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 17c17a386bSAlex Bennée * serial only test cases are a better bet. -d nochain may also help. 18c17a386bSAlex Bennée * 19c17a386bSAlex Bennée * This code is not thread safe! 20c17a386bSAlex Bennée * 21c17a386bSAlex Bennée * Copyright (c) 2020 Linaro Ltd 22c17a386bSAlex Bennée * 23c17a386bSAlex Bennée * SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later 24c17a386bSAlex Bennée */ 25c17a386bSAlex Bennée 26c17a386bSAlex Bennée #include <glib.h> 27c17a386bSAlex Bennée #include <inttypes.h> 28c17a386bSAlex Bennée #include <unistd.h> 29c17a386bSAlex Bennée #include <sys/socket.h> 30c17a386bSAlex Bennée #include <sys/un.h> 31c17a386bSAlex Bennée #include <stdio.h> 32c17a386bSAlex Bennée #include <errno.h> 33c17a386bSAlex Bennée 34c17a386bSAlex Bennée #include <qemu-plugin.h> 35c17a386bSAlex Bennée 36c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_version = QEMU_PLUGIN_VERSION; 37c17a386bSAlex Bennée 38c17a386bSAlex Bennée /* saved so we can uninstall later */ 39c17a386bSAlex Bennée static qemu_plugin_id_t our_id; 40c17a386bSAlex Bennée 41c17a386bSAlex Bennée static unsigned long bb_count; 42c17a386bSAlex Bennée static unsigned long insn_count; 43c17a386bSAlex Bennée 44c17a386bSAlex Bennée /* Information about a translated block */ 45c17a386bSAlex Bennée typedef struct { 46c17a386bSAlex Bennée uint64_t pc; 47c17a386bSAlex Bennée uint64_t insns; 48c17a386bSAlex Bennée } BlockInfo; 49c17a386bSAlex Bennée 50c17a386bSAlex Bennée /* Information about an execution state in the log */ 51c17a386bSAlex Bennée typedef struct { 52c17a386bSAlex Bennée BlockInfo *block; 53c17a386bSAlex Bennée unsigned long insn_count; 54c17a386bSAlex Bennée unsigned long block_count; 55c17a386bSAlex Bennée } ExecInfo; 56c17a386bSAlex Bennée 57c17a386bSAlex Bennée /* The execution state we compare */ 58c17a386bSAlex Bennée typedef struct { 59c17a386bSAlex Bennée uint64_t pc; 60c17a386bSAlex Bennée unsigned long insn_count; 61c17a386bSAlex Bennée } ExecState; 62c17a386bSAlex Bennée 63c17a386bSAlex Bennée typedef struct { 64c17a386bSAlex Bennée GSList *log_pos; 65c17a386bSAlex Bennée int distance; 66c17a386bSAlex Bennée } DivergeState; 67c17a386bSAlex Bennée 68c17a386bSAlex Bennée /* list of translated block info */ 69c17a386bSAlex Bennée static GSList *blocks; 70c17a386bSAlex Bennée 71c17a386bSAlex Bennée /* execution log and points of divergence */ 72c17a386bSAlex Bennée static GSList *log, *divergence_log; 73c17a386bSAlex Bennée 74c17a386bSAlex Bennée static int socket_fd; 75c17a386bSAlex Bennée static char *path_to_unlink; 76c17a386bSAlex Bennée 77c17a386bSAlex Bennée static bool verbose; 78c17a386bSAlex Bennée 79c17a386bSAlex Bennée static void plugin_cleanup(qemu_plugin_id_t id) 80c17a386bSAlex Bennée { 81c17a386bSAlex Bennée /* Free our block data */ 82c17a386bSAlex Bennée g_slist_free_full(blocks, &g_free); 83c17a386bSAlex Bennée g_slist_free_full(log, &g_free); 84c17a386bSAlex Bennée g_slist_free(divergence_log); 85c17a386bSAlex Bennée 86c17a386bSAlex Bennée close(socket_fd); 87c17a386bSAlex Bennée if (path_to_unlink) { 88c17a386bSAlex Bennée unlink(path_to_unlink); 89c17a386bSAlex Bennée } 90c17a386bSAlex Bennée } 91c17a386bSAlex Bennée 92c17a386bSAlex Bennée static void plugin_exit(qemu_plugin_id_t id, void *p) 93c17a386bSAlex Bennée { 94c17a386bSAlex Bennée g_autoptr(GString) out = g_string_new("No divergence :-)\n"); 95c17a386bSAlex Bennée g_string_append_printf(out, "Executed %ld/%d blocks\n", 96c17a386bSAlex Bennée bb_count, g_slist_length(log)); 97c17a386bSAlex Bennée g_string_append_printf(out, "Executed ~%ld instructions\n", insn_count); 98c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(out->str); 99c17a386bSAlex Bennée 100c17a386bSAlex Bennée plugin_cleanup(id); 101c17a386bSAlex Bennée } 