sim: Initialize Drainable::_drainState to the system's state
[gem5.git] / src / sim / eventq.hh
index b04b43702e9c48e285c2938a5b9f953f44398597..6f393fc338751ba2b2c20fe1427cb5267b2a7587 100644 (file)
@@ -1,5 +1,7 @@
 /*
  * Copyright (c) 2000-2005 The Regents of The University of Michigan
+ * Copyright (c) 2013 Advanced Micro Devices, Inc.
+ * Copyright (c) 2013 Mark D. Hill and David A. Wood
  * All rights reserved.
  *
  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 #include <cassert>
 #include <climits>
 #include <iosfwd>
+#include <memory>
+#include <mutex>
 #include <string>
 
 #include "base/flags.hh"
 #include "base/misc.hh"
-#include "base/trace.hh"
 #include "base/types.hh"
 #include "debug/Event.hh"
 #include "sim/serialize.hh"
 
 class EventQueue;       // forward declaration
+class BaseGlobalEvent;
 
-extern EventQueue mainEventQueue;
+//! Simulation Quantum for multiple eventq simulation.
+//! The quantum value is the period length after which the queues
+//! synchronize themselves with each other. This means that any
+//! event to scheduled on Queue A which is generated by an event on
+//! Queue B should be at least simQuantum ticks away in future.
+extern Tick simQuantum;
 
-/*
- * An item on an event queue.  The action caused by a given
- * event is specified by deriving a subclass and overriding the
- * process() member function.
- *
- * Caution, the order of members is chosen to maximize data packing.
+//! Current number of allocated main event queues.
+extern uint32_t numMainEventQueues;
+
+//! Array for main event queues.
+extern std::vector<EventQueue *> mainEventQueue;
+
+#ifndef SWIG
+//! The current event queue for the running thread. Access to this queue
+//! does not require any locking from the thread.
+
+extern __thread EventQueue *_curEventQueue;
+
+#endif
+
+//! Current mode of execution: parallel / serial
+extern bool inParallelMode;
+
+//! Function for returning eventq queue for the provided
+//! index. The function allocates a new queue in case one
+//! does not exist for the index, provided that the index
+//! is with in bounds.
+EventQueue *getEventQueue(uint32_t index);
+
+inline EventQueue *curEventQueue() { return _curEventQueue; }
+inline void curEventQueue(EventQueue *q) { _curEventQueue = q; }
+
+/**
+ * Common base class for Event and GlobalEvent, so they can share flag
+ * and priority definitions and accessor functions.  This class should
+ * not be used directly.
  */
-class Event : public Serializable
+class EventBase
 {
-    friend class EventQueue;
-
   protected:   
     typedef unsigned short FlagsType;
     typedef ::Flags<FlagsType> Flags;
@@ -79,15 +110,80 @@ class Event : public Serializable
     static const FlagsType Initialized   = 0x7a40; // somewhat random bits
     static const FlagsType InitMask      = 0xffc0; // mask for init bits
 
-    bool
-    initialized() const
-    {
-        return this && (flags & InitMask) == Initialized;
-    }
-
   public:
     typedef int8_t Priority;
 
