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|         LINUX KERNEL MEMORY CONSISTENCY MODEL | 
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|   | 
| ============ | 
| INTRODUCTION | 
| ============ | 
|   | 
| This directory contains the memory consistency model (memory model, for | 
| short) of the Linux kernel, written in the "cat" language and executable | 
| by the externally provided "herd7" simulator, which exhaustively explores | 
| the state space of small litmus tests. | 
|   | 
| In addition, the "klitmus7" tool (also externally provided) may be used | 
| to convert a litmus test to a Linux kernel module, which in turn allows | 
| that litmus test to be exercised within the Linux kernel. | 
|   | 
|   | 
| ============ | 
| REQUIREMENTS | 
| ============ | 
|   | 
| Version 7.52 or higher of the "herd7" and "klitmus7" tools must be | 
| downloaded separately: | 
|   | 
|   https://github.com/herd/herdtools7 | 
|   | 
| See "herdtools7/INSTALL.md" for installation instructions. | 
|   | 
| Note that although these tools usually provide backwards compatibility, | 
| this is not absolutely guaranteed. | 
|   | 
| For example, a future version of herd7 might not work with the model | 
| in this release.  A compatible model will likely be made available in | 
| a later release of Linux kernel. | 
|   | 
| If you absolutely need to run the model in this particular release, | 
| please try using the exact version called out above. | 
|   | 
| klitmus7 is independent of the model provided here.  It has its own | 
| dependency on a target kernel release where converted code is built | 
| and executed.  Any change in kernel APIs essential to klitmus7 will | 
| necessitate an upgrade of klitmus7. | 
|   | 
| If you find any compatibility issues in klitmus7, please inform the | 
| memory model maintainers. | 
|   | 
| klitmus7 Compatibility Table | 
| ---------------------------- | 
|   | 
|     ============  ========== | 
|     target Linux  herdtools7 | 
|     ------------  ---------- | 
|          -- 4.18  7.48 -- | 
|     4.15 -- 4.19  7.49 -- | 
|     4.20 -- 5.5   7.54 -- | 
|     5.6  --       7.56 -- | 
|     ============  ========== | 
|   | 
|   | 
| ================== | 
| BASIC USAGE: HERD7 | 
| ================== | 
|   | 
| The memory model is used, in conjunction with "herd7", to exhaustively | 
| explore the state space of small litmus tests.  Documentation describing | 
| the format, features, capabilities and limitations of these litmus | 
| tests is available in tools/memory-model/Documentation/litmus-tests.txt. | 
|   | 
| Example litmus tests may be found in the Linux-kernel source tree: | 
|   | 
|     tools/memory-model/litmus-tests/ | 
|     Documentation/litmus-tests/ | 
|   | 
| Several thousand more example litmus tests are available here: | 
|   | 
|     https://github.com/paulmckrcu/litmus | 
|     https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/paulmck/perfbook.git/tree/CodeSamples/formal/herd | 
|     https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/paulmck/perfbook.git/tree/CodeSamples/formal/litmus | 
|   | 
| Documentation describing litmus tests and now to use them may be found | 
| here: | 
|   | 
|     tools/memory-model/Documentation/litmus-tests.txt | 
|   | 
| The remainder of this section uses the SB+fencembonceonces.litmus test | 
| located in the tools/memory-model directory. | 
|   | 
| To run SB+fencembonceonces.litmus against the memory model: | 
|   | 
|   $ cd $LINUX_SOURCE_TREE/tools/memory-model | 
|   $ herd7 -conf linux-kernel.cfg litmus-tests/SB+fencembonceonces.litmus | 
|   | 
| Here is the corresponding output: | 
|   | 
|   Test SB+fencembonceonces Allowed | 
|   States 3 | 
|   0:r0=0; 1:r0=1; | 
|   0:r0=1; 1:r0=0; | 
|   0:r0=1; 1:r0=1; | 
|   No | 
|   Witnesses | 
|   Positive: 0 Negative: 3 | 
|   Condition exists (0:r0=0 /\ 1:r0=0) | 
|   Observation SB+fencembonceonces Never 0 3 | 
|   Time SB+fencembonceonces 0.01 | 
|   Hash=d66d99523e2cac6b06e66f4c995ebb48 | 
|   | 
| The "Positive: 0 Negative: 3" and the "Never 0 3" each indicate that | 
| this litmus test's "exists" clause can not be satisfied. | 
|   | 
| See "herd7 -help" or "herdtools7/doc/" for more information on running the | 
| tool itself, but please be aware that this documentation is intended for | 
| people who work on the memory model itself, that is, people making changes | 