102c17a386bSAlex Bennée 103c17a386bSAlex Bennée static void report_divergance(ExecState *us, ExecState *them) 104c17a386bSAlex Bennée { 105c17a386bSAlex Bennée DivergeState divrec = { log, 0 }; 106c17a386bSAlex Bennée g_autoptr(GString) out = g_string_new(""); 107c17a386bSAlex Bennée bool diverged = false; 108c17a386bSAlex Bennée 109c17a386bSAlex Bennée /* 110c17a386bSAlex Bennée * If we have diverged before did we get back on track or are we 111c17a386bSAlex Bennée * totally loosing it? 112c17a386bSAlex Bennée */ 113c17a386bSAlex Bennée if (divergence_log) { 114c17a386bSAlex Bennée DivergeState *last = (DivergeState *) divergence_log->data; 115c17a386bSAlex Bennée GSList *entry; 116c17a386bSAlex Bennée 117c17a386bSAlex Bennée for (entry = log; g_slist_next(entry); entry = g_slist_next(entry)) { 118c17a386bSAlex Bennée if (entry == last->log_pos) { 119c17a386bSAlex Bennée break; 120c17a386bSAlex Bennée } 121c17a386bSAlex Bennée divrec.distance++; 122c17a386bSAlex Bennée } 123c17a386bSAlex Bennée 124c17a386bSAlex Bennée /* 125c17a386bSAlex Bennée * If the last two records are so close it is likely we will 126c17a386bSAlex Bennée * not recover synchronisation with the other end. 127c17a386bSAlex Bennée */ 128c17a386bSAlex Bennée if (divrec.distance == 1 && last->distance == 1) { 129c17a386bSAlex Bennée diverged = true; 130c17a386bSAlex Bennée } 131c17a386bSAlex Bennée } 132c17a386bSAlex Bennée divergence_log = g_slist_prepend(divergence_log, 133c17a386bSAlex Bennée g_memdup(&divrec, sizeof(divrec))); 134c17a386bSAlex Bennée 135c17a386bSAlex Bennée /* Output short log entry of going out of sync... */ 136c17a386bSAlex Bennée if (verbose || divrec.distance == 1 || diverged) { 137c17a386bSAlex Bennée g_string_printf(out, "@ %#016lx vs %#016lx (%d/%d since last)\n", 138c17a386bSAlex Bennée us->pc, them->pc, g_slist_length(divergence_log), 139c17a386bSAlex Bennée divrec.distance); 140c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(out->str); 141c17a386bSAlex Bennée } 142c17a386bSAlex Bennée 143c17a386bSAlex Bennée if (diverged) { 144c17a386bSAlex Bennée int i; 145c17a386bSAlex Bennée GSList *entry; 146c17a386bSAlex Bennée 147c17a386bSAlex Bennée g_string_printf(out, "Δ insn_count @ %#016lx (%ld) vs %#016lx (%ld)\n", 148c17a386bSAlex Bennée us->pc, us->insn_count, them->pc, them->insn_count); 149c17a386bSAlex Bennée 150c17a386bSAlex Bennée for (entry = log, i = 0; 151c17a386bSAlex Bennée g_slist_next(entry) && i < 5; 152c17a386bSAlex Bennée entry = g_slist_next(entry), i++) { 153c17a386bSAlex Bennée ExecInfo *prev = (ExecInfo *) entry->data; 154c17a386bSAlex Bennée g_string_append_printf(out, 155c17a386bSAlex Bennée " previously @ %#016lx/%ld (%ld insns)\n", 156c17a386bSAlex Bennée prev->block->pc, prev->block->insns, 157c17a386bSAlex Bennée prev->insn_count); 158c17a386bSAlex Bennée } 159c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(out->str); 160c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("too much divergence... giving up."); 161c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 162c17a386bSAlex Bennée } 163c17a386bSAlex Bennée } 164c17a386bSAlex Bennée 165c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_exec(unsigned int cpu_index, void *udata) 166c17a386bSAlex Bennée { 167c17a386bSAlex Bennée BlockInfo *bi = (BlockInfo *) udata; 168c17a386bSAlex Bennée ExecState us, them; 169c17a386bSAlex Bennée ssize_t bytes; 170c17a386bSAlex Bennée ExecInfo *exec; 171c17a386bSAlex Bennée 172c17a386bSAlex Bennée us.pc = bi->pc; 173c17a386bSAlex Bennée us.insn_count = insn_count; 174c17a386bSAlex Bennée 175c17a386bSAlex Bennée /* 176c17a386bSAlex Bennée * Write our current position to the other end. If we fail the 177c17a386bSAlex Bennée * other end has probably died and we should shut down gracefully. 