tests/threads.impure.lisp

   1 ;;;; miscellaneous tests of thread stuff
   2
   3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
   4 ;;;; more information.
   5 ;;;;
   6 ;;;; While most of SBCL is derived from the CMU CL system, the test
   7 ;;;; files (like this one) were written from scratch after the fork
   8 ;;;; from CMU CL.
   9 ;;;
  10 ;;;; This software is in the public domain and is provided with
  11 ;;;; absoluely no warranty. See the COPYING and CREDITS files for
  12 ;;;; more information.
  13
  14 (in-package "SB-THREAD") ; this is white-box testing, really
  15
  16 (use-package :test-util)
  17
  18 (defun wait-for-threads (threads)
  19   (loop while (some #'sb-thread:thread-alive-p threads) do (sleep 0.01)))
  20
  21 (assert (eql 1 (length (list-all-threads))))
  22
  23 (assert (eq *current-thread*
  24             (find (thread-name *current-thread*) (list-all-threads)
  25                   :key #'thread-name :test #'equal)))
  26
  27 (assert (thread-alive-p *current-thread*))
  28
  29 (let ((a 0))
  30   (interrupt-thread *current-thread* (lambda () (setq a 1)))
  31   (assert (eql a 1)))
  32
  33 (let ((spinlock (make-spinlock)))
  34   (with-spinlock (spinlock)))
  35
  36 (let ((mutex (make-mutex)))
  37   (with-mutex (mutex)
  38     mutex))
  39
  40 #-sb-thread (sb-ext:quit :unix-status 104)
  41
  42 (let ((old-threads (list-all-threads))
  43       (thread (make-thread (lambda ()
  44                              (assert (find *current-thread* *all-threads*))
  45                              (sleep 2))))
  46       (new-threads (list-all-threads)))
  47   (assert (thread-alive-p thread))
  48   (assert (eq thread (first new-threads)))
  49   (assert (= (1+ (length old-threads)) (length new-threads)))
  50   (sleep 3)
  51   (assert (not (thread-alive-p thread))))
  52
  53 ;;; We had appalling scaling properties for a while.  Make sure they
  54 ;;; don't reappear.
  55 (defun scaling-test (function &optional (nthreads 5))
  56   "Execute FUNCTION with NTHREADS lurking to slow it down."
  57   (let ((queue (sb-thread:make-waitqueue))
  58         (mutex (sb-thread:make-mutex)))
  59     ;; Start NTHREADS idle threads.
  60     (dotimes (i nthreads)
  61       (sb-thread:make-thread (lambda ()
  62                                (with-mutex (mutex)
  63                                  (sb-thread:condition-wait queue mutex))
  64                                (sb-ext:quit))))
  65     (let ((start-time (get-internal-run-time)))
  66       (funcall function)
  67       (prog1 (- (get-internal-run-time) start-time)
  68         (sb-thread:condition-broadcast queue)))))
  69 (defun fact (n)
  70   "A function that does work with the CPU."
  71   (if (zerop n) 1 (* n (fact (1- n)))))
  72 (let ((work (lambda () (fact 15000))))
  73   (let ((zero (scaling-test work 0))
  74         (four (scaling-test work 4)))
  75     ;; a slightly weak assertion, but good enough for starters.
