src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2019. 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 "src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp"
   7 #include "src/include/surf/surf.hpp"
   8 #include "src/kernel/activity/ExecImpl.hpp"
   9 #include "xbt/asserts.h" // xbt_log_no_loc
  10
  11 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_vm, surf, "Logging specific to the SURF VM module");
  12
  13 simgrid::vm::VMModel* surf_vm_model = nullptr;
  14
  15 void surf_vm_model_init_HL13()
  16 {
  17   if (surf_cpu_model_vm != nullptr)
  18     surf_vm_model = new simgrid::vm::VMModel();
  19 }
  20
  21 namespace simgrid {
  22 namespace vm {
  23 /*************
  24  * Callbacks *
  25  *************/
  26 xbt::signal<void(VirtualMachineImpl&)> VirtualMachineImpl::on_creation;
  27 xbt::signal<void(VirtualMachineImpl const&)> VirtualMachineImpl::on_destruction;
  28
  29 /*********
  30  * Model *
  31  *********/
  32
  33 std::deque<s4u::VirtualMachine*> VirtualMachineImpl::allVms_;
  34
  35 /* In the real world, processes on the guest operating system will be somewhat degraded due to virtualization overhead.
  36  * The total CPU share these processes get is smaller than that of the VM process gets on a host operating system.
  37  * FIXME: add a configuration flag for this
  38  */
  39 const double virt_overhead = 1; // 0.95
  40
  41 static void host_state_change(s4u::Host const& host)
  42 {
  43   if (not host.is_on()) { // just turned off.
  44     std::vector<s4u::VirtualMachine*> trash;
  45     /* Find all VMs living on that host */
  46     for (s4u::VirtualMachine* const& vm : VirtualMachineImpl::allVms_)
  47       if (vm->get_pm() == &host)
  48         trash.push_back(vm);
  49     for (s4u::VirtualMachine* vm : trash)
  50       vm->shutdown();
  51   }
  52 }
  53
  54 static s4u::VirtualMachine* get_vm_from_task(kernel::activity::ActivityImpl const& task)
  55 {
  56   auto* exec = dynamic_cast<kernel::activity::ExecImpl const*>(&task);
  57   return exec != nullptr ? dynamic_cast<s4u::VirtualMachine*>(exec->get_host()) : nullptr;
  58 }
  59
  60 static void add_active_task(kernel::activity::ActivityImpl const& task)
  61 {
  62   s4u::VirtualMachine* vm = get_vm_from_task(task);
  63   if (vm != nullptr) {
  64     VirtualMachineImpl *vm_impl = vm->get_impl();
  65     vm_impl->active_tasks_ = vm_impl->active_tasks_ + 1;
  66     vm_impl->update_action_weight();
  67   }
  68 }
  69
  70 static void remove_active_task(kernel::activity::ActivityImpl const& task)
  71 {
  72   s4u::VirtualMachine* vm = get_vm_from_task(task);
  73   if (vm != nullptr) {
  74     VirtualMachineImpl *vm_impl = vm->get_impl();
  75     vm_impl->active_tasks_ = vm_impl->active_tasks_ - 1;
  76     vm_impl->update_action_weight();
  77   }
  78 }
  79
  80 VMModel::VMModel()
  81 {
  82   all_existing_models.push_back(this);
  83   s4u::Host::on_state_change.connect(host_state_change);
  84   kernel::activity::ExecImpl::on_creation.connect(add_active_task);
  85   kernel::activity::ExecImpl::on_completion.connect(remove_active_task);
  86   kernel::activity::ActivityImpl::on_resumed.connect(add_active_task);
  87   kernel::activity::ActivityImpl::on_suspended.connect(remove_active_task);
  88 }
  89
  90 double VMModel::next_occuring_event(double now)
  91 {
  92   /* TODO: update action's cost with the total cost of processes on the VM. */
  93
  94   /* 1. Now we know how many resource should be assigned to each virtual
  95    * machine. We update constraints of the virtual machine layer.
  96    *
  97    * If we have two virtual machine (VM1 and VM2) on a physical machine (PM1).
  98    *     X1 + X2 = C       (Equation 1)
  99    * where
 100    *    the resource share of VM1: X1
 101    *    the resource share of VM2: X2
 102    *    the capacity of PM1: C
 103    *
 104    * Then, if we have two process (P1 and P2) on VM1.
 105    *     X1_1 + X1_2 = X1  (Equation 2)
 106    * where
 107    *    the resource share of P1: X1_1
 108    *    the resource share of P2: X1_2
 109    *    the capacity of VM1: X1
 110    *
 111    * Equation 1 was solved in the physical machine layer.
