src/smpi/colls/reduce/reduce-arrival-pattern-aware.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2021. 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 "../colls_private.hpp"
   8 //#include <star-reduction.c>
   9
  10 int reduce_arrival_pattern_aware_segment_size_in_byte = 8192;
  11
  12 #ifndef HEADER_SIZE
  13 #define HEADER_SIZE 1024
  14 #endif
  15
  16 #ifndef MAX_NODE
  17 #define MAX_NODE 1024
  18 #endif
  19 namespace simgrid{
  20 namespace smpi{
  21 /* Non-topology-specific pipelined linear-reduce function */
  22 int reduce__arrival_pattern_aware(const void *buf, void *rbuf,
  23                                   int count,
  24                                   MPI_Datatype datatype,
  25                                   MPI_Op op, int root,
  26                                   MPI_Comm comm)
  27 {
  28   int rank = comm->rank();
  29   int tag = -COLL_TAG_REDUCE;
  30   MPI_Status status;
  31   MPI_Request request;
  32
  33   MPI_Status temp_status_array[MAX_NODE];
  34
  35   int size = comm->size();
  36   int i;
  37
  38   int sent_count;
  39   int header_index;
  40   int flag_array[MAX_NODE];
  41   int already_received[MAX_NODE];
  42
  43   int header_buf[HEADER_SIZE];
  44   char temp_buf[MAX_NODE];
  45
  46   MPI_Aint extent, lb;
  47   datatype->extent(&lb, &extent);
  48
  49   /* source and destination */
  50   int to, from;
  51
  52   /* segment is segment size in number of elements (not bytes) */
  53   int segment = reduce_arrival_pattern_aware_segment_size_in_byte / extent;
  54
  55   /* pipeline length */
  56   int pipe_length = count / segment;
  57
  58   /* use for buffer offset for sending and receiving data = segment size in byte */
  59   int increment = segment * extent;
  60
  61   /* if the input size is not divisible by segment size =>
  62      the small remainder will be done with native implementation */
  63   int remainder = count % segment;
  64
  65
  66   /* value == 0 means root has not send data (or header) to the node yet */
  67   for (i = 0; i < MAX_NODE; i++) {
  68     already_received[i] = 0;
  69   }
  70
  71   unsigned char* tmp_buf = smpi_get_tmp_sendbuffer(count * extent);
  72
  73   Request::sendrecv(buf, count, datatype, rank, tag, rbuf, count, datatype, rank,
  74                tag, comm, &status);
  75
  76
  77
  78   /* when a message is smaller than a block size => no pipeline */
  79   if (count <= segment) {
  80
  81     if (rank == 0) {
  82       sent_count = 0;
  83
  84       while (sent_count < (size - 1)) {
  85
  86         for (i = 1; i < size; i++) {
  87           if (already_received[i] == 0) {
  88             Request::iprobe(i, MPI_ANY_TAG, comm, &flag_array[i], MPI_STATUSES_IGNORE);
  89             simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(0.0001);
  90           }
  91             }
  92
  93         header_index = 0;
  94         /* recv 1-byte message */
  95         for (i = 0; i < size; i++) {
  96           if (i == rank)
  97             continue;
  98
  99           /* 1-byte message arrive */
 100           if ((flag_array[i] == 1) && (already_received[i] == 0)) {
 101             Request::recv(temp_buf, 1, MPI_CHAR, i, tag, comm, &status);
 102             header_buf[header_index] = i;
 103             header_index++;
 104             sent_count++;
 105
 106
 107             //printf("root send to %d recv from %d : data = ",to,from);
 108             /*
 109                for (i=0;i<=header_index;i++) {
 110                printf("%d ",header_buf[i]);
 111                }
 112                printf("\n");
 113              */
 114             /* will receive in the next step */
 115             already_received[i] = 1;
 116           }
 117         }
 118
 119         /* send header followed by receive and reduce data */
 120         if (header_index != 0) {
 121           header_buf[header_index] = -1;
 122           to = header_buf[0];
 123           from = header_buf[header_index - 1];
 124
 125           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, to, tag, comm);
 126           Request::recv(tmp_buf, count, datatype, from, tag, comm, &status);
 127           if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, rbuf, &count, datatype);
 128         }
 129       }                         /* while loop */
 130     }
 131
 132     /* root */
 133     /* non-root */
 134     else {
 135
 136       /* send 1-byte message to root */
 137       Request::send(temp_buf, 1, MPI_CHAR, 0, tag, comm);
 138
 139       /* wait for header and data, forward when required */
 140       Request::recv(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, tag, comm,
 141                &status);
 142       //      Request::recv(buf,count,datatype,MPI_ANY_SOURCE,tag,comm,&status);
 143
 144       /* search for where it is */
 145       int myordering = 0;
 146       while (rank != header_buf[myordering]) {
 147         myordering++;
 148       }
 149
 150       /* forward header */
 151       if (header_buf[myordering + 1] != -1) {
 152           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, header_buf[myordering + 1],
 153                  tag, comm);
 154       }
 155       //printf("node %d ordering %d\n",rank,myordering);
 156
 157       /* receive, reduce, and forward data */
 158
 159       /* send only */
 160       if (myordering == 0) {
 161         if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 162           to = 0;
 163         } else {
 164           to = header_buf[myordering + 1];
 165         }
 166         Request::send(rbuf, count, datatype, to, tag, comm);
 167       }
 168
 169       /* recv, reduce, send */
 170       else {
 171         if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 172           to = 0;
 173         } else {
 174           to = header_buf[myordering + 1];
 175         }
 176         from = header_buf[myordering - 1];
 177         Request::recv(tmp_buf, count, datatype, from, tag, comm, &status);
 178         if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, rbuf, &count, datatype);
 179         Request::send(rbuf, count, datatype, to, tag, comm);
 180       }
 181     }                           /* non-root */
 182   }
