src/surf/ptask_L07.cpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2022. 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/NetZoneImpl.hpp>
   7 #include <simgrid/s4u/Engine.hpp>
   8 #include <xbt/config.hpp>
   9
  10 #include "simgrid/config.h"
  11 #include "src/kernel/EngineImpl.hpp"
  12 #if SIMGRID_HAVE_EIGEN3
  13 #include "src/kernel/lmm/bmf.hpp"
  14 #endif
  15 #include "src/kernel/resource/profile/Event.hpp"
  16 #include "src/surf/ptask_L07.hpp"
  17
  18 #include <unordered_set>
  19
  20 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(res_host);
  21 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(xbt_cfg);
  22
  23 /***********
  24  * Options *
  25  ***********/
  26 static simgrid::config::Flag<std::string> cfg_ptask_solver("host/solver",
  27                                                            "Set linear equations solver used by ptask model",
  28                                                            "fairbottleneck",
  29                                                            &simgrid::kernel::lmm::System::validate_solver);
  30
  31 /**************************************/
  32 /*** Resource Creation & Destruction **/
  33 /**************************************/
  34 void surf_host_model_init_ptask_L07()
  35 {
  36   XBT_CINFO(xbt_cfg, "Switching to the L07 model to handle parallel tasks.");
  37   xbt_assert(cfg_ptask_solver != "maxmin", "Invalid configuration. Cannot use maxmin solver with parallel tasks.");
  38
  39   auto* system    = simgrid::kernel::lmm::System::build(cfg_ptask_solver.get(), true /* selective update */);
  40   auto host_model = std::make_shared<simgrid::kernel::resource::HostL07Model>("Host_Ptask", system);
  41   auto* engine    = simgrid::kernel::EngineImpl::get_instance();
  42   engine->add_model(host_model);
  43   engine->get_netzone_root()->set_host_model(host_model);
  44 }
  45
  46 namespace simgrid::kernel::resource {
  47
  48 HostL07Model::HostL07Model(const std::string& name, lmm::System* sys) : HostModel(name)
  49 {
  50   set_maxmin_system(sys);
  51
  52   auto net_model = std::make_shared<NetworkL07Model>("Network_Ptask", this, sys);
  53   auto engine    = EngineImpl::get_instance();
  54   engine->add_model(net_model);
  55   engine->get_netzone_root()->set_network_model(net_model);
  56
  57   auto cpu_model = std::make_shared<CpuL07Model>("Cpu_Ptask", this, sys);
  58   engine->add_model(cpu_model);
  59   engine->get_netzone_root()->set_cpu_pm_model(cpu_model);
  60 }
  61
  62 CpuL07Model::CpuL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  63     : CpuModel(name), hostModel_(hmodel)
  64 {
  65   set_maxmin_system(sys);
  66 }
  67
  68 CpuL07Model::~CpuL07Model()
  69 {
  70   set_maxmin_system(nullptr);
  71 }
  72
  73 NetworkL07Model::NetworkL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  74     : NetworkModel(name), hostModel_(hmodel)
  75 {
  76   set_maxmin_system(sys);
  77   loopback_.reset(create_link("__loopback__", {simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-bw")}));
  78   loopback_->set_sharing_policy(s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE, {});
  79   loopback_->set_latency(simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-lat"));
  80   loopback_->get_iface()->seal();
  81 }
  82
  83 NetworkL07Model::~NetworkL07Model()
  84 {
  85   set_maxmin_system(nullptr);
  86 }
  87
  88 double HostL07Model::next_occurring_event(double now)
  89 {
  90   double min = HostModel::next_occurring_event_full(now);
  91   for (Action const& action : *get_started_action_set()) {
  92     const auto& net_action = static_cast<const L07Action&>(action);
  93     if (net_action.get_latency() > 0 && (min < 0 || net_action.get_latency() < min)) {
  94       min = net_action.get_latency();
  95       XBT_DEBUG("Updating min with %p (start %f): %f", &net_action, net_action.get_start_time(), min);
  96     }
  97   }
  98   XBT_DEBUG("min value: %f", min);
  99
 100   return min;
 101 }
 102
 103 void HostL07Model::update_actions_state(double /*now*/, double delta)
 104 {
 105   for (auto it = std::begin(*get_started_action_set()); it != std::end(*get_started_action_set());) {