+    /// Event priorities, to provide tie-breakers for events scheduled
+    /// at the same cycle.  Most events are scheduled at the default
+    /// priority; these values are used to control events that need to
+    /// be ordered within a cycle.
+
+    /// Minimum priority
+    static const Priority Minimum_Pri =          SCHAR_MIN;
+
+    /// If we enable tracing on a particular cycle, do that as the
+    /// very first thing so we don't miss any of the events on
+    /// that cycle (even if we enter the debugger).
+    static const Priority Debug_Enable_Pri =          -101;
+
+    /// Breakpoints should happen before anything else (except
+    /// enabling trace output), so we don't miss any action when
+    /// debugging.
+    static const Priority Debug_Break_Pri =           -100;
+
+    /// CPU switches schedule the new CPU's tick event for the
+    /// same cycle (after unscheduling the old CPU's tick event).
+    /// The switch needs to come before any tick events to make
+    /// sure we don't tick both CPUs in the same cycle.
+    static const Priority CPU_Switch_Pri =             -31;
+
+    /// For some reason "delayed" inter-cluster writebacks are
+    /// scheduled before regular writebacks (which have default
+    /// priority).  Steve?
+    static const Priority Delayed_Writeback_Pri =       -1;
+
+    /// Default is zero for historical reasons.
+    static const Priority Default_Pri =                  0;
+
+    /// DVFS update event leads to stats dump therefore given a lower priority
+    /// to ensure all relevant states have been updated
+    static const Priority DVFS_Update_Pri =             31;
+
+    /// Serailization needs to occur before tick events also, so
+    /// that a serialize/unserialize is identical to an on-line
+    /// CPU switch.
+    static const Priority Serialize_Pri =               32;
+
+    /// CPU ticks must come after other associated CPU events
+    /// (such as writebacks).
+    static const Priority CPU_Tick_Pri =                50;
+
+    /// Statistics events (dump, reset, etc.) come after
+    /// everything else, but before exit.
+    static const Priority Stat_Event_Pri =              90;
+
+    /// Progress events come at the end.
+    static const Priority Progress_Event_Pri =          95;
+
+    /// If we want to exit on this cycle, it's the very last thing
+    /// we do.
+    static const Priority Sim_Exit_Pri =               100;
+
+    /// Maximum priority
+    static const Priority Maximum_Pri =          SCHAR_MAX;
+};
+
+/*
+ * An item on an event queue.  The action caused by a given
+ * event is specified by deriving a subclass and overriding the
+ * process() member function.
+ *
+ * Caution, the order of members is chosen to maximize data packing.
+ */
+class Event : public EventBase, public Serializable
+{
+    friend class EventQueue;
+
   private:
     // The event queue is now a linked list of linked lists.  The
     // 'nextBin' pointer is to find the bin, where a bin is defined as
@@ -140,6 +236,12 @@ class Event : public Serializable
 #endif
     }
 
+    bool
+    initialized() const
+    {
+        return (flags & InitMask) == Initialized;
+    }
+
   protected:
     /// Accessor for flags.
     Flags
@@ -180,67 +282,13 @@ class Event : public Serializable
     virtual void trace(const char *action);     //!< trace event activity
 
   public:
-    /// Event priorities, to provide tie-breakers for events scheduled
-    /// at the same cycle.  Most events are scheduled at the default
-    /// priority; these values are used to control events that need to
-    /// be ordered within a cycle.
-
-    /// Minimum priority
-    static const Priority Minimum_Pri =          SCHAR_MIN;
-
-    /// If we enable tracing on a particular cycle, do that as the
-    /// very first thing so we don't miss any of the events on
-    /// that cycle (even if we enter the debugger).
-    static const Priority Trace_Enable_Pri =          -101;
-
-    /// Breakpoints should happen before anything else (except
-    /// enabling trace output), so we don't miss any action when
-    /// debugging.
-    static const Priority Debug_Break_Pri =           -100;
-
-    /// CPU switches schedule the new CPU's tick event for the
-    /// same cycle (after unscheduling the old CPU's tick event).
-    /// The switch needs to come before any tick events to make
-    /// sure we don't tick both CPUs in the same cycle.
-    static const Priority CPU_Switch_Pri =             -31;
-
-    /// For some reason "delayed" inter-cluster writebacks are
-    /// scheduled before regular writebacks (which have default
-    /// priority).  Steve?
-    static const Priority Delayed_Writeback_Pri =       -1;
-
-    /// Default is zero for historical reasons.
-    static const Priority Default_Pri =                  0;
-
-    /// Serailization needs to occur before tick events also, so
-    /// that a serialize/unserialize is identical to an on-line
-    /// CPU switch.
-    static const Priority Serialize_Pri =               32;
-
-    /// CPU ticks must come after other associated CPU events
-    /// (such as writebacks).
-    static const Priority CPU_Tick_Pri =                50;
-
-    /// Statistics events (dump, reset, etc.) come after
-    /// everything else, but before exit.
-    static const Priority Stat_Event_Pri =              90;
-
-    /// Progress events come at the end.
-    static const Priority Progress_Event_Pri =          95;
-
-    /// If we want to exit on this cycle, it's the very last thing
-    /// we do.
-    static const Priority Sim_Exit_Pri =               100;
-
-    /// Maximum priority
-    static const Priority Maximum_Pri =          SCHAR_MAX;
 
     /*
      * Event constructor
      * @param queue that the event gets scheduled on
      */
     Event(Priority p = Default_Pri, Flags f = 0)
-        : nextBin(NULL), nextInBin(NULL), _priority(p),
+        : nextBin(nullptr), nextInBin(nullptr), _when(0), _priority(p),
           flags(Initialized | f)
     {
         assert(f.noneSet(~PublicWrite));
@@ -290,25 +338,23 @@ class Event : public Serializable
     /// See if this is a SimExitEvent (without resorting to RTTI)
     bool isExitEvent() const { return flags.isSet(IsExitEvent); }
 
