src/plugins/vm/VmLiveMigration.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2017. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #include <simgrid/plugins/live_migration.h>
   7 #include <simgrid/s4u.hpp>
   8 #include <simgrid/s4u/VirtualMachine.hpp>
   9 #include <src/instr/instr_private.hpp>
  10 #include <src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp>
  11 #include <src/plugins/vm/VmLiveMigration.hpp>
  12 #include <xbt/ex.hpp>
  13
  14 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(vm_live_migration, "S4U virtual machines live migration");
  15
  16 namespace simgrid {
  17 namespace vm {
  18
  19 void MigrationRx::operator()()
  20 {
  21   XBT_DEBUG("mig: rx_start");
  22   bool received_finalize = false;
  23
  24   std::string finalize_task_name =
  25       std::string("__mig_stage3:") + vm_->getCname() + "(" + src_pm_->getCname() + "-" + dst_pm_->getCname() + ")";
  26
  27   while (not received_finalize) {
  28     std::string* payload = static_cast<std::string*>(mbox->get());
  29
  30     if (finalize_task_name == *payload)
  31       received_finalize = true;
  32
  33     delete payload;
  34   }
  35
  36   // Here Stage 1, 2  and 3 have been performed.
  37   // Hence complete the migration
  38
  39   /* Update the vm location */
  40   /* precopy migration makes the VM temporally paused */
  41   xbt_assert(vm_->getState() == SURF_VM_STATE_SUSPENDED);
  42
  43   /* Update the vm location and resume it */
  44   vm_->setPm(dst_pm_);
  45   vm_->resume();
  46
  47   // Now the VM is running on the new host (the migration is completed) (even if the SRC crash)
  48   vm_->pimpl_vm_->isMigrating = false;
  49   XBT_DEBUG("VM(%s) moved from PM(%s) to PM(%s)", vm_->getCname(), src_pm_->getCname(), dst_pm_->getCname());
  50
  51   if (TRACE_msg_vm_is_enabled()) {
  52     static long long int counter = 0;
  53     std::string key              = std::to_string(counter);
  54     counter++;
  55
  56     // start link
  57     container_t msg = simgrid::instr::Container::byName(vm_->getName());
  58     simgrid::instr::Container::getRoot()->getLink("MSG_VM_LINK")->startEvent(msg, "M", key);
  59
  60     // destroy existing container of this vm
  61     container_t existing_container = simgrid::instr::Container::byName(vm_->getName());
  62     existing_container->removeFromParent();
  63     delete existing_container;
  64
  65     // create new container on the new_host location
  66     new simgrid::instr::Container(vm_->getCname(), "MSG_VM", simgrid::instr::Container::byName(dst_pm_->getName()));
  67
  68     // end link
  69     msg = simgrid::instr::Container::byName(vm_->getName());
  70     simgrid::instr::Container::getRoot()->getLink("MSG_VM_LINK")->endEvent(msg, "M", key);
  71   }
  72   // Inform the SRC that the migration has been correctly performed
  73   std::string* payload = new std::string("__mig_stage4:");
  74   *payload             = *payload + vm_->getCname() + "(" + src_pm_->getCname() + "-" + dst_pm_->getCname() + ")";
  75
  76   mbox_ctl->put(payload, 0);
  77
  78   XBT_DEBUG("mig: rx_done");
  79 }
  80
  81 static sg_size_t get_updated_size(double computed, double dp_rate, sg_size_t dp_cap)
  82 {
  83   sg_size_t updated_size = static_cast<sg_size_t>(computed * dp_rate);
  84   XBT_DEBUG("updated_size %llu dp_rate %f", updated_size, dp_rate);
  85   if (updated_size > dp_cap) {
