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[simgrid.git] / src / kernel / routing / DragonflyZone.cpp
1 /* Copyright (c) 2014-2018. 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/kernel/routing/DragonflyZone.hpp"
7 #include "simgrid/kernel/routing/NetPoint.hpp"
8 #include "src/surf/network_interface.hpp"
9 #include "src/surf/xml/platf_private.hpp"
10
11 #include <boost/algorithm/string/classification.hpp>
12 #include <boost/algorithm/string/split.hpp>
13 #include <string>
14
15 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_route_cluster_dragonfly, surf_route_cluster, "Dragonfly Routing part of surf");
16
17 namespace simgrid {
18 namespace kernel {
19 namespace routing {
20
21 DragonflyZone::DragonflyZone(NetZone* father, std::string name) : ClusterZone(father, name)
22 {
23 }
24
25 DragonflyZone::~DragonflyZone()
26 {
27   if (this->routers_ != nullptr) {
28     for (unsigned int i = 0; i < this->num_groups_ * this->num_chassis_per_group_ * this->num_blades_per_chassis_; i++)
29       delete routers_[i];
30     delete[] routers_;
31   }
32 }
33
34 void DragonflyZone::rankId_to_coords(int rankId, unsigned int (*coords)[4])
35 {
36   // coords : group, chassis, blade, node
37   (*coords)[0] = rankId / (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_ * num_nodes_per_blade_);
38   rankId       = rankId % (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_ * num_nodes_per_blade_);
39   (*coords)[1] = rankId / (num_blades_per_chassis_ * num_nodes_per_blade_);
40   rankId       = rankId % (num_blades_per_chassis_ * num_nodes_per_blade_);
41   (*coords)[2] = rankId / num_nodes_per_blade_;
42   (*coords)[3] = rankId % num_nodes_per_blade_;
43 }
44
45 void DragonflyZone::parse_specific_arguments(ClusterCreationArgs* cluster)
46 {
47   std::vector<std::string> parameters;
48   std::vector<std::string> tmp;
49   boost::split(parameters, cluster->topo_parameters, boost::is_any_of(";"));
50
51   if (parameters.size() != 4 || parameters.empty()) {
52     surf_parse_error(
53         "Dragonfly are defined by the number of groups, chassis per groups, blades per chassis, nodes per blade");
54   }
55
56   // Blue network : number of groups, number of links between each group
57   boost::split(tmp, parameters[0], boost::is_any_of(","));
58   if (tmp.size() != 2) {
59     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
60   }
61
62   try {
63     this->num_groups_ = std::stoi(tmp[0]);
64   } catch (std::invalid_argument& ia) {
65     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
66   }
67
68   try {
69     this->num_links_blue_ = std::stoi(tmp[1]);
70   } catch (std::invalid_argument& ia) {
71     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the blue level:") + tmp[1]);
72   }
73   // Black network : number of chassis/group, number of links between each router on the black network
74   boost::split(tmp, parameters[1], boost::is_any_of(","));
75   if (tmp.size() != 2) {
76     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
77   }
78
79   try {
80     this->num_chassis_per_group_ = std::stoi(tmp[0]);
81   } catch (std::invalid_argument& ia) {
82     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
83   }
84
85   try {
86     this->num_links_black_ = std::stoi(tmp[1]);
87   } catch (std::invalid_argument& ia) {
88     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the black level:") + tmp[1]);
89   }
90
91   // Green network : number of blades/chassis, number of links between each router on the green network