+    /// Check whether this event will auto-delete
+    bool isAutoDelete() const { return flags.isSet(AutoDelete); }
+
     /// Get the time that the event is scheduled
     Tick when() const { return _when; }
 
     /// Get the event priority
     Priority priority() const { return _priority; }
 
-#ifndef SWIG
-    struct priority_compare
-        : public std::binary_function<Event *, Event *, bool>
-    {
-        bool
-        operator()(const Event *l, const Event *r) const
-        {
-            return l->when() >= r->when() || l->priority() >= r->priority();
-        }
-    };
+    //! If this is part of a GlobalEvent, return the pointer to the
+    //! Global Event.  By default, there is no GlobalEvent, so return
+    //! NULL.  (Overridden in GlobalEvent::BarrierEvent.)
+    virtual BaseGlobalEvent *globalEvent() { return NULL; }
 
-    virtual void serialize(std::ostream &os);
-    virtual void unserialize(Checkpoint *cp, const std::string &section);
+#ifndef SWIG
+    void serialize(CheckpointOut &cp) const M5_ATTR_OVERRIDE;
+    void unserialize(CheckpointIn &cp) M5_ATTR_OVERRIDE;
 #endif
 };
 
@@ -353,32 +399,176 @@ operator!=(const Event &l, const Event &r)
 }
 #endif
 
-/*
+/**
  * Queue of events sorted in time order
+ *
+ * Events are scheduled (inserted into the event queue) using the
+ * schedule() method. This method either inserts a <i>synchronous</i>
+ * or <i>asynchronous</i> event.
+ *
+ * Synchronous events are scheduled using schedule() method with the
+ * argument 'global' set to false (default). This should only be done
+ * from a thread holding the event queue lock
+ * (EventQueue::service_mutex). The lock is always held when an event
+ * handler is called, it can therefore always insert events into its
+ * own event queue unless it voluntarily releases the lock.
+ *
+ * Events can be scheduled across thread (and event queue borders) by
+ * either scheduling asynchronous events or taking the target event
+ * queue's lock. However, the lock should <i>never</i> be taken
+ * directly since this is likely to cause deadlocks. Instead, code
+ * that needs to schedule events in other event queues should
+ * temporarily release its own queue and lock the new queue. This
+ * prevents deadlocks since a single thread never owns more than one
+ * event queue lock. This functionality is provided by the
+ * ScopedMigration helper class. Note that temporarily migrating
+ * between event queues can make the simulation non-deterministic, it
+ * should therefore be limited to cases where that can be tolerated
+ * (e.g., handling asynchronous IO or fast-forwarding in KVM).
+ *
+ * Asynchronous events can also be scheduled using the normal
+ * schedule() method with the 'global' parameter set to true. Unlike
+ * the previous queue migration strategy, this strategy is fully
+ * deterministic. This causes the event to be inserted in a separate
+ * queue of asynchronous events (async_queue), which is merged main
+ * event queue at the end of each simulation quantum (by calling the
+ * handleAsyncInsertions() method). Note that this implies that such
+ * events must happen at least one simulation quantum into the future,
+ * otherwise they risk being scheduled in the past by
+ * handleAsyncInsertions().
  */
 class EventQueue : public Serializable
 {
   private:
     std::string objName;
     Event *head;
+    Tick _curTick;
+
+    //! Mutex to protect async queue.
+    std::mutex async_queue_mutex;
+
+    //! List of events added by other threads to this event queue.
+    std::list<Event*> async_queue;
+
+    /**
+     * Lock protecting event handling.
+     *
+     * This lock is always taken when servicing events. It is assumed
+     * that the thread scheduling new events (not asynchronous events
+     * though) have taken this lock. This is normally done by
+     * serviceOne() since new events are typically scheduled as a
+     * response to an earlier event.
+     *
+     * This lock is intended to be used to temporarily steal an event
+     * queue to support inter-thread communication when some
+     * deterministic timing can be sacrificed for speed. For example,
+     * the KVM CPU can use this support to access devices running in a
+     * different thread.
+     *
+     * @see EventQueue::ScopedMigration.
+     * @see EventQueue::ScopedRelease
+     * @see EventQueue::lock()
+     * @see EventQueue::unlock()
+     */
+    std::mutex service_mutex;
 
