src/surf/plugins/energy.cpp

   1 /* Copyright (c) 2010, 2012-2015. The SimGrid Team.
   2  * All rights reserved.                                                     */
   3
   4 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   5  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   6
   7 #include <src/surf/plugins/energy.hpp>
   8 #include <src/surf/cpu_interface.hpp>
   9 #include <src/surf/virtual_machine.hpp>
  10
  11 /** @addtogroup SURF_plugin_energy
  12
  13
  14 This is the energy plugin, enabling to account not only for computation time,
  15 but also for the dissipated energy in the simulated platform.
  16
  17 The energy consumption of a CPU depends directly of its current load. Specify that consumption in your platform file as follows:
  18
  19 \verbatim
  20 <host id="HostA" power="100.0Mf" >
  21     <prop id="watt_per_state" value="100.0:200.0" />
  22     <prop id="watt_off" value="10" />
  23 </host>
  24 \endverbatim
  25
  26 The first property means that when your host is up and running, but without anything to do, it will dissipate 100 Watts.
  27 If it's fully loaded, it will dissipate 200 Watts. If its load is at 50%, then it will dissipate 150 Watts.
  28 The second property means that when your host is turned off, it will dissipate only 10 Watts (please note that these values are arbitrary).
  29
  30 If your CPU is using pstates, then you can provide one consumption interval per pstate.
  31
  32 \verbatim
  33 <host id="HostB" power="100.0Mf,50.0Mf,20.0Mf" pstate="0" >
  34     <prop id="watt_per_state" value="95.0:200.0, 93.0:170.0, 90.0:150.0" />
  35     <prop id="watt_off" value="10" />
  36 </host>
  37 \endverbatim
  38
  39 That host has 3 levels of performance with the following performance: 100 Mflop/s, 50 Mflop/s or 20 Mflop/s.
  40 It starts at pstate 0 (ie, at 100 Mflop/s). In this case, you have to specify one interval per pstate in the watt_per_state property.
  41 In this example, the idle consumption is 95 Watts, 93 Watts and 90 Watts in each pstate while the CPU burn consumption are at 200 Watts,
  42 170 Watts and 150 Watts respectively.
  43
  44 To change the pstate of a given CPU, use the following functions: #MSG_host_get_nb_pstates(), #MSG_host_set_pstate(), #MSG_host_get_power_peak_at().
  45
  46 To simulate the energy-related elements, first call the #sg_energy_plugin_init() before your #MSG_init(),
  47 and then use the following function to retrieve the consumption of a given host: #MSG_host_get_consumed_energy().
  48  */
  49
  50 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_energy, surf,
  51                                 "Logging specific to the SURF energy plugin");
  52
  53 std::map<simgrid::surf::Host*, simgrid::energy::HostEnergy*> *simgrid::energy::surf_energy = NULL;
  54
  55 using simgrid::energy::HostEnergy;
  56
  57 /* Computes the consumption so far.  Called lazily on need. */
  58 static void update_consumption(simgrid::surf::Host *host, HostEnergy *host_energy) {
  59         double start_time = host_energy->last_updated;
  60         double finish_time = surf_get_clock();
  61         double cpu_load;
  62         if (host->p_cpu->m_speedPeak == 0)
  63                 // Some users declare a pstate of speed 0 flops (eg to model boot time).
  64                 // We consider that the machine is then fully loaded. That's arbitrary but it avoids a NaN
  65                 cpu_load = 1;
  66         else
  67                 cpu_load = lmm_constraint_get_usage(host->p_cpu->getConstraint()) / host->p_cpu->m_speedPeak;
  68
  69         if (cpu_load > 1) // A machine with a load > 1 consumes as much as a fully loaded machine, not mores
  70           cpu_load = 1;
  71
  72         double previous_energy = host_energy->total_energy;
  73
  74         double instantaneous_consumption;
  75         if (host->isOff())
  76                 instantaneous_consumption = host_energy->watts_off;
  77         else
  78                 instantaneous_consumption = host_energy->getCurrentWattsValue(cpu_load);
  79
  80         double energy_this_step = instantaneous_consumption*(finish_time-start_time);
  81
  82         host_energy->total_energy = previous_energy + energy_this_step;
  83         host_energy->last_updated = finish_time;
  84
  85         XBT_DEBUG("[update_energy of %s] period=[%.2f-%.2f]; current power peak=%.0E flop/s; consumption change: %.2f J -> %.2f J",
  86             host->getName(), start_time, finish_time, host->p_cpu->m_speedPeak, previous_energy, energy_this_step);
  87 }
  88
  89 /** \ingroup SURF_plugin_energy
  90  * \brief Enable energy plugin
  91  * \details Enable energy plugin to get joules consumption of each cpu. You should call this function before #MSG_init().