 183   /* pipeline bcast */
 184   else {
 185     //    printf("node %d start\n",rank);
 186
 187     auto* send_request_array = new MPI_Request[size + pipe_length];
 188     auto* recv_request_array = new MPI_Request[size + pipe_length];
 189     auto* send_status_array  = new MPI_Status[size + pipe_length];
 190     auto* recv_status_array  = new MPI_Status[size + pipe_length];
 191
 192     if (rank == 0) {
 193       sent_count = 0;
 194
 195       int will_send[MAX_NODE];
 196       for (i = 0; i < MAX_NODE; i++)
 197         will_send[i] = 0;
 198
 199       /* loop until all data are received (sent) */
 200       while (sent_count < (size - 1)) {
 201         int k;
 202         for (k = 0; k < 1; k++) {
 203           for (i = 1; i < size; i++) {
 204             //if (i == rank)
 205             //continue;
 206             if ((already_received[i] == 0) && (will_send[i] == 0)) {
 207                 Request::iprobe(i, MPI_ANY_TAG, comm, &flag_array[i],
 208                          &temp_status_array[i]);
 209               if (flag_array[i] == 1) {
 210                 will_send[i] = 1;
 211                 Request::recv(&temp_buf[i], 1, MPI_CHAR, i, tag, comm,
 212                          &status);
 213                 //printf("recv from %d\n",i);
 214                 i = 1;
 215               }
 216             }
 217           }
 218         }                       /* end of probing */
 219
 220         header_index = 0;
 221
 222         /* recv 1-byte message */
 223         for (i = 1; i < size; i++) {
 224           //if (i==rank)
 225           //continue;
 226           /* message arrived in this round (put in the header) */
 227           if ((will_send[i] == 1) && (already_received[i] == 0)) {
 228             header_buf[header_index] = i;
 229             header_index++;
 230             sent_count++;
 231
 232             /* will send in the next step */
 233             already_received[i] = 1;
 234           }
 235         }
 236
 237         /* send header followed by data */
 238         if (header_index != 0) {
 239           header_buf[header_index] = -1;
 240           to = header_buf[0];
 241
 242           /* send header */
 243           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, to, tag, comm);
 244
 245           /* recv data - pipeline */
 246           from = header_buf[header_index - 1];
 247           for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 248             Request::recv(tmp_buf + (i * increment), segment, datatype, from, tag,
 249                      comm, &status);
 250             if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf + (i * increment),
 251                            (char *)rbuf + (i * increment), &segment, datatype);
 252           }
 253         }
 254       }                         /* while loop (sent_count < size-1 ) */
 255     }
 256
 257     /* root */
 258     /* none root */
 259     else {
 260       /* send 1-byte message to root */
 261       Request::send(temp_buf, 1, MPI_CHAR, 0, tag, comm);
 262
 263
 264       /* wait for header forward when required */
 265       request=Request::irecv(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, tag, comm);
 266       Request::wait(&request, MPI_STATUS_IGNORE);
 267
 268       /* search for where it is */
 269       int myordering = 0;
 270
 271       while (rank != header_buf[myordering]) {
 272         myordering++;
 273       }
 274
 275       /* send header when required */
 276       if (header_buf[myordering + 1] != -1) {
 277           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, header_buf[myordering + 1],
 278                  tag, comm);
 279       }
 280
 281       /* (receive, reduce), and send data */
 282       if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 283         to = 0;
 284       } else {
 285         to = header_buf[myordering + 1];
 286       }
 287
 288       /* send only */
 289       if (myordering == 0) {
 290         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 291             send_request_array[i]= Request::isend((char *)rbuf + (i * increment), segment, datatype, to, tag, comm);
 292         }
 293         Request::waitall((pipe_length), send_request_array, send_status_array);
 294       }
 295
 296       /* receive, reduce, and send */
 297       else {
 298         from = header_buf[myordering - 1];
 299         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 300           recv_request_array[i]=Request::irecv(tmp_buf + (i * increment), segment, datatype, from, tag, comm);
 301         }
 302         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 303           Request::wait(&recv_request_array[i], MPI_STATUS_IGNORE);
 304           if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf + (i * increment), (char *)rbuf + (i * increment),
 305                          &segment, datatype);
 306           send_request_array[i]=Request::isend((char *)rbuf + (i * increment), segment, datatype, to, tag, comm);
 307         }
 308         Request::waitall((pipe_length), send_request_array, send_status_array);
 309       }
 310     }                           /* non-root */
 311
 312     delete[] send_request_array;
 313     delete[] recv_request_array;
 314     delete[] send_status_array;
 315     delete[] recv_status_array;
 316
 317     //printf("node %d done\n",rank);
 318   }                             /* end pipeline */
 319
 320
 321   /* if root is not zero send root after finished
 322      this can be modified to make it faster by using logical src, dst.
 323    */
 324   if (root != 0) {
 325     if (rank == 0) {
 326       Request::send(rbuf, count, datatype, root, tag, comm);
 327     } else if (rank == root) {
 328       Request::recv(rbuf, count, datatype, 0, tag, comm, &status);
 329     }
 330   }
 331
 332
 333   /* when count is not divisible by block size, use default BCAST for the remainder */
 334   if ((remainder != 0) && (count > segment)) {
 335     reduce__default((char*)buf + (pipe_length * increment), (char*)rbuf + (pipe_length * increment),
 336                     remainder, datatype, op, root, comm);
 337   }
 338
 339   smpi_free_tmp_buffer(tmp_buf);
 340
 341   return MPI_SUCCESS;
 342 }
 343 }
 344 }