  86     updated_size = dp_cap;
  87   }
  88
  89   return updated_size;
  90 }
  91
  92 sg_size_t MigrationTx::sendMigrationData(sg_size_t size, int stage, int stage2_round, double mig_speed, double timeout)
  93 {
  94   sg_size_t sent   = size;
  95   std::string* msg = new std::string("__mig_stage");
  96   *msg = *msg + std::to_string(stage) + ":" + vm_->getCname() + "(" + src_pm_->getCname() + "-" + dst_pm_->getCname() +
  97          ")";
  98
  99   double clock_sta = s4u::Engine::getClock();
 100
 101   s4u::Activity* comm = nullptr;
 102   try {
 103     if (mig_speed > 0)
 104       comm = mbox->put_init(msg, size)->setRate(mig_speed)->wait(timeout);
 105     else
 106       comm = mbox->put_async(msg, size)->wait();
 107   } catch (xbt_ex& e) {
 108     if (comm) {
 109       sg_size_t remaining = static_cast<sg_size_t>(comm->getRemains());
 110       XBT_VERB("timeout (%lf s) in sending_migration_data, remaining %llu bytes of %llu", timeout, remaining, size);
 111       sent -= remaining;
 112     }
 113   }
 114
 115   double clock_end    = s4u::Engine::getClock();
 116   double duration     = clock_end - clock_sta;
 117   double actual_speed = size / duration;
 118
 119   if (stage == 2)
 120     XBT_DEBUG("mig-stage%d.%d: sent %llu duration %f actual_speed %f (target %f)", stage, stage2_round, size, duration,
 121               actual_speed, mig_speed);
 122   else
 123     XBT_DEBUG("mig-stage%d: sent %llu duration %f actual_speed %f (target %f)", stage, size, duration, actual_speed,
 124               mig_speed);
 125
 126   return sent;
 127 }
 128
 129 void MigrationTx::operator()()
 130 {
 131   XBT_DEBUG("mig: tx_start");
 132
 133   double host_speed = vm_->getPm()->getSpeed();
 134   const sg_size_t ramsize = vm_->getRamsize();
 135   const double dp_rate =
 136       host_speed ? (sg_vm_get_migration_speed(vm_) * sg_vm_get_dirty_page_intensity(vm_)) / host_speed : 1;
 137   const sg_size_t dp_cap = sg_vm_get_working_set_memory(vm_);
 138   const double mig_speed = sg_vm_get_migration_speed(vm_);
 139   double max_downtime    = sg_vm_get_max_downtime(vm_);
 140
 141   double mig_timeout = 10000000.0;
 142   bool skip_stage2   = false;
 143
 144   size_t remaining_size = ramsize;
 145   size_t threshold      = 0.0;
 146
 147   /* check parameters */
 148   if (ramsize == 0)
 149     XBT_WARN("migrate a VM, but ramsize is zero");
 150
 151   if (max_downtime <= 0) {
 152     XBT_WARN("use the default max_downtime value 30ms");
 153     max_downtime = 0.03;
 154   }
 155
 156   /* Stage1: send all memory pages to the destination. */
 157   XBT_DEBUG("mig-stage1: remaining_size %zu", remaining_size);
 158   sg_vm_start_dirty_page_tracking(vm_);
 159
 160   double computed_during_stage1 = 0;
 161   double clock_prev_send        = s4u::Engine::getClock();
 162
 163   try {
 164     /* At stage 1, we do not need timeout. We have to send all the memory pages even though the duration of this
 165      * transfer exceeds the timeout value. */
 166     XBT_VERB("Stage 1: Gonna send %llu bytes", ramsize);
 167     sg_size_t sent = sendMigrationData(ramsize, 1, 0, mig_speed, -1);
 168     remaining_size -= sent;
 169     computed_during_stage1 = sg_vm_lookup_computed_flops(vm_);
 170
 171     if (sent < ramsize) {
 172       XBT_VERB("mig-stage1: timeout, force moving to stage 3");
 173       skip_stage2 = true;
 174     } else if (sent > ramsize)
 175       XBT_CRITICAL("bug");