  92  */
  93 void sg_energy_plugin_init() {
  94   if (simgrid::energy::surf_energy == NULL) {
  95
  96         simgrid::energy::surf_energy = new std::map<simgrid::surf::Host*, simgrid::energy::HostEnergy*>();
  97
  98         /* The following attaches an anonymous function to the Host::onCreation signal */
  99         /* Search for "C++ lambda" for more information on the syntax used here */
 100         simgrid::surf::Host::onCreation.connect([](simgrid::surf::Host *host) {
 101           if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host)) // Ignore virtual machines
 102             return;
 103
 104           (*simgrid::energy::surf_energy)[host] = new HostEnergy(host);
 105         });
 106
 107         simgrid::surf::Host::onDestruction.connect([](simgrid::surf::Host *host) {
 108           if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host)) // Ignore virtual machines
 109             return;
 110
 111           std::map<simgrid::surf::Host*, HostEnergy*>::iterator host_energy_it = simgrid::energy::surf_energy->find(host);
 112           xbt_assert(host_energy_it != simgrid::energy::surf_energy->end(), "The host is not in surf_energy.");
 113
 114           HostEnergy *host_energy = host_energy_it->second;
 115           update_consumption(host, host_energy);
 116
 117           XBT_INFO("Total energy of host %s: %f Joules", host->getName(), host_energy->getConsumedEnergy());
 118           host_energy_it->second->unref();
 119           simgrid::energy::surf_energy->erase(host_energy_it);
 120         });
 121
 122         simgrid::surf::CpuAction::onStateChange.connect([](simgrid::surf::CpuAction *action,
 123             e_surf_action_state_t old,
 124             e_surf_action_state_t cur) {
 125           const char *name = getActionCpu(action)->getName();
 126           simgrid::surf::Host *host = surf_host_resource_priv(sg_host_by_name(name));
 127           simgrid::surf::VirtualMachine *vm = dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host);
 128           if (vm) // If it's a VM, take the corresponding PM
 129               host = surf_host_resource_priv(vm->getPm());
 130
 131           HostEnergy *host_energy = (*simgrid::energy::surf_energy)[host];
 132
 133           if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
 134             update_consumption(host, host_energy);
 135
 136         });
 137
 138         simgrid::surf::Host::onStateChange.connect([] (simgrid::surf::Host *host) {
 139           if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host)) // Ignore virtual machines
 140             return;
 141
 142           HostEnergy *host_energy = (*simgrid::energy::surf_energy)[host];
 143
 144           if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
 145             update_consumption(host, host_energy);
 146         });
 147
 148         simgrid::surf::surfExitCallbacks.connect([]() {
 149           delete simgrid::energy::surf_energy;
 150           simgrid::energy::surf_energy = NULL;
 151         });
 152   }
 153 }
 154
 155 namespace simgrid {
 156 namespace energy {
 157
 158 /**
 159  *
 160  */
 161 HostEnergy::HostEnergy(simgrid::surf::Host *ptr)
 162 {
 163   host = ptr;
 164   total_energy = 0;
 165   power_range_watts_list = getWattsRangeList();
 166   last_updated = surf_get_clock();
 167
 168   if (host->getProperties() != NULL) {
 169         char* off_power_str = (char*)xbt_dict_get_or_null(host->getProperties(), "watt_off");
 170         if (off_power_str != NULL)
 171                 watts_off = atof(off_power_str);
 172         else
 173                 watts_off = 0;
 174   }
 175
 176 }
 177
 178 HostEnergy::~HostEnergy(){
 179   unsigned int iter;
 180   xbt_dynar_t power_tuple = NULL;
 181   xbt_dynar_foreach(power_range_watts_list, iter, power_tuple)
 182     xbt_dynar_free(&power_tuple);
 183   xbt_dynar_free(&power_range_watts_list);
 184 }
 185
 186
 187 double HostEnergy::getWattMinAt(int pstate) {
 188   xbt_dynar_t power_range_list = power_range_watts_list;
 189   xbt_assert(power_range_watts_list, "No power range properties specified for host %s", host->getName());
 190   xbt_dynar_t current_power_values = xbt_dynar_get_as(power_range_list, host->p_cpu->getPState(), xbt_dynar_t);
 191   double min_power = xbt_dynar_get_as(current_power_values, 0, double);
 192   return min_power;