92   boost::split(tmp, parameters[2], boost::is_any_of(","));
93   if (tmp.size() != 2) {
94     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
95   }
96
97   try {
98     this->num_blades_per_chassis_ = std::stoi(tmp[0]);
99   } catch (std::invalid_argument& ia) {
100     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
101   }
102
103   try {
104     this->num_links_green_ = std::stoi(tmp[1]);
105   } catch (std::invalid_argument& ia) {
106     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the green level:") + tmp[1]);
107   }
108
109   // The last part of topo_parameters should be the number of nodes per blade
110   try {
111     this->num_nodes_per_blade_ = std::stoi(parameters[3]);
112   } catch (std::invalid_argument& ia) {
113     throw std::invalid_argument(std::string("Last parameter is not the amount of nodes per blade:") + parameters[3]);
114   }
115
116   if (cluster->sharing_policy == SURF_LINK_SPLITDUPLEX)
117     this->num_links_per_link_ = 2;
118
119   this->cluster_ = cluster;
120 }
121
122 /* Generate the cluster once every node is created */
123 void DragonflyZone::seal()
124 {
125   if (this->num_nodes_per_blade_ == 0) {
126     return;
127   }
128
129   this->generateRouters();
130   this->generateLinks();
131 }
132
133 DragonflyRouter::DragonflyRouter(int group, int chassis, int blade) : group_(group), chassis_(chassis), blade_(blade)
134 {
135 }
136
137 DragonflyRouter::~DragonflyRouter()
138 {
139   delete[] my_nodes_;
140   delete[] green_links_;
141   delete[] black_links_;
142   delete blue_links_;
143 }
144
145 void DragonflyZone::generateRouters()
146 {
147   this->routers_ =
148       new DragonflyRouter*[this->num_groups_ * this->num_chassis_per_group_ * this->num_blades_per_chassis_];
149
150   for (unsigned int i = 0; i < this->num_groups_; i++) {
151     for (unsigned int j = 0; j < this->num_chassis_per_group_; j++) {
152       for (unsigned int k = 0; k < this->num_blades_per_chassis_; k++) {
153         DragonflyRouter* router = new DragonflyRouter(i, j, k);
154         this->routers_[i * this->num_chassis_per_group_ * this->num_blades_per_chassis_ +
155                        j * this->num_blades_per_chassis_ + k] = router;
156       }
157     }
158   }
159 }
160
161 void DragonflyZone::createLink(const std::string& id, int numlinks, surf::LinkImpl** linkup, surf::LinkImpl** linkdown)
162 {
163   *linkup   = nullptr;
164   *linkdown = nullptr;
165   LinkCreationArgs linkTemplate;
166   linkTemplate.bandwidth = this->cluster_->bw * numlinks;
167   linkTemplate.latency   = this->cluster_->lat;
168   linkTemplate.policy    = this->cluster_->sharing_policy; // sthg to do with that ?
169   linkTemplate.id        = id;
170   sg_platf_new_link(&linkTemplate);
171   XBT_DEBUG("Generating link %s", id.c_str());
172   surf::LinkImpl* link;
173   if (this->cluster_->sharing_policy == SURF_LINK_SPLITDUPLEX) {
174     *linkup   = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id + "_UP");   // check link?
175     *linkdown = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id + "_DOWN"); // check link ?
176   } else {
177     link      = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id);
178     *linkup   = link;
179     *linkdown = link;
180   }
181 }
182
183 void DragonflyZone::generateLinks()
184 {
185   static int uniqueId = 0;
186   surf::LinkImpl* linkup;
187   surf::LinkImpl* linkdown;
188
189   unsigned int numRouters = this->num_groups_ * this->num_chassis_per_group_ * this->num_blades_per_chassis_;
190
191   // Links from routers to their local nodes.
