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[simgrid.git] / src / kernel / routing / DragonflyZone.cpp
1 /* Copyright (c) 2014-2017. 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/kernel/routing/DragonflyZone.hpp"
7 #include "src/kernel/routing/NetPoint.hpp"
8 #include "src/surf/network_interface.hpp"
9
10 #include <boost/algorithm/string/classification.hpp>
11 #include <boost/algorithm/string/split.hpp>
12 #include <string>
13
14 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_route_cluster_dragonfly, surf_route_cluster, "Dragonfly Routing part of surf");
15
16 namespace simgrid {
17 namespace kernel {
18 namespace routing {
19
20 DragonflyZone::DragonflyZone(NetZone* father, std::string name) : ClusterZone(father, name)
21 {
22 }
23
24 DragonflyZone::~DragonflyZone()
25 {
26   if (this->routers_ != nullptr) {
27     for (unsigned int i = 0; i < this->numGroups_ * this->numChassisPerGroup_ * this->numBladesPerChassis_; i++)
28       delete routers_[i];
29     delete[] routers_;
30   }
31 }
32
33 void DragonflyZone::rankId_to_coords(int rankId, unsigned int (*coords)[4])
34 {
35   // coords : group, chassis, blade, node
36   (*coords)[0]         = rankId / (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_ * numNodesPerBlade_);
37   rankId               = rankId % (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_ * numNodesPerBlade_);
38   (*coords)[1]         = rankId / (numBladesPerChassis_ * numNodesPerBlade_);
39   rankId               = rankId % (numBladesPerChassis_ * numNodesPerBlade_);
40   (*coords)[2]         = rankId / numNodesPerBlade_;
41   (*coords)[3]         = rankId % numNodesPerBlade_;
42 }
43
44 void DragonflyZone::parse_specific_arguments(ClusterCreationArgs* cluster)
45 {
46   std::vector<std::string> parameters;
47   std::vector<std::string> tmp;
48   boost::split(parameters, cluster->topo_parameters, boost::is_any_of(";"));
49
50   if (parameters.size() != 4 || parameters.empty()) {
51     surf_parse_error(
52         "Dragonfly are defined by the number of groups, chassis per groups, blades per chassis, nodes per blade");
53   }
54
55   // Blue network : number of groups, number of links between each group
56   boost::split(tmp, parameters[0], boost::is_any_of(","));
57   if (tmp.size() != 2) {
58     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
59   }
60
61   try {
62     this->numGroups_ = std::stoi(tmp[0]);
63   } catch (std::invalid_argument& ia) {
64     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
65   }
66
67   try {
68     this->numLinksBlue_ = std::stoi(tmp[1]);
69   } catch (std::invalid_argument& ia) {
70     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the blue level:") + tmp[1]);
71   }
72   // Black network : number of chassis/group, number of links between each router on the black network
73   boost::split(tmp, parameters[1], boost::is_any_of(","));
74   if (tmp.size() != 2) {
75     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
76   }
77
78   try {
79     this->numChassisPerGroup_ = std::stoi(tmp[0]);
80   } catch (std::invalid_argument& ia) {
81     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
82   }
83
84   try {
85     this->numLinksBlack_ = std::stoi(tmp[1]);
86   } catch (std::invalid_argument& ia) {
87     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the black level:") + tmp[1]);
88   }
89
90   // Green network : number of blades/chassis, number of links between each router on the green network
91   boost::split(tmp, parameters[2], boost::is_any_of(","));