  76     (assert (< four (* 1.5 zero)))))
  77
  78 ;;; For one of the interupt-thread tests, we want a foreign function
  79 ;;; that does not make syscalls
  80
  81 (with-open-file (o "threads-foreign.c" :direction :output :if-exists :supersede)
  82   (format o "void loop_forever() { while(1) ; }~%"))
  83 (sb-ext:run-program
  84  "cc"
  85  (or #+linux '("-shared" "-o" "threads-foreign.so" "threads-foreign.c")
  86      (error "Missing shared library compilation options for this platform"))
  87  :search t)
  88 (sb-alien:load-shared-object "threads-foreign.so")
  89 (sb-alien:define-alien-routine loop-forever sb-alien:void)
  90
  91
  92 ;;; elementary "can we get a lock and release it again"
  93 (let ((l (make-mutex :name "foo"))
  94       (p *current-thread*))
  95   (assert (eql (mutex-value l) nil) nil "1")
  96   (sb-thread:get-mutex l)
  97   (assert (eql (mutex-value l) p) nil "3")
  98   (sb-thread:release-mutex l)
  99   (assert (eql (mutex-value l) nil) nil "5"))
 100
 101 (labels ((ours-p (value)
 102            (sb-vm:control-stack-pointer-valid-p
 103             (sb-sys:int-sap (sb-kernel:get-lisp-obj-address value)))))
 104   (let ((l (make-mutex :name "rec")))
 105     (assert (eql (mutex-value l) nil) nil "1")
 106     (sb-thread:with-recursive-lock (l)
 107       (assert (ours-p (mutex-value l)) nil "3")
 108       (sb-thread:with-recursive-lock (l)
 109         (assert (ours-p (mutex-value l)) nil "4"))
 110       (assert (ours-p (mutex-value l)) nil "5"))
 111     (assert (eql (mutex-value l) nil) nil "6")))
 112
 113 (let ((l (make-spinlock :name "spinlock"))
 114       (p *current-thread*))
 115   (assert (eql (spinlock-value l) 0) nil "1")
 116   (with-spinlock (l)
 117     (assert (eql (spinlock-value l) p) nil "2"))
 118   (assert (eql (spinlock-value l) 0) nil "3"))
 119
 120 ;; test that SLEEP actually sleeps for at least the given time, even
 121 ;; if interrupted by another thread exiting/a gc/anything
 122 (let ((start-time (get-universal-time)))
 123   (make-thread (lambda () (sleep 1) (sb-ext:gc :full t)))
 124   (sleep 5)
 125   (assert (>= (get-universal-time) (+ 5 start-time))))
 126
 127
 128 (let ((queue (make-waitqueue :name "queue"))
 129       (lock (make-mutex :name "lock"))
 130       (n 0))
 131   (labels ((in-new-thread ()
 132              (with-mutex (lock)
 133                (assert (eql (mutex-value lock) *current-thread*))
 134                (format t "~A got mutex~%" *current-thread*)
 135                ;; now drop it and sleep
 136                (condition-wait queue lock)
 137                ;; after waking we should have the lock again
 138                (assert (eql (mutex-value lock) *current-thread*))
 139                (assert (eql n 1))
 140                (decf n))))
 141     (make-thread #'in-new-thread)
 142     (sleep 2)                           ; give it  a chance to start
 143     ;; check the lock is free while it's asleep
 144     (format t "parent thread ~A~%" *current-thread*)
 145     (assert (eql (mutex-value lock) nil))
 146     (with-mutex (lock)
 147       (incf n)
 148       (condition-notify queue))
 149     (sleep 1)))
 150
 151 (let ((queue (make-waitqueue :name "queue"))
 152       (lock (make-mutex :name "lock")))
 153   (labels ((ours-p (value)
 154              (sb-vm:control-stack-pointer-valid-p
 155               (sb-sys:int-sap (sb-kernel:get-lisp-obj-address value))))
 156            (in-new-thread ()
 157              (with-recursive-lock (lock)
 158                (assert (ours-p (mutex-value lock)))
 159                (format t "~A got mutex~%" (mutex-value lock))
 160                ;; now drop it and sleep
 161                (condition-wait queue lock)
 162                ;; after waking we should have the lock again
 163                (format t "woken, ~A got mutex~%" (mutex-value lock))
 164                (assert (ours-p (mutex-value lock))))))
 165     (make-thread #'in-new-thread)
 166     (sleep 2)                           ; give it  a chance to start
 167     ;; check the lock is free while it's asleep
 168     (format t "parent thread ~A~%" *current-thread*)
 169     (assert (eql (mutex-value lock) nil))
 170     (with-recursive-lock (lock)
 171       (condition-notify queue))
 172     (sleep 1)))
 173
 174 (let ((mutex (make-mutex :name "contended")))
 175   (labels ((run ()
 176              (let ((me *current-thread*))
 177                (dotimes (i 100)
 178                  (with-mutex (mutex)
 179                    (sleep .1)
 180                    (assert (eql (mutex-value mutex) me)))