 106     auto& action = static_cast<L07Action&>(*it);
 107     ++it; // increment iterator here since the following calls to action.finish() may invalidate it
 108     if (action.get_latency() > 0) {
 109       if (action.get_latency() > delta) {
 110         action.update_latency(delta, sg_surf_precision);
 111       } else {
 112         action.set_latency(0.0);
 113       }
 114       if ((action.get_latency() <= 0.0) && (action.is_suspended() == 0)) {
 115         action.update_bound();
 116         get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action.get_variable(), 1.0);
 117         action.set_last_update();
 118       }
 119     }
 120     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g) updated by %g.", &action, action.get_remains(), action.get_rate() * delta);
 121     action.update_remains(action.get_rate() * delta);
 122     action.update_max_duration(delta);
 123
 124     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g).", &action, action.get_remains());
 125
 126     /* In the next if cascade, the action can be finished either because:
 127      *  - The amount of remaining work reached 0
 128      *  - The max duration was reached
 129      * If it's not done, it may have failed.
 130      */
 131
 132     if (((action.get_remains() <= 0) && (action.get_variable()->get_penalty() > 0)) ||
 133         ((action.get_max_duration() != NO_MAX_DURATION) && (action.get_max_duration() <= 0))) {
 134       action.finish(Action::State::FINISHED);
 135       continue;
 136     }
 137
 138     /* Need to check that none of the model has failed */
 139     int i                               = 0;
 140     const lmm::Constraint* cnst         = action.get_variable()->get_constraint(i);
 141     while (cnst != nullptr) {
 142       i++;
 143       if (not cnst->get_id()->is_on()) {
 144         XBT_DEBUG("Action (%p) Failed!!", &action);
 145         action.finish(Action::State::FAILED);
 146         break;
 147       }
 148       cnst = action.get_variable()->get_constraint(i);
 149     }
 150   }
 151 }
 152
 153 CpuAction* HostL07Model::execute_parallel(const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 154                                           const double* bytes_amount, double rate)
 155 {
 156   return new L07Action(this, host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 157 }
 158
 159 L07Action::L07Action(Model* model, const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 160                      const double* bytes_amount, double rate)
 161     : CpuAction(model, 1.0, false)
 162     , host_list_(host_list)
 163     , computation_amount_(flops_amount)
 164     , communication_amount_(bytes_amount)
 165     , rate_(rate)
 166 {
 167   size_t link_nb       = 0;
 168   const size_t host_nb = host_list_.size();
 169   size_t used_host_nb  = 0; /* Only the hosts with something to compute (>0 flops) are counted) */
 170   double latency       = 0.0;
 171   this->set_last_update();
 172
 173   if (flops_amount != nullptr)
 174     used_host_nb += std::count_if(flops_amount, flops_amount + host_nb, [](double x) { return x > 0.0; });
 175
 176   /* Compute the number of affected resources... */
 177   if (bytes_amount != nullptr) {
 178     std::unordered_set<const char*> affected_links;
 179
 180     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 181       if (bytes_amount[k] <= 0)
 182         continue;
 183
 184       double lat = 0.0;
 185       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 186       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, &lat);
 187       latency = std::max(latency, lat);
 188
 189       for (auto const& link : route)
 190         affected_links.insert(link->get_cname());
 191     }
 192
 193     link_nb = affected_links.size();
 194   }
 195
 196   XBT_DEBUG("Creating a parallel task (%p) with %zu hosts and %zu unique links.", this, host_nb, link_nb);
 197   latency_ = latency;
 198
 199   set_variable(model->get_maxmin_system()->variable_new(this, 1.0, (rate > 0 ? rate : -1.0), host_nb + link_nb));
 200
 201   if (latency_ > 0)
 202     model->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(get_variable(), 0.0);