 112    * Equation 2 is solved in the virtual machine layer (here).
 113    * X1 must be passed to the virtual machine layer as a constraint value.
 114    **/
 115
 116   /* iterate for all virtual machines */
 117   for (s4u::VirtualMachine* const& ws_vm : VirtualMachineImpl::allVms_) {
 118     kernel::resource::Cpu* cpu = ws_vm->pimpl_cpu;
 119
 120     double solved_value =
 121         ws_vm->get_impl()->action_->get_variable()->get_value(); // this is X1 in comment above, what
 122                                                                  // this VM got in the sharing on the PM
 123     XBT_DEBUG("assign %f to vm %s @ pm %s", solved_value, ws_vm->get_cname(), ws_vm->get_pm()->get_cname());
 124
 125     xbt_assert(cpu->get_model() == surf_cpu_model_vm);
 126     kernel::lmm::System* vcpu_system = cpu->get_model()->get_maxmin_system();
 127     vcpu_system->update_constraint_bound(cpu->get_constraint(), virt_overhead * solved_value);
 128   }
 129
 130   /* 2. Ready. Get the next occurring event */
 131   return surf_cpu_model_vm->next_occuring_event(now);
 132 }
 133
 134 /************
 135  * Resource *
 136  ************/
 137
 138 VirtualMachineImpl::VirtualMachineImpl(simgrid::s4u::VirtualMachine* piface, simgrid::s4u::Host* host_PM,
 139                                        int core_amount, size_t ramsize)
 140     : HostImpl(piface), physical_host_(host_PM), core_amount_(core_amount), user_bound_(std::numeric_limits<double>::max()), ramsize_(ramsize)
 141 {
 142   /* Register this VM to the list of all VMs */
 143   allVms_.push_back(piface);
 144
 145   /* We create cpu_action corresponding to a VM process on the host operating system. */
 146   /* TODO: we have to periodically input GUESTOS_NOISE to the system? how ?
 147    * The value for GUESTOS_NOISE corresponds to the cost of the global action associated to the VM.  It corresponds to
 148    * the cost of a VM running no tasks.
 149    */
 150   action_ = host_PM->pimpl_cpu->execution_start(0, core_amount);
 151
 152   // It's empty for now, so it should not request resources in the PM
 153   update_action_weight();
 154
 155   XBT_VERB("Create VM(%s)@PM(%s)", piface->get_cname(), physical_host_->get_cname());
 156   on_creation(*this);
 157 }
 158
 159 /** @brief A physical host does not disappear in the current SimGrid code, but a VM may disappear during a simulation */
 160 VirtualMachineImpl::~VirtualMachineImpl()
 161 {
 162   on_destruction(*this);
 163   /* I was already removed from the allVms set if the VM was destroyed cleanly */
 164   auto iter = find(allVms_.begin(), allVms_.end(), piface_);
 165   if (iter != allVms_.end())
 166     allVms_.erase(iter);
 167
 168   /* Free the cpu_action of the VM. */
 169   XBT_ATTRIB_UNUSED bool ret = action_->unref();
 170   xbt_assert(ret, "Bug: some resource still remains");
 171 }
 172
 173 void VirtualMachineImpl::suspend(smx_actor_t issuer)
 174 {
 175   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::RUNNING)
 176     THROWF(vm_error, 0, "Cannot suspend VM %s: it is not running.", piface_->get_cname());
 177   if (issuer->get_host() == piface_)
 178     THROWF(vm_error, 0, "Actor %s cannot suspend the VM %s in which it runs", issuer->get_cname(),
 179            piface_->get_cname());
 180
 181   XBT_DEBUG("suspend VM(%s), where %zu processes exist", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 182
 183   action_->suspend();
 184
 185   for (auto& smx_process : process_list_) {
 186     XBT_DEBUG("suspend %s", smx_process.get_cname());
 187     smx_process.suspend(issuer);
 188   }
 189
 190   XBT_DEBUG("suspend all processes on the VM done done");
 191
 192   vm_state_ = s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED;
 193 }
 194
 195 void VirtualMachineImpl::resume()
 196 {
 197   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED)
 198     THROWF(vm_error, 0, "Cannot resume VM %s: it was not suspended", piface_->get_cname());
 199
 200   XBT_DEBUG("Resume VM %s, containing %zu processes.", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 201
 202   action_->resume();
 203
 204   for (auto& smx_process : process_list_) {
 205     XBT_DEBUG("resume %s", smx_process.get_cname());
 206     smx_process.resume();
 207   }
 208
 209   vm_state_ = s4u::VirtualMachine::state::RUNNING;
 210 }
 211
 212 /** @brief Power off a VM.