 176
 177   } catch (xbt_ex& e) {
 178     // hostfailure (if you want to know whether this is the SRC or the DST check directly in send_migration_data code)
 179     // Stop the dirty page tracking an return (there is no memory space to release)
 180     sg_vm_stop_dirty_page_tracking(vm_);
 181     return;
 182   }
 183
 184   double clock_post_send = s4u::Engine::getClock();
 185   mig_timeout -= (clock_post_send - clock_prev_send);
 186   if (mig_timeout < 0) {
 187     XBT_VERB("The duration of stage 1 exceeds the timeout value, skip stage 2");
 188     skip_stage2 = true;
 189   }
 190
 191   /* estimate bandwidth */
 192   double bandwidth = ramsize / (clock_post_send - clock_prev_send);
 193   threshold        = bandwidth * max_downtime;
 194   XBT_DEBUG("actual bandwidth %f (MB/s), threshold %zu", bandwidth / 1024 / 1024, threshold);
 195
 196   /* Stage2: send update pages iteratively until the size of remaining states becomes smaller than threshold value. */
 197   if (not skip_stage2) {
 198
 199     int stage2_round = 0;
 200     for (;;) {
 201       sg_size_t updated_size = 0;
 202       if (stage2_round == 0) {
 203         /* just after stage1, nothing has been updated. But, we have to send the data updated during stage1 */
 204         updated_size = get_updated_size(computed_during_stage1, dp_rate, dp_cap);
 205       } else {
 206         double computed = sg_vm_lookup_computed_flops(vm_);
 207         updated_size    = get_updated_size(computed, dp_rate, dp_cap);
 208       }
 209
 210       XBT_DEBUG("mig-stage 2:%d updated_size %llu computed_during_stage1 %f dp_rate %f dp_cap %llu", stage2_round,
 211                 updated_size, computed_during_stage1, dp_rate, dp_cap);
 212
 213       /* Check whether the remaining size is below the threshold value. If so, move to stage 3. */
 214       remaining_size += updated_size;
 215       XBT_DEBUG("mig-stage2.%d: remaining_size %zu (%s threshold %zu)", stage2_round, remaining_size,
 216                 (remaining_size < threshold) ? "<" : ">", threshold);
 217       if (remaining_size < threshold)
 218         break;
 219
 220       sg_size_t sent         = 0;
 221       double clock_prev_send = s4u::Engine::getClock();
 222       try {
 223         XBT_DEBUG("Stage 2, gonna send %llu", updated_size);
 224         sent = sendMigrationData(updated_size, 2, stage2_round, mig_speed, mig_timeout);
 225       } catch (xbt_ex& e) {
 226         // hostfailure (if you want to know whether this is the SRC or the DST check directly in send_migration_data
 227         // code)
 228         // Stop the dirty page tracking an return (there is no memory space to release)
 229         sg_vm_stop_dirty_page_tracking(vm_);
 230         return;
 231       }
 232       double clock_post_send = s4u::Engine::getClock();
 233
 234       if (sent == updated_size) {
 235         /* timeout did not happen */
 236         double bandwidth = updated_size / (clock_post_send - clock_prev_send);
 237         threshold        = bandwidth * max_downtime;
 238         XBT_DEBUG("actual bandwidth %f, threshold %zu", bandwidth / 1024 / 1024, threshold);
 239         remaining_size -= sent;
 240         stage2_round += 1;
 241         mig_timeout -= (clock_post_send - clock_prev_send);
 242         xbt_assert(mig_timeout > 0);
 243
 244       } else if (sent < updated_size) {
 245         /* When timeout happens, we move to stage 3. The size of memory pages