178c17a386bSAlex Bennée */ 179c17a386bSAlex Bennée bytes = write(socket_fd, &us, sizeof(ExecState)); 180c17a386bSAlex Bennée if (bytes < sizeof(ExecState)) { 181c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(bytes < 0 ? 182c17a386bSAlex Bennée "problem writing to socket" : 183c17a386bSAlex Bennée "wrote less than expected to socket"); 184c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 185c17a386bSAlex Bennée return; 186c17a386bSAlex Bennée } 187c17a386bSAlex Bennée 188c17a386bSAlex Bennée /* 189c17a386bSAlex Bennée * Now read where our peer has reached. Again a failure probably 190c17a386bSAlex Bennée * indicates the other end died and we should close down cleanly. 191c17a386bSAlex Bennée */ 192c17a386bSAlex Bennée bytes = read(socket_fd, &them, sizeof(ExecState)); 193c17a386bSAlex Bennée if (bytes < sizeof(ExecState)) { 194c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs(bytes < 0 ? 195c17a386bSAlex Bennée "problem reading from socket" : 196c17a386bSAlex Bennée "read less than expected"); 197c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_uninstall(our_id, plugin_cleanup); 198c17a386bSAlex Bennée return; 199c17a386bSAlex Bennée } 200c17a386bSAlex Bennée 201c17a386bSAlex Bennée /* 202c17a386bSAlex Bennée * Compare and report if we have diverged. 203c17a386bSAlex Bennée */ 204c17a386bSAlex Bennée if (us.pc != them.pc) { 205c17a386bSAlex Bennée report_divergance(&us, &them); 206c17a386bSAlex Bennée } 207c17a386bSAlex Bennée 208c17a386bSAlex Bennée /* 209c17a386bSAlex Bennée * Assume this block will execute fully and record it 210c17a386bSAlex Bennée * in the execution log. 211c17a386bSAlex Bennée */ 212c17a386bSAlex Bennée insn_count += bi->insns; 213c17a386bSAlex Bennée bb_count++; 214c17a386bSAlex Bennée exec = g_new0(ExecInfo, 1); 215c17a386bSAlex Bennée exec->block = bi; 216c17a386bSAlex Bennée exec->insn_count = insn_count; 217c17a386bSAlex Bennée exec->block_count = bb_count; 218c17a386bSAlex Bennée log = g_slist_prepend(log, exec); 219c17a386bSAlex Bennée } 220c17a386bSAlex Bennée 221c17a386bSAlex Bennée static void vcpu_tb_trans(qemu_plugin_id_t id, struct qemu_plugin_tb *tb) 222c17a386bSAlex Bennée { 223c17a386bSAlex Bennée BlockInfo *bi = g_new0(BlockInfo, 1); 224c17a386bSAlex Bennée bi->pc = qemu_plugin_tb_vaddr(tb); 225c17a386bSAlex Bennée bi->insns = qemu_plugin_tb_n_insns(tb); 226c17a386bSAlex Bennée 227c17a386bSAlex Bennée /* save a reference so we can free later */ 228c17a386bSAlex Bennée blocks = g_slist_prepend(blocks, bi); 229c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_vcpu_tb_exec_cb(tb, vcpu_tb_exec, 230c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_CB_NO_REGS, (void *)bi); 231c17a386bSAlex Bennée } 232c17a386bSAlex Bennée 233c17a386bSAlex Bennée 234c17a386bSAlex Bennée /* 235c17a386bSAlex Bennée * Instead of encoding master/slave status into what is essentially 236c17a386bSAlex Bennée * two peers we shall just take the simple approach of checking for 237c17a386bSAlex Bennée * the existence of the pipe and assuming if it's not there we are the 238c17a386bSAlex Bennée * first process. 239c17a386bSAlex Bennée */ 240c17a386bSAlex Bennée static bool setup_socket(const char *path) 241c17a386bSAlex Bennée { 242c17a386bSAlex Bennée struct sockaddr_un sockaddr; 243c17a386bSAlex Bennée int fd; 244c17a386bSAlex Bennée 245c17a386bSAlex Bennée fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); 246c17a386bSAlex Bennée if (fd < 0) { 247c17a386bSAlex Bennée perror("create socket"); 248c17a386bSAlex Bennée return false; 249c17a386bSAlex Bennée } 250c17a386bSAlex Bennée 251c17a386bSAlex Bennée sockaddr.sun_family = AF_UNIX; 252c17a386bSAlex Bennée g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, sizeof(sockaddr.sun_path) - 1); 253c17a386bSAlex Bennée if (bind(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) { 