 213  *
 214  * All hosted processes will be killed, but the VM state is preserved on memory.
 215  * It can later be restarted.
 216  *
 217  * @param issuer the actor requesting the shutdown
 218  */
 219 void VirtualMachineImpl::shutdown(smx_actor_t issuer)
 220 {
 221   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::RUNNING) {
 222     const char* stateName = "(unknown state)";
 223     switch (get_state()) {
 224       case s4u::VirtualMachine::state::CREATED:
 225         stateName = "created, but not yet started";
 226         break;
 227       case s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED:
 228         stateName = "suspended";
 229         break;
 230       case s4u::VirtualMachine::state::DESTROYED:
 231         stateName = "destroyed";
 232         break;
 233       default: /* SURF_VM_STATE_RUNNING or unexpected values */
 234         THROW_IMPOSSIBLE;
 235     }
 236     XBT_VERB("Shutting down the VM %s even if it's not running but %s", piface_->get_cname(), stateName);
 237   }
 238
 239   XBT_DEBUG("shutdown VM %s, that contains %zu processes", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 240
 241   for (auto& smx_process : process_list_) {
 242     XBT_DEBUG("kill %s@%s on behalf of %s which shutdown that VM.", smx_process.get_cname(),
 243               smx_process.get_host()->get_cname(), issuer->get_cname());
 244     issuer->kill(&smx_process);
 245   }
 246
 247   set_state(s4u::VirtualMachine::state::DESTROYED);
 248
 249   /* FIXME: we may have to do something at the surf layer, e.g., vcpu action */
 250 }
 251
 252 /** @brief Change the physical host on which the given VM is running
 253  *
 254  * This is an instantaneous migration.
 255  */
 256 void VirtualMachineImpl::set_physical_host(s4u::Host* destination)
 257 {
 258   std::string vm_name     = piface_->get_name();
 259   std::string pm_name_src = physical_host_->get_name();
 260   std::string pm_name_dst = destination->get_name();
 261
 262   /* update net_elm with that of the destination physical host */
 263   piface_->pimpl_netpoint = destination->pimpl_netpoint;
 264
 265   physical_host_ = destination;
 266
 267   /* Update vcpu's action for the new pm */
 268   /* create a cpu action bound to the pm model at the destination. */
 269   kernel::resource::CpuAction* new_cpu_action =
 270       static_cast<kernel::resource::CpuAction*>(destination->pimpl_cpu->execution_start(0, this->core_amount_));
 271
 272   if (action_->get_remains_no_update() > 0)
 273     XBT_CRITICAL("FIXME: need copy the state(?), %f", action_->get_remains_no_update());
 274
 275   /* keep the bound value of the cpu action of the VM. */
 276   double old_bound = action_->get_bound();
 277   if (old_bound > 0) {
 278     XBT_DEBUG("migrate VM(%s): set bound (%f) at %s", vm_name.c_str(), old_bound, pm_name_dst.c_str());
 279     new_cpu_action->set_bound(old_bound);
 280   }
 281
 282   XBT_ATTRIB_UNUSED bool ret = action_->unref();
 283   xbt_assert(ret, "Bug: some resource still remains");
 284
 285   action_ = new_cpu_action;
 286
 287   XBT_DEBUG("migrate VM(%s): change PM (%s to %s)", vm_name.c_str(), pm_name_src.c_str(), pm_name_dst.c_str());
 288 }
 289
 290 void VirtualMachineImpl::set_bound(double bound)
 291 {
 292   user_bound_ = bound;
 293   update_action_weight();
 294 }
 295
 296 void VirtualMachineImpl::update_action_weight(){
 297   /* The impact of the VM over its PM is the min between its vCPU amount and the amount of tasks it contains */
 298   int impact = std::min(active_tasks_, get_core_amount());
 299
 300   XBT_DEBUG("set the weight of the dummy CPU action of VM%p on PM to %d (#tasks: %d)", this, impact, active_tasks_);
 301
 302   if (impact > 0)
 303     action_->set_sharing_penalty(1. / impact);
 304   else
 305     action_->set_sharing_penalty(0.);
 306
 307   action_->set_bound(std::min(impact * physical_host_->get_speed(), user_bound_));
 308 }
 309
 310 }
 311 }