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 1713167b5fSAlex Bennée * serial only test cases are a better bet. -d nochain may also help 1813167b5fSAlex 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 104*44e79489SAlex Bennée /* 105*44e79489SAlex Bennée * g_memdup has been deprecated in Glib since 2.68 and 106*44e79489SAlex Bennée * will complain about it if you try to use it. However until 107*44e79489SAlex Bennée * glib_req_ver for QEMU is bumped we make a copy of the glib-compat 108*44e79489SAlex Bennée * handler. 109*44e79489SAlex Bennée */ 110*44e79489SAlex Bennée static inline gpointer g_memdup2_qemu(gconstpointer mem, gsize byte_size) 111*44e79489SAlex Bennée { 112*44e79489SAlex Bennée #if GLIB_CHECK_VERSION(2, 68, 0) 113*44e79489SAlex Bennée return g_memdup2(mem, byte_size); 114*44e79489SAlex Bennée #else 115*44e79489SAlex Bennée gpointer new_mem; 116*44e79489SAlex Bennée 117*44e79489SAlex Bennée if (mem && byte_size != 0) { 118*44e79489SAlex Bennée new_mem = g_malloc(byte_size); 119*44e79489SAlex Bennée memcpy(new_mem, mem, byte_size); 120*44e79489SAlex Bennée } else { 121*44e79489SAlex Bennée new_mem = NULL; 122*44e79489SAlex Bennée } 123*44e79489SAlex Bennée 124*44e79489SAlex Bennée return new_mem; 125*44e79489SAlex Bennée #endif 126*44e79489SAlex Bennée } 127*44e79489SAlex Bennée #define g_memdup2(m, s) g_memdup2_qemu(m, s) 128*44e79489SAlex Bennée 129c17a386bSAlex Bennée static void report_divergance(ExecState *us, ExecState *them) 130c17a386bSAlex Bennée { 131c17a386bSAlex Bennée DivergeState divrec = { log, 0 }; 132c17a386bSAlex Bennée g_autoptr(GString) out = g_string_new(""); 133c17a386bSAlex Bennée bool diverged = false; 134c17a386bSAlex Bennée 135c17a386bSAlex Bennée /* 136c17a386bSAlex Bennée * If we have diverged before did we get back on track or are we 137669dcb60SMichael Tokarev * totally losing it? 138c17a386bSAlex Bennée */ 139c17a386bSAlex Bennée if (divergence_log) { 140c17a386bSAlex Bennée DivergeState *last = (DivergeState *) divergence_log->data; 141c17a386bSAlex Bennée GSList *entry; 142c17a386bSAlex Bennée 143c17a386bSAlex Bennée for (entry = log; g_slist_next(entry); entry = g_slist_next(entry)) { 144c17a386bSAlex Bennée if (entry == last->log_pos) { 145c17a386bSAlex Bennée break; 146c17a386bSAlex Bennée } 147c17a386bSAlex Bennée divrec.distance++; 148c17a386bSAlex Bennée } 149c17a386bSAlex Bennée 150c17a386bSAlex Bennée /* 151c17a386bSAlex Bennée * If the last two records are so close it is likely we will 152c17a386bSAlex Bennée * not recover synchronisation with the other end. 153c17a386bSAlex Bennée */ 154c17a386bSAlex Bennée if (divrec.distance == 1 && last->distance == 1) { 155c17a386bSAlex Bennée diverged = true; 156c17a386bSAlex Bennée } 157c17a386bSAlex Bennée } 158c17a386bSAlex Bennée divergence_log = g_slist_prepend(divergence_log, 159ee293103SAlex Bennée g_memdup2(&divrec, sizeof(divrec))); 160c17a386bSAlex Bennée 161c17a386bSAlex Bennée /* Output short log entry of going out of sync... */ 162c17a386bSAlex Bennée if (verbose || divrec.distance == 1 || diverged) { 1633b8550c9SAlex Bennée g_string_printf(out, "@ " 1643b8550c9SAlex Bennée "0x%016" PRIx64 " (%" PRId64 ") vs " 1653b8550c9SAlex Bennée "0x%016" PRIx64 " (%" PRId64 ")" 1663045019fSPhilippe Mathieu-Daudé " (%d/%d since last)\n", 1673b8550c9SAlex Bennée us->pc, us->insn_count, 1683b8550c9SAlex Bennée them->pc, them->insn_count, 1693b8550c9SAlex Bennée g_slist_length(divergence_log), 170c17a386bSAlex Bennée divrec.distance); 171c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(out->str); 