92   if (tmp.size() != 2) {
93     surf_parse_error("Dragonfly topologies are defined by 3 levels with 2 elements each, and one with one element");
94   }
95
96   try {
97     this->numBladesPerChassis_ = std::stoi(tmp[0]);
98   } catch (std::invalid_argument& ia) {
99     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of groups:") + tmp[0]);
100   }
101
102   try {
103     this->numLinksGreen_ = std::stoi(tmp[1]);
104   } catch (std::invalid_argument& ia) {
105     throw std::invalid_argument(std::string("Invalid number of links for the green level:") + tmp[1]);
106   }
107
108   // The last part of topo_parameters should be the number of nodes per blade
109   try {
110     this->numNodesPerBlade_ = std::stoi(parameters[3]);
111   } catch (std::invalid_argument& ia) {
112     throw std::invalid_argument(std::string("Last parameter is not the amount of nodes per blade:") + parameters[3]);
113   }
114
115   if (cluster->sharing_policy == SURF_LINK_FULLDUPLEX)
116     this->numLinksperLink_ = 2;
117
118   this->cluster_ = cluster;
119 }
120
121 /* Generate the cluster once every node is created */
122 void DragonflyZone::seal()
123 {
124   if (this->numNodesPerBlade_ == 0) {
125     return;
126   }
127
128   this->generateRouters();
129   this->generateLinks();
130 }
131
132 DragonflyRouter::DragonflyRouter(int group, int chassis, int blade) : group_(group), chassis_(chassis), blade_(blade)
133 {
134 }
135
136 DragonflyRouter::~DragonflyRouter()
137 {
138   delete[] myNodes_;
139   delete[] greenLinks_;
140   delete[] blackLinks_;
141   delete blueLinks_;
142 }
143
144 void DragonflyZone::generateRouters()
145 {
146   this->routers_ = new DragonflyRouter*[this->numGroups_ * this->numChassisPerGroup_ * this->numBladesPerChassis_];
147
148   for (unsigned int i = 0; i < this->numGroups_; i++) {
149     for (unsigned int j = 0; j < this->numChassisPerGroup_; j++) {
150       for (unsigned int k = 0; k < this->numBladesPerChassis_; k++) {
151         DragonflyRouter* router = new DragonflyRouter(i, j, k);
152         this->routers_[i * this->numChassisPerGroup_ * this->numBladesPerChassis_ + j * this->numBladesPerChassis_ +
153                        k] = router;
154       }
155     }
156   }
157 }
158
159 void DragonflyZone::createLink(const std::string& id, int numlinks, surf::LinkImpl** linkup, surf::LinkImpl** linkdown)
160 {
161   *linkup   = nullptr;
162   *linkdown = nullptr;
163   LinkCreationArgs linkTemplate;
164   linkTemplate.bandwidth = this->cluster_->bw * numlinks;
165   linkTemplate.latency   = this->cluster_->lat;
166   linkTemplate.policy    = this->cluster_->sharing_policy; // sthg to do with that ?
167   linkTemplate.id        = id;
168   sg_platf_new_link(&linkTemplate);
169   XBT_DEBUG("Generating link %s", id.c_str());
170   surf::LinkImpl* link;
171   if (this->cluster_->sharing_policy == SURF_LINK_FULLDUPLEX) {
172     *linkup   = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id + "_UP");   // check link?
173     *linkdown = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id + "_DOWN"); // check link ?
174   } else {
175     link      = surf::LinkImpl::byName(linkTemplate.id);
176     *linkup   = link;
177     *linkdown = link;
178   }
179 }
180
181 void DragonflyZone::generateLinks()
182 {
183   static int uniqueId = 0;
184   surf::LinkImpl* linkup;
185   surf::LinkImpl* linkdown;
186
187   unsigned int numRouters = this->numGroups_ * this->numChassisPerGroup_ * this->numBladesPerChassis_;
188
189   // Links from routers to their local nodes.