192   for (unsigned int i = 0; i < numRouters; i++) {
193     // allocate structures
194     this->routers_[i]->my_nodes_    = new surf::LinkImpl*[num_links_per_link_ * this->num_nodes_per_blade_];
195     this->routers_[i]->green_links_ = new surf::LinkImpl*[this->num_blades_per_chassis_];
196     this->routers_[i]->black_links_ = new surf::LinkImpl*[this->num_chassis_per_group_];
197
198     for (unsigned int j = 0; j < num_links_per_link_ * this->num_nodes_per_blade_; j += num_links_per_link_) {
199       std::string id = "local_link_from_router_" + std::to_string(i) + "_to_node_" +
200                        std::to_string(j / num_links_per_link_) + "_" + std::to_string(uniqueId);
201       this->createLink(id, 1, &linkup, &linkdown);
202
203       this->routers_[i]->my_nodes_[j] = linkup;
204       if (this->cluster_->sharing_policy == SURF_LINK_SPLITDUPLEX)
205         this->routers_[i]->my_nodes_[j + 1] = linkdown;
206
207       uniqueId++;
208     }
209   }
210
211   // Green links from routers to same chassis routers - alltoall
212   for (unsigned int i = 0; i < this->num_groups_ * this->num_chassis_per_group_; i++) {
213     for (unsigned int j = 0; j < this->num_blades_per_chassis_; j++) {
214       for (unsigned int k = j + 1; k < this->num_blades_per_chassis_; k++) {
215         std::string id = "green_link_in_chassis_" + std::to_string(i % num_chassis_per_group_) + "_between_routers_" +
216                          std::to_string(j) + "_and_" + std::to_string(k) + "_" + std::to_string(uniqueId);
217         this->createLink(id, this->num_links_green_, &linkup, &linkdown);
218
219         this->routers_[i * num_blades_per_chassis_ + j]->green_links_[k] = linkup;
220         this->routers_[i * num_blades_per_chassis_ + k]->green_links_[j] = linkdown;
221         uniqueId++;
222       }
223     }
224   }
225
226   // Black links from routers to same group routers - alltoall
227   for (unsigned int i = 0; i < this->num_groups_; i++) {
228     for (unsigned int j = 0; j < this->num_chassis_per_group_; j++) {
229       for (unsigned int k = j + 1; k < this->num_chassis_per_group_; k++) {
230         for (unsigned int l = 0; l < this->num_blades_per_chassis_; l++) {
231           std::string id = "black_link_in_group_" + std::to_string(i) + "_between_chassis_" + std::to_string(j) +
232               "_and_" + std::to_string(k) +"_blade_" + std::to_string(l) + "_" + std::to_string(uniqueId);
233           this->createLink(id, this->num_links_black_, &linkup, &linkdown);
234
235           this->routers_[i * num_blades_per_chassis_ * num_chassis_per_group_ + j * num_blades_per_chassis_ + l]
236               ->black_links_[k] = linkup;
237           this->routers_[i * num_blades_per_chassis_ * num_chassis_per_group_ + k * num_blades_per_chassis_ + l]
238               ->black_links_[j] = linkdown;
239           uniqueId++;
240         }
241       }
242     }
243   }
244
245   // Blue links between groups - Not all routers involved, only one per group is linked to others. Let's say router n of
246   // each group is linked to group n.
247   // FIXME: in reality blue links may be attached to several different routers
248   for (unsigned int i = 0; i < this->num_groups_; i++) {
249     for (unsigned int j = i + 1; j < this->num_groups_; j++) {
250       unsigned int routernumi                 = i * num_blades_per_chassis_ * num_chassis_per_group_ + j;
251       unsigned int routernumj                 = j * num_blades_per_chassis_ * num_chassis_per_group_ + i;
252       this->routers_[routernumi]->blue_links_ = new surf::LinkImpl*;
253       this->routers_[routernumj]->blue_links_ = new surf::LinkImpl*;
254       std::string id = "blue_link_between_group_"+ std::to_string(i) +"_and_" + std::to_string(j) +"_routers_" +
255           std::to_string(routernumi) + "_and_" + std::to_string(routernumj) + "_" + std::to_string(uniqueId);
256       this->createLink(id, this->num_links_blue_, &linkup, &linkdown);
257
258       this->routers_[routernumi]->blue_links_[0] = linkup;
259       this->routers_[routernumj]->blue_links_[0] = linkdown;
260       uniqueId++;
261     }
262   }
263 }
264
265 void DragonflyZone::getLocalRoute(NetPoint* src, NetPoint* dst, RouteCreationArgs* route, double* latency)
266 {
267   // Minimal routing version.
268   // TODO : non-minimal random one, and adaptive ?