 181                  (assert (not (eql (mutex-value mutex) me))))
 182                (format t "done ~A~%" *current-thread*))))
 183     (let ((kid1 (make-thread #'run))
 184           (kid2 (make-thread #'run)))
 185       (format t "contention ~A ~A~%" kid1 kid2)
 186       (wait-for-threads (list kid1 kid2)))))
 187
 188 ;;; semaphores
 189
 190 (defmacro raises-timeout-p (&body body)
 191   `(handler-case (progn (progn ,@body) nil)
 192     (sb-ext:timeout () t)))
 193
 194 (with-test (:name (:semaphore :wait-forever))
 195   (let ((sem (make-semaphore :count 0)))
 196     (assert (raises-timeout-p
 197               (sb-ext:with-timeout 0.1
 198                 (wait-on-semaphore sem))))))
 199
 200 (with-test (:name (:semaphore :initial-count))
 201   (let ((sem (make-semaphore :count 1)))
 202     (sb-ext:with-timeout 0.1
 203       (wait-on-semaphore sem))))
 204
 205 (with-test (:name (:semaphore :wait-then-signal))
 206   (let ((sem (make-semaphore))
 207         (signalled-p nil))
 208     (make-thread (lambda ()
 209                    (sleep 0.1)
 210                    (setq signalled-p t)
 211                    (signal-semaphore sem)))
 212     (wait-on-semaphore sem)
 213     (assert signalled-p)))
 214
 215 (with-test (:name (:semaphore :signal-then-wait))
 216   (let ((sem (make-semaphore))
 217         (signalled-p nil))
 218     (make-thread (lambda ()
 219                    (signal-semaphore sem)
 220                    (setq signalled-p t)))
 221     (loop until signalled-p)
 222     (wait-on-semaphore sem)
 223     (assert signalled-p)))
 224
 225 (with-test (:name (:semaphore :multiple-signals))
 226   (let* ((sem (make-semaphore :count 5))
 227          (threads (loop repeat 20
 228                         collect (make-thread (lambda ()
 229                                                (wait-on-semaphore sem))))))
 230     (flet ((count-live-threads ()
 231              (count-if #'thread-alive-p threads)))
 232       (sleep 0.5)
 233       (assert (= 15 (count-live-threads)))
 234       (signal-semaphore sem 10)
 235       (sleep 0.5)
 236       (assert (= 5 (count-live-threads)))
 237       (signal-semaphore sem 3)
 238       (sleep 0.5)
 239       (assert (= 2 (count-live-threads)))
 240       (signal-semaphore sem 4)
 241       (sleep 0.5)
 242       (assert (= 0 (count-live-threads))))))
 243
 244 (format t "~&semaphore tests done~%")
 245
 246 (defun test-interrupt (function-to-interrupt &optional quit-p)
 247   (let ((child  (make-thread function-to-interrupt)))
 248     ;;(format t "gdb ./src/runtime/sbcl ~A~%attach ~A~%" child child)
 249     (sleep 2)
 250     (format t "interrupting child ~A~%" child)
 251     (interrupt-thread child
 252                       (lambda ()
 253                         (format t "child pid ~A~%" *current-thread*)
 254                         (when quit-p (sb-ext:quit))))
 255     (sleep 1)
 256     child))
 257
 258 ;; separate tests for (a) interrupting Lisp code, (b) C code, (c) a syscall,
 259 ;; (d) waiting on a lock, (e) some code which we hope is likely to be
 260 ;; in pseudo-atomic
 261
 262 (let ((child (test-interrupt (lambda () (loop)))))  (terminate-thread child))
 263
 264 (test-interrupt #'loop-forever :quit)
 265
 266 (let ((child (test-interrupt (lambda () (loop (sleep 2000))))))
 267   (terminate-thread child)
 268   (wait-for-threads (list child)))
 269
 270 (let ((lock (make-mutex :name "loctite"))
 271       child)
 272   (with-mutex (lock)
 273     (setf child (test-interrupt
 274                  (lambda ()
 275                    (with-mutex (lock)
 276                      (assert (eql (mutex-value lock) *current-thread*)))
 277                    (assert (not (eql (mutex-value lock) *current-thread*)))
 278                    (sleep 10))))
 279     ;;hold onto lock for long enough that child can't get it immediately
 280     (sleep 5)
 281     (interrupt-thread child (lambda () (format t "l ~A~%" (mutex-value lock))))
 282     (format t "parent releasing lock~%"))
 283   (terminate-thread child)
 284   (wait-for-threads (list child)))
 285
 286 (format t "~&locking test done~%")
 287
 288 (defun alloc-stuff () (copy-list '(1 2 3 4 5)))
 289
 290 (progn
 291   (let ((thread (sb-thread:make-thread (lambda () (loop (alloc-stuff))))))
 292     (let ((killers
 293            (loop repeat 4 collect
 294                  (sb-thread:make-thread
 295                   (lambda ()
 296                     (loop repeat 25 do
 297                           (sleep (random 0.1d0))
 298                           (princ ".")