190   for (unsigned int i = 0; i < numRouters; i++) {
191     // allocate structures
192     this->routers_[i]->myNodes_    = new surf::LinkImpl*[numLinksperLink_ * this->numNodesPerBlade_];
193     this->routers_[i]->greenLinks_ = new surf::LinkImpl*[this->numBladesPerChassis_];
194     this->routers_[i]->blackLinks_ = new surf::LinkImpl*[this->numChassisPerGroup_];
195
196     for (unsigned int j = 0; j < numLinksperLink_ * this->numNodesPerBlade_; j += numLinksperLink_) {
197       std::string id = "local_link_from_router_"+ std::to_string(i) + "_to_node_" +
198           std::to_string(j / numLinksperLink_) + "_" + std::to_string(uniqueId);
199       this->createLink(id, 1, &linkup, &linkdown);
200
201       this->routers_[i]->myNodes_[j] = linkup;
202       if (this->cluster_->sharing_policy == SURF_LINK_FULLDUPLEX)
203         this->routers_[i]->myNodes_[j + 1] = linkdown;
204
205       uniqueId++;
206     }
207   }
208
209   // Green links from routers to same chassis routers - alltoall
210   for (unsigned int i = 0; i < this->numGroups_ * this->numChassisPerGroup_; i++) {
211     for (unsigned int j = 0; j < this->numBladesPerChassis_; j++) {
212       for (unsigned int k = j + 1; k < this->numBladesPerChassis_; k++) {
213         std::string id = "green_link_in_chassis_" + std::to_string(i % numChassisPerGroup_) +"_between_routers_" +
214             std::to_string(j) + "_and_" + std::to_string(k) + "_" + std::to_string(uniqueId);
215         this->createLink(id, this->numLinksGreen_, &linkup, &linkdown);
216
217         this->routers_[i * numBladesPerChassis_ + j]->greenLinks_[k] = linkup;
218         this->routers_[i * numBladesPerChassis_ + k]->greenLinks_[j] = linkdown;
219         uniqueId++;
220       }
221     }
222   }
223
224   // Black links from routers to same group routers - alltoall
225   for (unsigned int i = 0; i < this->numGroups_; i++) {
226     for (unsigned int j = 0; j < this->numChassisPerGroup_; j++) {
227       for (unsigned int k = j + 1; k < this->numChassisPerGroup_; k++) {
228         for (unsigned int l = 0; l < this->numBladesPerChassis_; l++) {
229           std::string id = "black_link_in_group_" + std::to_string(i) + "_between_chassis_" + std::to_string(j) +
230               "_and_" + std::to_string(k) +"_blade_" + std::to_string(l) + "_" + std::to_string(uniqueId);
231           this->createLink(id, this->numLinksBlack_, &linkup, &linkdown);
232
233           this->routers_[i * numBladesPerChassis_ * numChassisPerGroup_ + j * numBladesPerChassis_ + l]
234               ->blackLinks_[k] = linkup;
235           this->routers_[i * numBladesPerChassis_ * numChassisPerGroup_ + k * numBladesPerChassis_ + l]
236               ->blackLinks_[j] = linkdown;
237           uniqueId++;
238         }
239       }
240     }
241   }
242
243   // Blue links between groups - Not all routers involved, only one per group is linked to others. Let's say router n of
244   // each group is linked to group n.
245   // FIXME: in reality blue links may be attached to several different routers
246   for (unsigned int i = 0; i < this->numGroups_; i++) {
247     for (unsigned int j = i + 1; j < this->numGroups_; j++) {
248       unsigned int routernumi                = i * numBladesPerChassis_ * numChassisPerGroup_ + j;
249       unsigned int routernumj                = j * numBladesPerChassis_ * numChassisPerGroup_ + i;
250       this->routers_[routernumi]->blueLinks_ = new surf::LinkImpl*;
251       this->routers_[routernumj]->blueLinks_ = new surf::LinkImpl*;
252       std::string id = "blue_link_between_group_"+ std::to_string(i) +"_and_" + std::to_string(j) +"_routers_" +
253           std::to_string(routernumi) + "_and_" + std::to_string(routernumj) + "_" + std::to_string(uniqueId);
254       this->createLink(id, this->numLinksBlue_, &linkup, &linkdown);
255
256       this->routers_[routernumi]->blueLinks_[0] = linkup;
257       this->routers_[routernumj]->blueLinks_[0] = linkdown;
258       uniqueId++;
259     }
260   }
261 }
262
263 void DragonflyZone::getLocalRoute(NetPoint* src, NetPoint* dst, sg_platf_route_cbarg_t route, double* latency)
264 {
265   // Minimal routing version.
266   // TODO : non-minimal random one, and adaptive ?