172c17a386bSAlex Bennée } 173c17a386bSAlex Bennée 174c17a386bSAlex Bennée if (diverged) { 175c17a386bSAlex Bennée int i; 176c17a386bSAlex Bennée GSList *entry; 177c17a386bSAlex Bennée 1783b8550c9SAlex Bennée g_string_printf(out, "Δ too high, we have diverged, previous insns\n"); 179c17a386bSAlex Bennée 180c17a386bSAlex Bennée for (entry = log, i = 0; 181c17a386bSAlex Bennée g_slist_next(entry) && i < 5; 182c17a386bSAlex Bennée entry = g_slist_next(entry), i++) { 183c17a386bSAlex Bennée ExecInfo *prev = (ExecInfo *) entry->data; 184c17a386bSAlex Bennée g_string_append_printf(out, 1853045019fSPhilippe Mathieu-Daudé " previously @ 0x%016" PRIx64 "/%" PRId64 1863045019fSPhilippe Mathieu-Daudé " (%ld insns)\n", 187c17a386bSAlex Bennée prev->block->pc, prev->block->insns, 188c17a386bSAlex Bennée prev->insn_count); 189c17a386bSAlex Bennée } 190c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(out->str); 1913b8550c9SAlex Bennée qemu_plugin_outs("giving up\n"); 192c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 193c17a386bSAlex Bennée } 194c17a386bSAlex Bennée } 195c17a386bSAlex Bennée 196c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_exec(unsigned int cpu_index, void *udata) 197c17a386bSAlex Bennée { 198c17a386bSAlex Bennée BlockInfo *bi = (BlockInfo *) udata; 199c17a386bSAlex Bennée ExecState us, them; 200c17a386bSAlex Bennée ssize_t bytes; 201c17a386bSAlex Bennée ExecInfo *exec; 202c17a386bSAlex Bennée 203c17a386bSAlex Bennée us.pc = bi->pc; 204c17a386bSAlex Bennée us.insn_count = insn_count; 205c17a386bSAlex Bennée 206c17a386bSAlex Bennée /* 207c17a386bSAlex Bennée * Write our current position to the other end. If we fail the 208c17a386bSAlex Bennée * other end has probably died and we should shut down gracefully. 209c17a386bSAlex Bennée */ 210c17a386bSAlex Bennée bytes = write(socket_fd, &us, sizeof(ExecState)); 211c17a386bSAlex Bennée if (bytes < sizeof(ExecState)) { 212c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(bytes < 0 ? 213c17a386bSAlex Bennée "problem writing to socket" : 214c17a386bSAlex Bennée "wrote less than expected to socket"); 215c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 216c17a386bSAlex Bennée return; 217c17a386bSAlex Bennée } 218c17a386bSAlex Bennée 219c17a386bSAlex Bennée /* 220c17a386bSAlex Bennée * Now read where our peer has reached. Again a failure probably 221c17a386bSAlex Bennée * indicates the other end died and we should close down cleanly. 222c17a386bSAlex Bennée */ 223c17a386bSAlex Bennée bytes = read(socket_fd, &them, sizeof(ExecState)); 224c17a386bSAlex Bennée if (bytes < sizeof(ExecState)) { 225c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(bytes < 0 ? 226c17a386bSAlex Bennée "problem reading from socket" : 227c17a386bSAlex Bennée "read less than expected"); 228c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 229c17a386bSAlex Bennée return; 230c17a386bSAlex Bennée } 231c17a386bSAlex Bennée 232c17a386bSAlex Bennée /* 233c17a386bSAlex Bennée * Compare and report if we have diverged. 