 246          * updated before timeout must be added to the remaining size. */
 247         XBT_VERB("mig-stage2.%d: timeout, force moving to stage 3. sent %llu / %llu, eta %lf", stage2_round, sent,
 248                  updated_size, (clock_post_send - clock_prev_send));
 249         remaining_size -= sent;
 250
 251         double computed = sg_vm_lookup_computed_flops(vm_);
 252         updated_size    = get_updated_size(computed, dp_rate, dp_cap);
 253         remaining_size += updated_size;
 254         break;
 255       } else
 256         XBT_CRITICAL("bug");
 257     }
 258   }
 259
 260   /* Stage3: stop the VM and copy the rest of states. */
 261   XBT_DEBUG("mig-stage3: remaining_size %zu", remaining_size);
 262   vm_->suspend();
 263   sg_vm_stop_dirty_page_tracking(vm_);
 264
 265   try {
 266     XBT_DEBUG("Stage 3: Gonna send %zu bytes", remaining_size);
 267     sendMigrationData(remaining_size, 3, 0, mig_speed, -1);
 268   } catch (xbt_ex& e) {
 269     // hostfailure (if you want to know whether this is the SRC or the DST check directly in send_migration_data code)
 270     // Stop the dirty page tracking an return (there is no memory space to release)
 271     vm_->resume();
 272     return;
 273   }
 274
 275   // At that point the Migration is considered valid for the SRC node but remind that the DST side should relocate
 276   // effectively the VM on the DST node.
 277   XBT_DEBUG("mig: tx_done");
 278 }
 279 }
 280 }
 281
 282 SG_BEGIN_DECL()
 283 void sg_vm_migrate(simgrid::s4u::VirtualMachine* vm, simgrid::s4u::Host* dst_pm)
 284 {
 285   simgrid::s4u::Host* src_pm = vm->getPm();
 286
 287   if (src_pm->isOff())
 288     THROWF(vm_error, 0, "Cannot migrate VM '%s' from host '%s', which is offline.", vm->getCname(), src_pm->getCname());
 289   if (dst_pm->isOff())
 290     THROWF(vm_error, 0, "Cannot migrate VM '%s' to host '%s', which is offline.", vm->getCname(), dst_pm->getCname());
 291   if (vm->getState() != SURF_VM_STATE_RUNNING)
 292     THROWF(vm_error, 0, "Cannot migrate VM '%s' that is not running yet.", vm->getCname());
 293   if (vm->isMigrating())
 294     THROWF(vm_error, 0, "Cannot migrate VM '%s' that is already migrating.", vm->getCname());
 295
 296   vm->pimpl_vm_->isMigrating = true;
 297
 298   std::string rx_name =
 299       std::string("__pr_mig_rx:") + vm->getCname() + "(" + src_pm->getCname() + "-" + dst_pm->getCname() + ")";
 300   std::string tx_name =
 301       std::string("__pr_mig_tx:") + vm->getCname() + "(" + src_pm->getCname() + "-" + dst_pm->getCname() + ")";
 302
 303   simgrid::s4u::ActorPtr rx =
 304       simgrid::s4u::Actor::createActor(rx_name.c_str(), dst_pm, simgrid::vm::MigrationRx(vm, dst_pm));
 305   simgrid::s4u::ActorPtr tx =
 306       simgrid::s4u::Actor::createActor(tx_name.c_str(), src_pm, simgrid::vm::MigrationTx(vm, dst_pm));
 307
 308   /* wait until the migration have finished or on error has occurred */
 309   XBT_DEBUG("wait for reception of the final ACK (i.e. migration has been correctly performed");
 310   simgrid::s4u::MailboxPtr mbox_ctl = simgrid::s4u::Mailbox::byName(
 311       std::string("__mbox_mig_ctl:") + vm->getCname() + "(" + src_pm->getCname() + "-" + dst_pm->getCname() + ")");
 312   delete static_cast<std::string*>(mbox_ctl->get());
 313
 314   tx->join();
 315   rx->join();
 316
 317   vm->pimpl_vm_->isMigrating = false;
 318 }
 319 }