 193 }
 194 double HostEnergy::getWattMaxAt(int pstate) {
 195   xbt_dynar_t power_range_list = power_range_watts_list;
 196   xbt_assert(power_range_watts_list, "No power range properties specified for host %s", host->getName());
 197   xbt_dynar_t current_power_values = xbt_dynar_get_as(power_range_list, host->p_cpu->getPState(), xbt_dynar_t);
 198   double max_power = xbt_dynar_get_as(current_power_values, 1, double);
 199   return max_power;
 200 }
 201
 202 /** @brief Computes the power consumed by the host according to the current pstate and processor load */
 203 double HostEnergy::getCurrentWattsValue(double cpu_load)
 204 {
 205         xbt_dynar_t power_range_list = power_range_watts_list;
 206         xbt_assert(power_range_watts_list, "No power range properties specified for host %s", host->getName());
 207
 208         int pstate = host->p_cpu->getPState();
 209         xbt_assert(pstate < (int)xbt_dynar_length(power_range_list),
 210                         "pstate %d >= power range amound %d",pstate,(int)xbt_dynar_length(power_range_list));
 211         /* retrieve the power values associated with the current pstate */
 212         xbt_dynar_t current_power_values = xbt_dynar_get_as( power_range_list, pstate, xbt_dynar_t);
 213
 214         /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
 215         /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
 216         double min_power = xbt_dynar_get_as(current_power_values, 0, double);
 217         double max_power = xbt_dynar_get_as(current_power_values, 1, double);
 218         double power_slope = max_power - min_power;
 219
 220         double current_power = min_power + cpu_load * power_slope;
 221
 222         XBT_DEBUG("[get_current_watts] min_power=%f, max_power=%f, slope=%f", min_power, max_power, power_slope);
 223         XBT_DEBUG("[get_current_watts] Current power (watts) = %f, load = %f", current_power, cpu_load);
 224
 225         return current_power;
 226 }
 227
 228 double HostEnergy::getConsumedEnergy()
 229 {
 230         if(last_updated < surf_get_clock())
 231                 update_consumption(host, this);
 232         return total_energy;
 233 }
 234
 235 xbt_dynar_t HostEnergy::getWattsRangeList()
 236 {
 237         xbt_dynar_t power_range_list;
 238         xbt_dynar_t power_tuple;
 239         int i = 0, pstate_nb=0;
 240         xbt_dynar_t current_power_values;
 241         double min_power, max_power;
 242
 243         if (host->getProperties() == NULL)
 244                 return NULL;
 245
 246         char* all_power_values_str = (char*)xbt_dict_get_or_null(host->getProperties(), "watt_per_state");
 247
 248         if (all_power_values_str == NULL)
 249                 return NULL;
 250
 251
 252         power_range_list = xbt_dynar_new(sizeof(xbt_dynar_t), NULL);
 253         xbt_dynar_t all_power_values = xbt_str_split(all_power_values_str, ",");
 254
 255         pstate_nb = xbt_dynar_length(all_power_values);
 256         for (i=0; i< pstate_nb; i++)
 257         {
 258                 /* retrieve the power values associated with the current pstate */
 259                 current_power_values = xbt_str_split(xbt_dynar_get_as(all_power_values, i, char*), ":");
 260                 xbt_assert(xbt_dynar_length(current_power_values) > 1,
 261                                 "Power properties incorrectly defined - could not retrieve min and max power values for host %s",
 262                                 host->getName());
 263
 264                 /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
 265                 /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
 266                 min_power = atof(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 0, char*));
 267                 max_power = atof(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 1, char*));
 268
 269                 power_tuple = xbt_dynar_new(sizeof(double), NULL);
 270                 xbt_dynar_push_as(power_tuple, double, min_power);
 271                 xbt_dynar_push_as(power_tuple, double, max_power);
 272
 273                 xbt_dynar_push_as(power_range_list, xbt_dynar_t, power_tuple);
 274                 xbt_dynar_free(&current_power_values);
 275         }
 276         xbt_dynar_free(&all_power_values);
 277         return power_range_list;
 278 }
 279
 280 }
 281 }