234c17a386bSAlex Bennée */ 235c17a386bSAlex Bennée if (us.pc != them.pc) { 236c17a386bSAlex Bennée report_divergance(&us, &them); 237c17a386bSAlex Bennée } 238c17a386bSAlex Bennée 239c17a386bSAlex Bennée /* 240c17a386bSAlex Bennée * Assume this block will execute fully and record it 241c17a386bSAlex Bennée * in the execution log. 242c17a386bSAlex Bennée */ 243c17a386bSAlex Bennée insn_count += bi->insns; 244c17a386bSAlex Bennée bb_count++; 245c17a386bSAlex Bennée exec = g_new0(ExecInfo, 1); 246c17a386bSAlex Bennée exec->block = bi; 247c17a386bSAlex Bennée exec->insn_count = insn_count; 248c17a386bSAlex Bennée exec->block_count = bb_count; 249c17a386bSAlex Bennée log = g_slist_prepend(log, exec); 250c17a386bSAlex Bennée } 251c17a386bSAlex Bennée 252c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_trans(qemu_plugin_id_t id, struct qemu_plugin_tb *tb) 253c17a386bSAlex Bennée { 254c17a386bSAlex Bennée BlockInfo *bi = g_new0(BlockInfo, 1); 255c17a386bSAlex Bennée bi->pc = qemu_plugin_tb_vaddr(tb); 256c17a386bSAlex Bennée bi->insns = qemu_plugin_tb_n_insns(tb); 257c17a386bSAlex Bennée 258c17a386bSAlex Bennée /* save a reference so we can free later */ 259c17a386bSAlex Bennée blocks = g_slist_prepend(blocks, bi); 260c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_vcpu_tb_exec_cb(tb, vcpu_tb_exec, 261c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_CB_NO_REGS, (void *)bi); 262c17a386bSAlex Bennée } 263c17a386bSAlex Bennée 264c17a386bSAlex Bennée 265c17a386bSAlex Bennée /* 266c17a386bSAlex Bennée * Instead of encoding master/slave status into what is essentially 267c17a386bSAlex Bennée * two peers we shall just take the simple approach of checking for 268c17a386bSAlex Bennée * the existence of the pipe and assuming if it's not there we are the 269c17a386bSAlex Bennée * first process. 270c17a386bSAlex Bennée */ 271c17a386bSAlex Bennée static bool setup_socket(const char *path) 272c17a386bSAlex Bennée { 273c17a386bSAlex Bennée struct sockaddr_un sockaddr; 274ec7ee95dSAlex Bennée const gsize pathlen = sizeof(sockaddr.sun_path) - 1; 275c17a386bSAlex Bennée int fd; 276c17a386bSAlex Bennée 277c17a386bSAlex Bennée fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); 278c17a386bSAlex Bennée if (fd < 0) { 279c17a386bSAlex Bennée perror("create socket"); 280c17a386bSAlex Bennée return false; 281c17a386bSAlex Bennée } 282c17a386bSAlex Bennée 283c17a386bSAlex Bennée sockaddr.sun_family = AF_UNIX; 284ec7ee95dSAlex Bennée if (g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, pathlen) >= pathlen) { 285ec7ee95dSAlex Bennée perror("bad path"); 2867f452762SCong Liu close(fd); 287ec7ee95dSAlex Bennée return false; 288ec7ee95dSAlex Bennée } 289ec7ee95dSAlex Bennée 290c17a386bSAlex Bennée if (bind(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) { 291c17a386bSAlex Bennée perror("bind socket"); 292c17a386bSAlex Bennée close(fd); 293c17a386bSAlex Bennée return false; 294c17a386bSAlex Bennée } 295c17a386bSAlex Bennée 296c17a386bSAlex Bennée /* remember to clean-up */ 297c17a386bSAlex Bennée path_to_unlink = g_strdup(path); 298c17a386bSAlex Bennée 299c17a386bSAlex Bennée if (listen(fd, 1) < 0) { 300c17a386bSAlex Bennée perror("listen socket"); 301c17a386bSAlex Bennée close(fd); 302c17a386bSAlex Bennée return false; 303c17a386bSAlex Bennée } 304c17a386bSAlex Bennée 305c17a386bSAlex Bennée socket_fd = accept(fd, NULL, NULL); 306c17a386bSAlex Bennée if (socket_fd < 0 && errno != EINTR) { 307c17a386bSAlex Bennée perror("accept socket"); 3089cd7dde0SAlex Chen close(fd); 309c17a386bSAlex Bennée return false; 310c17a386bSAlex Bennée } 311c17a386bSAlex Bennée 312c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("setup_socket::ready\n"); 313c17a386bSAlex Bennée 3149cd7dde0SAlex Chen close(fd); 315c17a386bSAlex Bennée return true; 316c17a386bSAlex Bennée } 317c17a386bSAlex Bennée 318c17a386bSAlex Bennée static bool connect_socket(const char *path) 319c17a386bSAlex Bennée { 320c17a386bSAlex Bennée int fd; 321c17a386bSAlex Bennée struct sockaddr_un sockaddr; 322ec7ee95dSAlex Bennée const gsize pathlen = sizeof(sockaddr.sun_path) - 1; 323c17a386bSAlex Bennée 324c17a386bSAlex Bennée fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); 325c17a386bSAlex Bennée if (fd < 0) { 326c17a386bSAlex Bennée perror("create socket"); 327c17a386bSAlex Bennée return false; 328c17a386bSAlex Bennée } 329c17a386bSAlex Bennée 330c17a386bSAlex Bennée sockaddr.sun_family = AF_UNIX; 331ec7ee95dSAlex Bennée if (g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, pathlen) >= pathlen) { 332ec7ee95dSAlex Bennée perror("bad path"); 3337f452762SCong Liu close(fd); 334ec7ee95dSAlex Bennée return false; 335ec7ee95dSAlex Bennée } 336c17a386bSAlex Bennée 337c17a386bSAlex Bennée if (connect(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) { 338c17a386bSAlex Bennée perror("failed to connect"); 339dbb864baSAlex Chen close(fd); 340c17a386bSAlex Bennée return false; 341c17a386bSAlex Bennée } 342c17a386bSAlex Bennée 343c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("connect_socket::ready\n"); 344c17a386bSAlex Bennée 345c17a386bSAlex Bennée socket_fd = fd; 346c17a386bSAlex Bennée return true; 347c17a386bSAlex Bennée } 348c17a386bSAlex Bennée 349c17a386bSAlex Bennée static bool setup_unix_socket(const char *path) 350c17a386bSAlex Bennée { 351c17a386bSAlex Bennée if (g_file_test(path, G_FILE_TEST_EXISTS)) { 352c17a386bSAlex Bennée return connect_socket(path); 353c17a386bSAlex Bennée } else { 354c17a386bSAlex Bennée return setup_socket(path); 355c17a386bSAlex Bennée } 356c17a386bSAlex Bennée } 357c17a386bSAlex Bennée 358c17a386bSAlex Bennée 359c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_install(qemu_plugin_id_t id, 360c17a386bSAlex Bennée const qemu_info_t *info, 361c17a386bSAlex Bennée int argc, char **argv) 362c17a386bSAlex Bennée { 363c17a386bSAlex Bennée int i; 364b18a0cadSMahmoud Mandour g_autofree char *sock_path = NULL; 365c17a386bSAlex Bennée 366c17a386bSAlex Bennée for (i = 0; i < argc; i++) { 367c17a386bSAlex Bennée char *p = argv[i]; 36840258741SAlex Bennée g_auto(GStrv) tokens = g_strsplit(p, "=", 2); 369b18a0cadSMahmoud Mandour 370b18a0cadSMahmoud Mandour if (g_strcmp0(tokens[0], "verbose") == 0) { 371b18a0cadSMahmoud Mandour if (!qemu_plugin_bool_parse(tokens[0], tokens[1], &verbose)) { 372b18a0cadSMahmoud Mandour fprintf(stderr, "boolean argument parsing failed: %s\n", p); 373c17a386bSAlex Bennée return -1; 374c17a386bSAlex Bennée } 375b18a0cadSMahmoud Mandour } else if (g_strcmp0(tokens[0], "sockpath") == 0) { 376bb3dd92dSAlex Bennée sock_path = g_strdup(tokens[1]); 377b18a0cadSMahmoud Mandour } else { 378b18a0cadSMahmoud Mandour fprintf(stderr, "option parsing failed: %s\n", p); 379b18a0cadSMahmoud Mandour return -1; 380b18a0cadSMahmoud Mandour } 381b18a0cadSMahmoud Mandour } 382b18a0cadSMahmoud Mandour 383b18a0cadSMahmoud Mandour if (sock_path == NULL) { 384b18a0cadSMahmoud Mandour fprintf(stderr, "Need a socket path to talk to other instance.\n"); 385b18a0cadSMahmoud Mandour return -1; 386b18a0cadSMahmoud Mandour } 387b18a0cadSMahmoud Mandour 388b18a0cadSMahmoud Mandour if (!setup_unix_socket(sock_path)) { 389b18a0cadSMahmoud Mandour fprintf(stderr, "Failed to setup socket for communications.\n"); 390b18a0cadSMahmoud Mandour return -1; 391c17a386bSAlex Bennée } 392c17a386bSAlex Bennée 393c17a386bSAlex Bennée our_id = id; 394c17a386bSAlex Bennée 395c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_vcpu_tb_trans_cb(id, vcpu_tb_trans); 396c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_atexit_cb(id, plugin_exit, NULL); 397c17a386bSAlex Bennée return 0; 398c17a386bSAlex Bennée } 399