+    //! Insert / remove event from the queue. Should only be called
+    //! by thread operating this queue.
     void insert(Event *event);
     void remove(Event *event);
 
+    //! Function for adding events to the async queue. The added events
+    //! are added to main event queue later. Threads, other than the
+    //! owning thread, should call this function instead of insert().
+    void asyncInsert(Event *event);
+
     EventQueue(const EventQueue &);
-    const EventQueue &operator=(const EventQueue &);
 
   public:
+#ifndef SWIG
+    /**
+     * Temporarily migrate execution to a different event queue.
+     *
+     * An instance of this class temporarily migrates execution to a
+     * different event queue by releasing the current queue, locking
+     * the new queue, and updating curEventQueue(). This can, for
+     * example, be useful when performing IO across thread event
+     * queues when timing is not crucial (e.g., during fast
+     * forwarding).
+     */
+    class ScopedMigration
+    {
+      public:
+        ScopedMigration(EventQueue *_new_eq)
+            :  new_eq(*_new_eq), old_eq(*curEventQueue())
+        {
+            old_eq.unlock();
+            new_eq.lock();
+            curEventQueue(&new_eq);
+        }
+
+        ~ScopedMigration()
+        {
+            new_eq.unlock();
+            old_eq.lock();
+            curEventQueue(&old_eq);
+        }
+
+      private:
+        EventQueue &new_eq;
+        EventQueue &old_eq;
+    };
+
+    /**
+     * Temporarily release the event queue service lock.
+     *
+     * There are cases where it is desirable to temporarily release
+     * the event queue lock to prevent deadlocks. For example, when
+     * waiting on the global barrier, we need to release the lock to
+     * prevent deadlocks from happening when another thread tries to
+     * temporarily take over the event queue waiting on the barrier.
+     */
+    class ScopedRelease
+    {
+      public:
+        ScopedRelease(EventQueue *_eq)
+            :  eq(*_eq)
+        {
+            eq.unlock();
+        }
+
+        ~ScopedRelease()
+        {
+            eq.lock();
+        }
+
+      private:
+        EventQueue &eq;
+    };
+#endif
+
     EventQueue(const std::string &n);
 
     virtual const std::string name() const { return objName; }
+    void name(const std::string &st) { objName = st; }
 
-    // schedule the given event on this queue
-    void schedule(Event *event, Tick when);
+    //! Schedule the given event on this queue. Safe to call from any
+    //! thread.
+    void schedule(Event *event, Tick when, bool global = false);
+
+    //! Deschedule the specified event. Should be called only from the
+    //! owning thread.
     void deschedule(Event *event);
+
+    //! Reschedule the specified event. Should be called only from
+    //! the owning thread.
     void reschedule(Event *event, Tick when, bool always = false);
 
     Tick nextTick() const { return head->when(); }
+    void setCurTick(Tick newVal) { _curTick = newVal; }
+    Tick getCurTick() { return _curTick; }
+    Event *getHead() const { return head; }
+
     Event *serviceOne();
 
     // process all events up to the given timestamp.  we inline a
@@ -398,6 +588,8 @@ class EventQueue : public Serializable
             //assert(head->when() >= when && "event scheduled in the past");
             serviceOne();
         }
+
+        setCurTick(when);
     }
 
     // return true if no events are queued
@@ -407,6 +599,24 @@ class EventQueue : public Serializable
 
     bool debugVerify() const;
 
+    //! Function for moving events from the async_queue to the main queue.
+    void handleAsyncInsertions();
+
+    /**
+     *  Function to signal that the event loop should be woken up because
+     *  an event has been scheduled by an agent outside the gem5 event
+     *  loop(s) whose event insertion may not have been noticed by gem5.
+     *  This function isn't needed by the usual gem5 event loop but may
+     *  be necessary in derived EventQueues which host gem5 onto other
+     *  schedulers.
+     *
+     *  @param when Time of a delayed wakeup (if known). This parameter
+     *  can be used by an implementation to schedule a wakeup in the
+     *  future if it is sure it will remain active until then.
+     *  Or it can be ignored and the event queue can be woken up now.
+     */
+    virtual void wakeup(Tick when = (Tick)-1) { }
+
     /**
      *  function for replacing the head of the event queue, so that a
      *  different set of events can run without disturbing events that have
@@ -417,12 +627,45 @@ class EventQueue : public Serializable
      */
     Event* replaceHead(Event* s);
 
