xref: /openbmc/qemu/contrib/plugins/lockstep.c (revision dbb864ba4f7bc419a3ce473aa9436cc41b2e3dfd)
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