSAlex Bennée      * in the execution log.
217c17a386bSAlex Bennée      */
218c17a386bSAlex Bennée     insn_count += bi->insns;
219c17a386bSAlex Bennée     bb_count++;
220c17a386bSAlex Bennée     exec = g_new0(ExecInfo, 1);
221c17a386bSAlex Bennée     exec->block = bi;
222c17a386bSAlex Bennée     exec->insn_count = insn_count;
223c17a386bSAlex Bennée     exec->block_count = bb_count;
224c17a386bSAlex Bennée     log = g_slist_prepend(log, exec);
225c17a386bSAlex Bennée }
226c17a386bSAlex Bennée 
227c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_trans(qemu_plugin_id_t id, struct qemu_plugin_tb *tb)
228c17a386bSAlex Bennée {
229c17a386bSAlex Bennée     BlockInfo *bi = g_new0(BlockInfo, 1);
230c17a386bSAlex Bennée     bi->pc = qemu_plugin_tb_vaddr(tb);
231c17a386bSAlex Bennée     bi->insns = qemu_plugin_tb_n_insns(tb);
232c17a386bSAlex Bennée 
233c17a386bSAlex Bennée     /* save a reference so we can free later */
234c17a386bSAlex Bennée     blocks = g_slist_prepend(blocks, bi);
235c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_register_vcpu_tb_exec_cb(tb, vcpu_tb_exec,
236c17a386bSAlex Bennée                                          QEMU_PLUGIN_CB_NO_REGS, (void *)bi);
237c17a386bSAlex Bennée }
238c17a386bSAlex Bennée 
239c17a386bSAlex Bennée 
240c17a386bSAlex Bennée /*
241c17a386bSAlex Bennée  * Instead of encoding master/slave status into what is essentially
242c17a386bSAlex Bennée  * two peers we shall just take the simple approach of checking for
243c17a386bSAlex Bennée  * the existence of the pipe and assuming if it's not there we are the
244c17a386bSAlex Bennée  * first process.
245c17a386bSAlex Bennée  */
246c17a386bSAlex Bennée static bool setup_socket(const char *path)
247c17a386bSAlex Bennée {
248c17a386bSAlex Bennée     struct sockaddr_un sockaddr;
249ec7ee95dSAlex Bennée     const gsize pathlen = sizeof(sockaddr.sun_path) - 1;
250c17a386bSAlex Bennée     int fd;
251c17a386bSAlex Bennée 
252c17a386bSAlex Bennée     fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
253c17a386bSAlex Bennée     if (fd < 0) {
254c17a386bSAlex Bennée         perror("create socket");
255c17a386bSAlex Bennée         return false;
256c17a386bSAlex Bennée     }
257c17a386bSAlex Bennée 
258c17a386bSAlex Bennée     sockaddr.sun_family = AF_UNIX;
259ec7ee95dSAlex Bennée     if (g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, pathlen) >= pathlen) {
260ec7ee95dSAlex Bennée         perror("bad path");
2617f452762SCong Liu         close(fd);
262ec7ee95dSAlex Bennée         return false;
263ec7ee95dSAlex Bennée     }
264ec7ee95dSAlex Bennée 
265c17a386bSAlex Bennée     if (bind(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) {
266c17a386bSAlex Bennée         perror("bind socket");
267c17a386bSAlex Bennée         close(fd);
268c17a386bSAlex Bennée         return false;
269c17a386bSAlex Bennée     }
270c17a386bSAlex Bennée 
271c17a386bSAlex Bennée     /* remember to clean-up */
272c17a386bSAlex Bennée     path_to_unlink = g_strdup(path);
273c17a386bSAlex Bennée 
274c17a386bSAlex Bennée     if (listen(fd, 1) < 0) {
275c17a386bSAlex Bennée         perror("listen socket");
276c17a386bSAlex Bennée         close(fd);
277c17a386bSAlex Bennée         return false;
278c17a386bSAlex Bennée     }
279c17a386bSAlex Bennée 
280c17a386bSAlex Bennée     socket_fd = accept(fd, NULL, NULL);
281c17a386bSAlex Bennée     if (socket_fd < 0 && errno != EINTR) {
282c17a386bSAlex Bennée         perror("accept socket");
2839cd7dde0SAlex Chen         close(fd);
284c17a386bSAlex Bennée         return false;
285c17a386bSAlex Bennée     }
286c17a386bSAlex Bennée 
287c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_outs("setup_socket::ready\n");
288c17a386bSAlex Bennée 
2899cd7dde0SAlex Chen     close(fd);
290c17a386bSAlex Bennée     return true;
291c17a386bSAlex Bennée }
292c17a386bSAlex Bennée 
293c17a386bSAlex Bennée static bool connect_socket(const char *path)
294c17a386bSAlex Bennée {
295c17a386bSAlex Bennée     int fd;
296c17a386bSAlex Bennée     struct sockaddr_un sockaddr;
297ec7ee95dSAlex Bennée     const gsize pathlen = sizeof(sockaddr.sun_path) - 1;