 299                           (force-output)
 300                           (sb-thread:interrupt-thread thread (lambda ()))))))))
 301       (wait-for-threads killers)
 302       (sb-thread:terminate-thread thread)
 303       (wait-for-threads (list thread))))
 304   (sb-ext:gc :full t))
 305
 306 (format t "~&multi interrupt test done~%")
 307
 308 (let ((c (make-thread (lambda () (loop (alloc-stuff))))))
 309   ;; NB this only works on x86: other ports don't have a symbol for
 310   ;; pseudo-atomic atomicity
 311   (dotimes (i 100)
 312     (sleep (random 0.1d0))
 313     (interrupt-thread c
 314                       (lambda ()
 315                         (princ ".") (force-output)
 316                         (assert (eq (thread-state *current-thread*) :running))
 317                         (assert (zerop SB-KERNEL:*PSEUDO-ATOMIC-ATOMIC*)))))
 318   (terminate-thread c)
 319   (wait-for-threads (list c)))
 320
 321 (format t "~&interrupt test done~%")
 322
 323 (defparameter *interrupt-count* 0)
 324
 325 (declaim (notinline check-interrupt-count))
 326 (defun check-interrupt-count (i)
 327   (declare (optimize (debug 1) (speed 1)))
 328   ;; This used to lose if eflags were not restored after an interrupt.
 329   (unless (typep i 'fixnum)
 330     (error "!!!!!!!!!!!")))
 331
 332 (let ((c (make-thread
 333           (lambda ()
 334             (handler-bind ((error #'(lambda (cond)
 335                                       (princ cond)
 336                                       (sb-debug:backtrace
 337                                        most-positive-fixnum))))
 338               (loop (check-interrupt-count *interrupt-count*)))))))
 339   (let ((func (lambda ()
 340                 (princ ".")
 341                 (force-output)
 342                 (sb-impl::atomic-incf/symbol *interrupt-count*))))
 343     (setq *interrupt-count* 0)
 344     (dotimes (i 100)
 345       (sleep (random 0.1d0))
 346       (interrupt-thread c func))
 347     (loop until (= *interrupt-count* 100) do (sleep 0.1))
 348     (terminate-thread c)
 349     (wait-for-threads (list c))))
 350
 351 (format t "~&interrupt count test done~%")
 352
 353 (let (a-done b-done)
 354   (make-thread (lambda ()
 355                  (dotimes (i 100)
 356                    (sb-ext:gc) (princ "\\") (force-output))
 357                  (setf a-done t)))
 358   (make-thread (lambda ()
 359                  (dotimes (i 25)
 360                    (sb-ext:gc :full t)
 361                    (princ "/") (force-output))
 362                  (setf b-done t)))
 363   (loop
 364    (when (and a-done b-done) (return))
 365    (sleep 1)))
 366
 367 (terpri)
 368
 369 (defun waste (&optional (n 100000))
 370   (loop repeat n do (make-string 16384)))
 371
 372 (loop for i below 100 do
 373       (princ "!")
 374       (force-output)
 375       (sb-thread:make-thread
 376        #'(lambda ()
 377            (waste)))
 378       (waste)
 379       (sb-ext:gc))
 380
 381 (terpri)
 382
 383 (defparameter *aaa* nil)
 384 (loop for i below 100 do
 385       (princ "!")