267
268   if (dst->isRouter() || src->isRouter())
269     return;
270
271   XBT_VERB("dragonfly getLocalRoute from '%s'[%u] to '%s'[%u]", src->getCname(), src->id(), dst->getCname(), dst->id());
272
273   if ((src->id() == dst->id()) && hasLoopback_) {
274     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = privateLinks_.at(nodePosition(src->id()));
275
276     route->link_list->push_back(info.first);
277     if (latency)
278       *latency += info.first->latency();
279     return;
280   }
281
282   unsigned int myCoords[4];
283   rankId_to_coords(src->id(), &myCoords);
284   unsigned int targetCoords[4];
285   rankId_to_coords(dst->id(), &targetCoords);
286   XBT_DEBUG("src : %u group, %u chassis, %u blade, %u node", myCoords[0], myCoords[1], myCoords[2], myCoords[3]);
287   XBT_DEBUG("dst : %u group, %u chassis, %u blade, %u node", targetCoords[0], targetCoords[1], targetCoords[2],
288             targetCoords[3]);
289
290   DragonflyRouter* myRouter = routers_[myCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) +
291                                        myCoords[1] * numBladesPerChassis_ + myCoords[2]];
292   DragonflyRouter* targetRouter = routers_[targetCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) +
293                                            targetCoords[1] * numBladesPerChassis_ + targetCoords[2]];
294   DragonflyRouter* currentRouter = myRouter;
295
296   // node->router local link
297   route->link_list->push_back(myRouter->myNodes_[myCoords[3] * numLinksperLink_]);
298   if (latency)
299     *latency += myRouter->myNodes_[myCoords[3] * numLinksperLink_]->latency();
300
301   if (hasLimiter_) { // limiter for sender
302     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = privateLinks_.at(nodePositionWithLoopback(src->id()));
303     route->link_list->push_back(info.first);
304   }
305
306   if (targetRouter != myRouter) {
307
308     // are we on a different group ?
309     if (targetRouter->group_ != currentRouter->group_) {
310       // go to the router of our group connected to this one.
311       if (currentRouter->blade_ != targetCoords[0]) {
312         // go to the nth router in our chassis
313         route->link_list->push_back(currentRouter->greenLinks_[targetCoords[0]]);
314         if (latency)
315           *latency += currentRouter->greenLinks_[targetCoords[0]]->latency();
316         currentRouter = routers_[myCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) +
317                                  myCoords[1] * numBladesPerChassis_ + targetCoords[0]];
318       }
319
320       if (currentRouter->chassis_ != 0) {
321         // go to the first chassis of our group
322         route->link_list->push_back(currentRouter->blackLinks_[0]);
323         if (latency)
324           *latency += currentRouter->blackLinks_[0]->latency();
325         currentRouter = routers_[myCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) + targetCoords[0]];
326       }
327
328       // go to destination group - the only optical hop
329       route->link_list->push_back(currentRouter->blueLinks_[0]);
330       if (latency)
331         *latency += currentRouter->blueLinks_[0]->latency();
332       currentRouter = routers_[targetCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) + myCoords[0]];
333     }
334
335     // same group, but same blade ?
336     if (targetRouter->blade_ != currentRouter->blade_) {
337       route->link_list->push_back(currentRouter->greenLinks_[targetCoords[2]]);
338       if (latency)
339         *latency += currentRouter->greenLinks_[targetCoords[2]]->latency();
340       currentRouter = routers_[targetCoords[0] * (numChassisPerGroup_ * numBladesPerChassis_) + targetCoords[2]];
341     }
342
343     // same blade, but same chassis ?
344     if (targetRouter->chassis_ != currentRouter->chassis_) {
345       route->link_list->push_back(currentRouter->blackLinks_[targetCoords[1]]);
346       if (latency)
347         *latency += currentRouter->blackLinks_[targetCoords[1]]->latency();
348     }
349   }
350
351   if (hasLimiter_) { // limiter for receiver
352     std::pair<surf::LinkImpl*, surf::LinkImpl*> info = privateLinks_.at(nodePositionWithLoopback(dst->id()));
353     route->link_list->push_back(info.first);
354   }
355
356   // router->node local link
357   route->link_list->push_back(targetRouter->myNodes_[targetCoords[3] * numLinksperLink_ + numLinksperLink_ - 1]);
358   if (latency)
359     *latency += targetRouter->myNodes_[targetCoords[3] * numLinksperLink_ + numLinksperLink_ - 1]->latency();
360 }
361 }
362 }
363 } // namespace