298c17a386bSAlex Bennée 
299c17a386bSAlex Bennée     fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
300c17a386bSAlex Bennée     if (fd < 0) {
301c17a386bSAlex Bennée         perror("create socket");
302c17a386bSAlex Bennée         return false;
303c17a386bSAlex Bennée     }
304c17a386bSAlex Bennée 
305c17a386bSAlex Bennée     sockaddr.sun_family = AF_UNIX;
306ec7ee95dSAlex Bennée     if (g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, pathlen) >= pathlen) {
307ec7ee95dSAlex Bennée         perror("bad path");
3087f452762SCong Liu         close(fd);
309ec7ee95dSAlex Bennée         return false;
310ec7ee95dSAlex Bennée     }
311c17a386bSAlex Bennée 
312c17a386bSAlex Bennée     if (connect(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) {
313c17a386bSAlex Bennée         perror("failed to connect");
314dbb864baSAlex Chen         close(fd);
315c17a386bSAlex Bennée         return false;
316c17a386bSAlex Bennée     }
317c17a386bSAlex Bennée 
318c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_outs("connect_socket::ready\n");
319c17a386bSAlex Bennée 
320c17a386bSAlex Bennée     socket_fd = fd;
321c17a386bSAlex Bennée     return true;
322c17a386bSAlex Bennée }
323c17a386bSAlex Bennée 
324c17a386bSAlex Bennée static bool setup_unix_socket(const char *path)
325c17a386bSAlex Bennée {
326c17a386bSAlex Bennée     if (g_file_test(path, G_FILE_TEST_EXISTS)) {
327c17a386bSAlex Bennée         return connect_socket(path);
328c17a386bSAlex Bennée     } else {
329c17a386bSAlex Bennée         return setup_socket(path);
330c17a386bSAlex Bennée     }
331c17a386bSAlex Bennée }
332c17a386bSAlex Bennée 
333c17a386bSAlex Bennée 
334c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_install(qemu_plugin_id_t id,
335c17a386bSAlex Bennée                                            const qemu_info_t *info,
336c17a386bSAlex Bennée                                            int argc, char **argv)
337c17a386bSAlex Bennée {
338c17a386bSAlex Bennée     int i;
339b18a0cadSMahmoud Mandour     g_autofree char *sock_path = NULL;
340c17a386bSAlex Bennée 
341c17a386bSAlex Bennée     for (i = 0; i < argc; i++) {
342c17a386bSAlex Bennée         char *p = argv[i];
34340258741SAlex Bennée         g_auto(GStrv) tokens = g_strsplit(p, "=", 2);
344b18a0cadSMahmoud Mandour 
345b18a0cadSMahmoud Mandour         if (g_strcmp0(tokens[0], "verbose") == 0) {
346b18a0cadSMahmoud Mandour             if (!qemu_plugin_bool_parse(tokens[0], tokens[1], &verbose)) {
347b18a0cadSMahmoud Mandour                 fprintf(stderr, "boolean argument parsing failed: %s\n", p);
348c17a386bSAlex Bennée                 return -1;
349c17a386bSAlex Bennée             }
350b18a0cadSMahmoud Mandour         } else if (g_strcmp0(tokens[0], "sockpath") == 0) {
351bb3dd92dSAlex Bennée             sock_path = g_strdup(tokens[1]);
352b18a0cadSMahmoud Mandour         } else {
353b18a0cadSMahmoud Mandour             fprintf(stderr, "option parsing failed: %s\n", p);
354b18a0cadSMahmoud Mandour             return -1;
355b18a0cadSMahmoud Mandour         }
356b18a0cadSMahmoud Mandour     }
357b18a0cadSMahmoud Mandour 
358b18a0cadSMahmoud Mandour     if (sock_path == NULL) {
359b18a0cadSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "Need a socket path to talk to other instance.\n");
360b18a0cadSMahmoud Mandour         return -1;
361b18a0cadSMahmoud Mandour     }
362b18a0cadSMahmoud Mandour 
363b18a0cadSMahmoud Mandour     if (!setup_unix_socket(sock_path)) {
364b18a0cadSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "Failed to setup socket for communications.\n");
365b18a0cadSMahmoud Mandour         return -1;
366c17a386bSAlex Bennée     }
367c17a386bSAlex Bennée 
368c17a386bSAlex Bennée     our_id = id;
369c17a386bSAlex Bennée 
370c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_register_vcpu_tb_trans_cb(id, vcpu_tb_trans);
371c17a386bSAlex Bennée     qemu_plugin_register_atexit_cb(id, plugin_exit, NULL);
372c17a386bSAlex Bennée     return 0;
373c17a386bSAlex Bennée }
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