269
270   if (dst->isRouter() || src->isRouter())
271     return;
272
273   XBT_VERB("dragonfly getLocalRoute from '%s'[%u] to '%s'[%u]", src->getCname(), src->id(), dst->getCname(), dst->id());
274
275   if ((src->id() == dst->id()) && has_loopback_) {
276     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = private_links_.at(nodePosition(src->id()));
277
278     route->link_list.push_back(info.first);
279     if (latency)
280       *latency += info.first->latency();
281     return;
282   }
283
284   unsigned int myCoords[4];
285   rankId_to_coords(src->id(), &myCoords);
286   unsigned int targetCoords[4];
287   rankId_to_coords(dst->id(), &targetCoords);
288   XBT_DEBUG("src : %u group, %u chassis, %u blade, %u node", myCoords[0], myCoords[1], myCoords[2], myCoords[3]);
289   XBT_DEBUG("dst : %u group, %u chassis, %u blade, %u node", targetCoords[0], targetCoords[1], targetCoords[2],
290             targetCoords[3]);
291
292   DragonflyRouter* myRouter      = routers_[myCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) +
293                                        myCoords[1] * num_blades_per_chassis_ + myCoords[2]];
294   DragonflyRouter* targetRouter  = routers_[targetCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) +
295                                            targetCoords[1] * num_blades_per_chassis_ + targetCoords[2]];
296   DragonflyRouter* currentRouter = myRouter;
297
298   // node->router local link
299   route->link_list.push_back(myRouter->my_nodes_[myCoords[3] * num_links_per_link_]);
300   if (latency)
301     *latency += myRouter->my_nodes_[myCoords[3] * num_links_per_link_]->latency();
302
303   if (has_limiter_) { // limiter for sender
304     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = private_links_.at(nodePositionWithLoopback(src->id()));
305     route->link_list.push_back(info.first);
306   }
307
308   if (targetRouter != myRouter) {
309
310     // are we on a different group ?
311     if (targetRouter->group_ != currentRouter->group_) {
312       // go to the router of our group connected to this one.
313       if (currentRouter->blade_ != targetCoords[0]) {
314         // go to the nth router in our chassis
315         route->link_list.push_back(currentRouter->green_links_[targetCoords[0]]);
316         if (latency)
317           *latency += currentRouter->green_links_[targetCoords[0]]->latency();
318         currentRouter = routers_[myCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) +
319                                  myCoords[1] * num_blades_per_chassis_ + targetCoords[0]];
320       }
321
322       if (currentRouter->chassis_ != 0) {
323         // go to the first chassis of our group
324         route->link_list.push_back(currentRouter->black_links_[0]);
325         if (latency)
326           *latency += currentRouter->black_links_[0]->latency();
327         currentRouter = routers_[myCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) + targetCoords[0]];
328       }
329
330       // go to destination group - the only optical hop
331       route->link_list.push_back(currentRouter->blue_links_[0]);
332       if (latency)
333         *latency += currentRouter->blue_links_[0]->latency();
334       currentRouter = routers_[targetCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) + myCoords[0]];
335     }
336
337     // same group, but same blade ?
338     if (targetRouter->blade_ != currentRouter->blade_) {
339       route->link_list.push_back(currentRouter->green_links_[targetCoords[2]]);
340       if (latency)
341         *latency += currentRouter->green_links_[targetCoords[2]]->latency();
342       currentRouter = routers_[targetCoords[0] * (num_chassis_per_group_ * num_blades_per_chassis_) + targetCoords[2]];
343     }
344
345     // same blade, but same chassis ?
346     if (targetRouter->chassis_ != currentRouter->chassis_) {
347       route->link_list.push_back(currentRouter->black_links_[targetCoords[1]]);
348       if (latency)
349         *latency += currentRouter->black_links_[targetCoords[1]]->latency();
350     }
351   }
352
353   if (has_limiter_) { // limiter for receiver
354     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = private_links_.at(nodePositionWithLoopback(dst->id()));
355     route->link_list.push_back(info.first);
356   }
357
358   // router->node local link
359   route->link_list.push_back(targetRouter->my_nodes_[targetCoords[3] * num_links_per_link_ + num_links_per_link_ - 1]);
360   if (latency)
361     *latency += targetRouter->my_nodes_[targetCoords[3] * num_links_per_link_ + num_links_per_link_ - 1]->latency();
362 }
363 }
364 }
365 } // namespace