254c17a386bSAlex Bennée perror("bind socket"); 255c17a386bSAlex Bennée close(fd); 256c17a386bSAlex Bennée return false; 257c17a386bSAlex Bennée } 258c17a386bSAlex Bennée 259c17a386bSAlex Bennée /* remember to clean-up */ 260c17a386bSAlex Bennée path_to_unlink = g_strdup(path); 261c17a386bSAlex Bennée 262c17a386bSAlex Bennée if (listen(fd, 1) < 0) { 263c17a386bSAlex Bennée perror("listen socket"); 264c17a386bSAlex Bennée close(fd); 265c17a386bSAlex Bennée return false; 266c17a386bSAlex Bennée } 267c17a386bSAlex Bennée 268c17a386bSAlex Bennée socket_fd = accept(fd, NULL, NULL); 269c17a386bSAlex Bennée if (socket_fd < 0 && errno != EINTR) { 270c17a386bSAlex Bennée perror("accept socket"); 271c17a386bSAlex Bennée return false; 272c17a386bSAlex Bennée } 273c17a386bSAlex Bennée 274c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("setup_socket::ready\n"); 275c17a386bSAlex Bennée 276c17a386bSAlex Bennée return true; 277c17a386bSAlex Bennée } 278c17a386bSAlex Bennée 279c17a386bSAlex Bennée static bool connect_socket(const char *path) 280c17a386bSAlex Bennée { 281c17a386bSAlex Bennée int fd; 282c17a386bSAlex Bennée struct sockaddr_un sockaddr; 283c17a386bSAlex Bennée 284c17a386bSAlex Bennée fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0); 285c17a386bSAlex Bennée if (fd < 0) { 286c17a386bSAlex Bennée perror("create socket"); 287c17a386bSAlex Bennée return false; 288c17a386bSAlex Bennée } 289c17a386bSAlex Bennée 290c17a386bSAlex Bennée sockaddr.sun_family = AF_UNIX; 291c17a386bSAlex Bennée g_strlcpy(sockaddr.sun_path, path, sizeof(sockaddr.sun_path) - 1); 292c17a386bSAlex Bennée 293c17a386bSAlex Bennée if (connect(fd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0) { 294c17a386bSAlex Bennée perror("failed to connect"); 295*dbb864baSAlex Chen close(fd); 296c17a386bSAlex Bennée return false; 297c17a386bSAlex Bennée } 298c17a386bSAlex Bennée 299c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("connect_socket::ready\n"); 300c17a386bSAlex Bennée 301c17a386bSAlex Bennée socket_fd = fd; 302c17a386bSAlex Bennée return true; 303c17a386bSAlex Bennée } 304c17a386bSAlex Bennée 305c17a386bSAlex Bennée static bool setup_unix_socket(const char *path) 306c17a386bSAlex Bennée { 307c17a386bSAlex Bennée if (g_file_test(path, G_FILE_TEST_EXISTS)) { 308c17a386bSAlex Bennée return connect_socket(path); 309c17a386bSAlex Bennée } else { 310c17a386bSAlex Bennée return setup_socket(path); 311c17a386bSAlex Bennée } 312c17a386bSAlex Bennée } 313c17a386bSAlex Bennée 314c17a386bSAlex Bennée 315c17a386bSAlex Bennée QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_install(qemu_plugin_id_t id, 316c17a386bSAlex Bennée const qemu_info_t *info, 317c17a386bSAlex Bennée int argc, char **argv) 318c17a386bSAlex Bennée { 319c17a386bSAlex Bennée int i; 320c17a386bSAlex Bennée 321c17a386bSAlex Bennée if (!argc || !argv[0]) { 322c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("Need a socket path to talk to other instance."); 323c17a386bSAlex Bennée return -1; 324c17a386bSAlex Bennée } 325c17a386bSAlex Bennée 326c17a386bSAlex Bennée for (i = 0; i < argc; i++) { 327c17a386bSAlex Bennée char *p = argv[i]; 328c17a386bSAlex Bennée if (strcmp(p, "verbose") == 0) { 329c17a386bSAlex Bennée verbose = true; 330c17a386bSAlex Bennée } else if (!setup_unix_socket(argv[0])) { 331c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_outs("Failed to setup socket for communications."); 332c17a386bSAlex Bennée return -1; 333c17a386bSAlex Bennée } 334c17a386bSAlex Bennée } 335c17a386bSAlex Bennée 336c17a386bSAlex Bennée our_id = id; 337c17a386bSAlex Bennée 338c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_vcpu_tb_trans_cb(id, vcpu_tb_trans); 339c17a386bSAlex Bennée qemu_plugin_register_atexit_cb(id, plugin_exit, NULL); 340c17a386bSAlex Bennée return 0; 341c17a386bSAlex Bennée } 342