 203
 204   /* Expand it for the CPUs even if there is nothing to compute, to make sure that it gets expended even if there is no
 205    * communication either */
 206   for (size_t i = 0; i < host_nb; i++) {
 207     model->get_maxmin_system()->expand(host_list[i]->get_cpu()->get_constraint(), get_variable(),
 208                                        (flops_amount == nullptr ? 0.0 : flops_amount[i]), true);
 209   }
 210
 211   if (bytes_amount != nullptr) {
 212     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 213       if (bytes_amount[k] <= 0.0)
 214         continue;
 215       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 216       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, nullptr);
 217
 218       for (auto const& link : route)
 219         model->get_maxmin_system()->expand(link->get_constraint(), this->get_variable(), bytes_amount[k]);
 220     }
 221   }
 222
 223   if (link_nb + used_host_nb == 0) {
 224     this->set_cost(1.0);
 225     this->set_remains(0.0);
 226   }
 227   /* finally calculate the initial bound value */
 228   update_bound();
 229 }
 230
 231 Action* NetworkL07Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
 232 {
 233   std::vector<s4u::Host*> host_list = {src, dst};
 234   const auto* flops_amount          = new double[2]();
 235   auto* bytes_amount                = new double[4]();
 236
 237   bytes_amount[1] = size;
 238
 239   Action* res = hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 240   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 241   return res;
 242 }
 243
 244 CpuImpl* CpuL07Model::create_cpu(s4u::Host* host, const std::vector<double>& speed_per_pstate)
 245 {
 246   return (new CpuL07(host, speed_per_pstate))->set_model(this);
 247 }
 248
 249 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 250 {
 251   xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "Non WIFI link must have only 1 bandwidth.");
 252   auto link = new LinkL07(name, bandwidths[0], get_maxmin_system());
 253   link->set_model(this);
 254   return link;
 255 }
 256
 257 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_wifi_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 258 {
 259   THROW_UNIMPLEMENTED;
 260 }
 261
 262 /************
 263  * Resource *
 264  ************/
 265
 266 CpuAction* CpuL07::execution_start(double size, double user_bound)
 267 {
 268   std::vector<s4u::Host*> host_list = {get_iface()};
 269   xbt_assert(user_bound <= 0, "User bound not supported by ptask model");
 270
 271   auto* flops_amount = new double[host_list.size()]();
 272   flops_amount[0]    = size;
 273
 274   CpuAction* res =
 275       static_cast<CpuL07Model*>(get_model())->hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, nullptr, -1);
 276   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 277   return res;
 278 }
 279
 280 CpuAction* CpuL07::sleep(double duration)
 281 {
 282   auto* action = static_cast<L07Action*>(execution_start(1.0, -1));
 283   action->set_max_duration(duration);
 284   action->set_suspend_state(Action::SuspendStates::SLEEPING);
 285   get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action->get_variable(), 0.0);
 286
 287   return action;
 288 }
 289
 290 /** @brief take into account changes of speed (either load or max) */
 291 void CpuL07::on_speed_change()
 292 {
 293   const lmm::Element* elem = nullptr;
 294
 295   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), get_core_count() * speed_.peak * speed_.scale);
 296
 297   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 298     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 299     action->update_bound();
 300   }
 301
 302   CpuImpl::on_speed_change();
 303 }
 304
 305 LinkL07::LinkL07(const std::string& name, double bandwidth, lmm::System* system) : StandardLinkImpl(name)
 306 {
 307   this->set_constraint(system->constraint_new(this, bandwidth));
 308   bandwidth_.peak = bandwidth;
 309 }
 310
 311 void CpuL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 312 {
 313   XBT_DEBUG("Updating cpu %s (%p) with value %g", get_cname(), this, value);
 314   if (triggered == speed_.event) {