+    /**@{*/
+    /**
+     * Provide an interface for locking/unlocking the event queue.
+     *
+     * @warn Do NOT use these methods directly unless you really know
+     * what you are doing. Incorrect use can easily lead to simulator
+     * deadlocks.
+     *
+     * @see EventQueue::ScopedMigration.
+     * @see EventQueue::ScopedRelease
+     * @see EventQueue
+     */
+    void lock() { service_mutex.lock(); }
+    void unlock() { service_mutex.unlock(); }
+    /**@}*/
+
 #ifndef SWIG
-    virtual void serialize(std::ostream &os);
-    virtual void unserialize(Checkpoint *cp, const std::string &section);
+    void serialize(CheckpointOut &cp) const M5_ATTR_OVERRIDE;
+    void unserialize(CheckpointIn &cp) M5_ATTR_OVERRIDE;
 #endif
+
+    /**
+     * Reschedule an event after a checkpoint.
+     *
+     * Since events don't know which event queue they belong to,
+     * parent objects need to reschedule events themselves. This
+     * method conditionally schedules an event that has the Scheduled
+     * flag set. It should be called by parent objects after
+     * unserializing an object.
+     *
+     * @warn Only use this method after unserializing an Event.
+     */
+    void checkpointReschedule(Event *event);
+
+    virtual ~EventQueue() { }
 };
 
+void dumpMainQueue();
+
 #ifndef SWIG
 class EventManager
 {
@@ -431,17 +674,12 @@ class EventManager
     EventQueue *eventq;
 
   public:
-    EventManager(EventManager &em) : eventq(em.queue()) {}
-    EventManager(EventManager *em) : eventq(em ? em->queue() : NULL) {}
+    EventManager(EventManager &em) : eventq(em.eventq) {}
+    EventManager(EventManager *em) : eventq(em->eventq) {}
     EventManager(EventQueue *eq) : eventq(eq) {}
 
     EventQueue *
-    queue() const
-    {
-        return eventq;
-    }
-
-    operator EventQueue *() const
+    eventQueue() const
     {
         return eventq;
     }
@@ -481,71 +719,14 @@ class EventManager
     {
         eventq->reschedule(event, when, always);
     }
-};
 
-inline void
-EventQueue::schedule(Event *event, Tick when)
-{
-    // Typecasting Tick->Utick here since gcc
-    // complains about signed overflow
-    assert((UTick)when >= (UTick)curTick());
-    assert(!event->scheduled());
-    assert(event->initialized());
-
-    event->setWhen(when, this);
-    insert(event);
-    event->flags.set(Event::Scheduled);
-    if (this == &mainEventQueue)
-        event->flags.set(Event::IsMainQueue);
-    else
-        event->flags.clear(Event::IsMainQueue);
-
-    if (DTRACE(Event))
-        event->trace("scheduled");
-}
-
-inline void
-EventQueue::deschedule(Event *event)
-{
-    assert(event->scheduled());
-    assert(event->initialized());
-
-    remove(event);
-
-    event->flags.clear(Event::Squashed);
-    event->flags.clear(Event::Scheduled);
-
-    if (DTRACE(Event))
-        event->trace("descheduled");
-
-    if (event->flags.isSet(Event::AutoDelete))
-        delete event;
-}
+    void wakeupEventQueue(Tick when = (Tick)-1)
+    {
+        eventq->wakeup(when);
+    }
 
-inline void
-EventQueue::reschedule(Event *event, Tick when, bool always)
-{
-    // Typecasting Tick->Utick here since gcc
-    // complains about signed overflow
-    assert((UTick)when >= (UTick)curTick());
-    assert(always || event->scheduled());
-    assert(event->initialized());
-
-    if (event->scheduled())
-        remove(event);
-            
-    event->setWhen(when, this);
-    insert(event);
-    event->flags.clear(Event::Squashed);
-    event->flags.set(Event::Scheduled);
-    if (this == &mainEventQueue)
-        event->flags.set(Event::IsMainQueue);
-    else
-        event->flags.clear(Event::IsMainQueue);
-
-    if (DTRACE(Event))
-        event->trace("rescheduled");
-}
+    void setCurTick(Tick newVal) { eventq->setCurTick(newVal); }
+};
 
 template <class T, void (T::* F)()>
 void