| to the tools/memory-model/linux-kernel.* files.  It is not intended for | 
| people focusing on writing, understanding, and running LKMM litmus tests. | 
|   | 
|   | 
| ===================== | 
| BASIC USAGE: KLITMUS7 | 
| ===================== | 
|   | 
| The "klitmus7" tool converts a litmus test into a Linux kernel module, | 
| which may then be loaded and run. | 
|   | 
| For example, to run SB+fencembonceonces.litmus against hardware: | 
|   | 
|   $ mkdir mymodules | 
|   $ klitmus7 -o mymodules litmus-tests/SB+fencembonceonces.litmus | 
|   $ cd mymodules ; make | 
|   $ sudo sh run.sh | 
|   | 
| The corresponding output includes: | 
|   | 
|   Test SB+fencembonceonces Allowed | 
|   Histogram (3 states) | 
|   644580  :>0:r0=1; 1:r0=0; | 
|   644328  :>0:r0=0; 1:r0=1; | 
|   711092  :>0:r0=1; 1:r0=1; | 
|   No | 
|   Witnesses | 
|   Positive: 0, Negative: 2000000 | 
|   Condition exists (0:r0=0 /\ 1:r0=0) is NOT validated | 
|   Hash=d66d99523e2cac6b06e66f4c995ebb48 | 
|   Observation SB+fencembonceonces Never 0 2000000 | 
|   Time SB+fencembonceonces 0.16 | 
|   | 
| The "Positive: 0 Negative: 2000000" and the "Never 0 2000000" indicate | 
| that during two million trials, the state specified in this litmus | 
| test's "exists" clause was not reached. | 
|   | 
| And, as with "herd7", please see "klitmus7 -help" or "herdtools7/doc/" | 
| for more information.  And again, please be aware that this documentation | 
| is intended for people who work on the memory model itself, that is, | 
| people making changes to the tools/memory-model/linux-kernel.* files. | 
| It is not intended for people focusing on writing, understanding, and | 
| running LKMM litmus tests. | 
|   | 
|   | 
| ==================== | 
| DESCRIPTION OF FILES | 
| ==================== | 
|   | 
| Documentation/cheatsheet.txt | 
|     Quick-reference guide to the Linux-kernel memory model. | 
|   | 
| Documentation/explanation.txt | 
|     Describes the memory model in detail. | 
|   | 
| Documentation/litmus-tests.txt | 
|     Describes the format, features, capabilities, and limitations | 
|     of the litmus tests that LKMM can evaluate. | 
|   | 
| Documentation/recipes.txt | 
|     Lists common memory-ordering patterns. | 
|   | 
| Documentation/references.txt | 
|     Provides background reading. | 
|   | 
| Documentation/simple.txt | 
|     Starting point for someone new to Linux-kernel concurrency. | 
|     And also for those needing a reminder of the simpler approaches | 
|     to concurrency! | 
|   | 
| linux-kernel.bell | 
|     Categorizes the relevant instructions, including memory | 
|     references, memory barriers, atomic read-modify-write operations, | 
|     lock acquisition/release, and RCU operations. | 
|   | 
|     More formally, this file (1) lists the subtypes of the various | 
|     event types used by the memory model and (2) performs RCU | 
|     read-side critical section nesting analysis. | 
|   | 
| linux-kernel.cat | 
|     Specifies what reorderings are forbidden by memory references, | 
|     memory barriers, atomic read-modify-write operations, and RCU. | 
|   | 
|     More formally, this file specifies what executions are forbidden | 
|     by the memory model.  Allowed executions are those which | 
|     satisfy the model's "coherence", "atomic", "happens-before", | 
|     "propagation", and "rcu" axioms, which are defined in the file. | 
|   | 
| linux-kernel.cfg | 
|     Convenience file that gathers the common-case herd7 command-line | 
|     arguments. | 
|   | 
| linux-kernel.def | 
|     Maps from C-like syntax to herd7's internal litmus-test | 
|     instruction-set architecture. | 
|   | 
| litmus-tests | 
|     Directory containing a few representative litmus tests, which | 
|     are listed in litmus-tests/README.  A great deal more litmus | 
|     tests are available at https://github.com/paulmckrcu/litmus. | 
|   | 
| lock.cat | 
|     Provides a front-end analysis of lock acquisition and release, | 
|     for example, associating a lock acquisition with the preceding | 
|     and following releases and checking for self-deadlock. | 
|   | 
|     More formally, this file defines a performance-enhanced scheme | 
|     for generation of the possible reads-from and coherence order | 
|     relations on the locking primitives. | 
|   | 
| README | 
|     This file. | 
|   | 
| scripts    Various scripts, see scripts/README. |