 315     speed_.scale = value;
 316     on_speed_change();
 317     tmgr_trace_event_unref(&speed_.event);
 318
 319   } else if (triggered == get_state_event()) {
 320     if (value > 0) {
 321       if (not is_on()) {
 322         XBT_VERB("Restart actors on host %s", get_iface()->get_cname());
 323         get_iface()->turn_on();
 324       }
 325     } else
 326       get_iface()->turn_off();
 327
 328     unref_state_event();
 329   } else {
 330     xbt_die("Unknown event!\n");
 331   }
 332 }
 333
 334 void LinkL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 335 {
 336   XBT_DEBUG("Updating link %s (%p) with value=%f", get_cname(), this, value);
 337   if (triggered == bandwidth_.event) {
 338     set_bandwidth(value);
 339     tmgr_trace_event_unref(&bandwidth_.event);
 340
 341   } else if (triggered == latency_.event) {
 342     set_latency(value);
 343     tmgr_trace_event_unref(&latency_.event);
 344
 345   } else if (triggered == get_state_event()) {
 346     if (value > 0)
 347       turn_on();
 348     else
 349       turn_off();
 350     unref_state_event();
 351   } else {
 352     xbt_die("Unknown event ! \n");
 353   }
 354 }
 355
 356 void LinkL07::set_bandwidth(double value)
 357 {
 358   bandwidth_.peak = value;
 359   StandardLinkImpl::on_bandwidth_change();
 360
 361   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), bandwidth_.peak * bandwidth_.scale);
 362 }
 363
 364 void LinkL07::set_latency(double value)
 365 {
 366   latency_check(value);
 367   const lmm::Element* elem = nullptr;
 368
 369   latency_.peak = value;
 370   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 371     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 372     action->update_bound();
 373   }
 374 }
 375 LinkL07::~LinkL07() = default;
 376
 377 /**********
 378  * Action *
 379  **********/
 380
 381 L07Action::~L07Action()
 382 {
 383   if (free_arrays_) {
 384     delete[] computation_amount_;
 385     delete[] communication_amount_;
 386   }
 387 }
 388
 389 double L07Action::calculate_network_bound() const
 390 {
 391   double lat_current = 0.0;
 392   double lat_bound   = std::numeric_limits<double>::max();
 393
 394   size_t host_count = host_list_.size();
 395
 396   if (communication_amount_ == nullptr) {
 397     return lat_bound;
 398   }
 399
 400   for (size_t i = 0; i < host_count; i++) {
 401     for (size_t j = 0; j < host_count; j++) {
 402       if (communication_amount_[i * host_count + j] > 0) {
 403         double lat = 0.0;
 404         std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 405         host_list_.at(i)->route_to(host_list_.at(j), route, &lat);
 406
 407         lat_current = std::max(lat_current, lat * communication_amount_[i * host_count + j]);
 408       }
 409     }
 410   }
 411   if (lat_current > 0) {
 412     lat_bound = NetworkModel::cfg_tcp_gamma / (2.0 * lat_current);
 413   }
 414   return lat_bound;
 415 }
 416
 417 double L07Action::calculate_cpu_bound() const
 418 {
 419   double cpu_bound = std::numeric_limits<double>::max();
 420
 421   if (computation_amount_ == nullptr) {
 422     return cpu_bound;
 423   }
 424
 425   for (size_t i = 0; i < host_list_.size(); i++) {
 426     if (computation_amount_[i] > 0) {
 427       cpu_bound = std::min(cpu_bound, host_list_[i]->get_cpu()->get_speed(1.0) *
 428                                           host_list_[i]->get_cpu()->get_speed_ratio() / computation_amount_[i]);
 429     }
 430   }
 431   return cpu_bound;
 432 }
 433
 434 void L07Action::update_bound() const
 435 {
 436   double bound = std::min(calculate_network_bound(), calculate_cpu_bound());
 437
 438   XBT_DEBUG("action (%p) : bound = %g", this, bound);
 439
 440   /* latency has been paid (or no latency), we can set the appropriate bound for multicore or network limit */
 441   if ((bound < std::numeric_limits<double>::max()) && (latency_ <= 0.0)) {
 442     if (rate_ < 0)
 443       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), bound);
 444     else
 445       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), std::min(rate_, bound));
 446   }
 447 }
 448
 449 } // namespace simgrid::kernel::resource