 386       (force-output)
 387       (sb-thread:make-thread
 388        #'(lambda ()
 389            (let ((*aaa* (waste)))
 390              (waste))))
 391       (let ((*aaa* (waste)))
 392         (waste))
 393       (sb-ext:gc))
 394
 395 (format t "~&gc test done~%")
 396
 397 ;; this used to deadlock on session-lock
 398 (sb-thread:make-thread (lambda () (sb-ext:gc)))
 399 ;; expose thread creation races by exiting quickly
 400 (sb-thread:make-thread (lambda ()))
 401
 402 (defun exercise-syscall (fn reference-errno)
 403   (sb-thread:make-thread
 404    (lambda ()
 405      (loop do
 406           (funcall fn)
 407           (let ((errno (sb-unix::get-errno)))
 408             (sleep (random 0.1d0))
 409             (unless (eql errno reference-errno)
 410               (format t "Got errno: ~A (~A) instead of ~A~%"
 411                       errno
 412                       (sb-unix::strerror)
 413                       reference-errno)
 414               (force-output)
 415               (sb-ext:quit :unix-status 1)))))))
 416
 417 (let* ((nanosleep-errno (progn
 418                           (sb-unix:nanosleep -1 0)
 419                           (sb-unix::get-errno)))
 420        (open-errno (progn
 421                      (open "no-such-file"
 422                            :if-does-not-exist nil)
 423                      (sb-unix::get-errno)))
 424        (threads
 425         (list
 426          (exercise-syscall (lambda () (sb-unix:nanosleep -1 0)) nanosleep-errno)
 427          (exercise-syscall (lambda () (open "no-such-file"
 428                                             :if-does-not-exist nil))
 429                            open-errno)
 430          (sb-thread:make-thread (lambda () (loop (sb-ext:gc) (sleep 1)))))))
 431   (sleep 10)
 432   (princ "terminating threads")
 433   (dolist (thread threads)
 434     (sb-thread:terminate-thread thread)))
 435
 436 (format t "~&errno test done~%")
 437
 438 (loop repeat 100 do
 439       (let ((thread (sb-thread:make-thread (lambda () (sleep 0.1)))))
 440         (sb-thread:interrupt-thread
 441          thread
 442          (lambda ()
 443            (assert (find-restart 'sb-thread:terminate-thread))))))
 444
 445 (sb-ext:gc :full t)
 446
 447 (format t "~&thread startup sigmask test done~%")
 448
 449 (sb-debug::enable-debugger)
 450 (let* ((main-thread *current-thread*)
 451        (interruptor-thread
 452         (make-thread (lambda ()
 453                        (sleep 2)
 454                        (interrupt-thread main-thread #'break)
 455                        (sleep 2)
 456                        (interrupt-thread main-thread #'continue)))))
 457   (with-session-lock (*session*)
 458     (sleep 3))
 459   (loop while (thread-alive-p interruptor-thread)))
 460
 461 (format t "~&session lock test done~%")
 462
 463 (sb-ext:gc :full t)
 464 (loop repeat 20 do
 465       (wait-for-threads
 466        (loop for i below 100 collect
 467              (sb-thread:make-thread (lambda ()))))
 468       (sb-ext:gc :full t)
 469       (princ "+")
 470       (force-output))
 471
 472 (format t "~&creation test done~%")
 473
 474 ;; watch out for *current-thread* being the parent thread after exit
 475 (let ((thread (sb-thread:make-thread (lambda ()))))
 476   (wait-for-threads (list thread))
 477   (assert (null (symbol-value-in-thread 'sb-thread:*current-thread*
 478                                         thread))))
 479
 480 ;; interrupt handlers are per-thread with pthreads, make sure the
 481 ;; handler installed in one thread is global
 482 (sb-thread:make-thread
 483  (lambda ()
 484    (sb-ext:run-program "sleep" '("1") :search t :wait nil)))
 485
 486 #|  ;; a cll post from eric marsden
 487 | (defun crash ()
 488 |   (setq *debugger-hook*
 489 |         (lambda (condition old-debugger-hook)
 490 |           (debug:backtrace 10)
 491 |           (unix:unix-exit 2)))
 492 |   #+live-dangerously
 493 |   (mp::start-sigalrm-yield)
 494 |   (flet ((roomy () (loop (with-output-to-string (*standard-output*) (room)))))
 495 |     (mp:make-process #'roomy)
 496 |     (mp:make-process #'roomy)))
 497 |#