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