src/smpi/internals/smpi_bench.cpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2019. 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 "getopt.h"
   7 #include "private.hpp"
   8 #include "simgrid/host.h"
   9 #include "simgrid/modelchecker.h"
  10 #include "simgrid/s4u/Exec.hpp"
  11 #include "smpi_comm.hpp"
  12 #include "src/internal_config.h"
  13 #include "src/mc/mc_replay.hpp"
  14 #include "xbt/config.hpp"
  15
  16 #include "src/smpi/include/smpi_actor.hpp"
  17 #include <unordered_map>
  18
  19 #ifndef WIN32
  20 #include <sys/mman.h>
  21 #endif
  22 #include <cmath>
  23
  24 #if HAVE_PAPI
  25 #include <papi.h>
  26 #endif
  27
  28 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(smpi_bench, smpi, "Logging specific to SMPI (benchmarking)");
  29
  30 static simgrid::config::Flag<double>
  31     smpi_wtime_sleep("smpi/wtime",
  32                      "Minimum time to inject inside a call to MPI_Wtime(), gettimeofday() and clock_gettime()",
  33                      1e-8 /* Documented to be 10 ns */);
  34
  35 double smpi_cpu_threshold = -1;
  36 double smpi_host_speed;
  37
  38 SharedMallocType smpi_cfg_shared_malloc = SharedMallocType::GLOBAL;
  39 double smpi_total_benched_time = 0;
  40
  41 // Private execute_flops used by smpi_execute and spmi_execute_benched
  42 void private_execute_flops(double flops) {
  43   xbt_assert(flops >= 0, "You're trying to execute a negative amount of flops (%f)!", flops);
  44   XBT_DEBUG("Handle real computation time: %f flops", flops);
  45   simgrid::s4u::this_actor::exec_init(flops)
  46       ->set_name("computation")
  47       ->set_tracing_category(smpi_process()->get_tracing_category())
  48       ->start()
  49       ->wait();
  50   smpi_switch_data_segment(simgrid::s4u::Actor::self());
  51 }
  52
  53 void smpi_execute_flops(double flops) {
  54   int rank     = simgrid::s4u::this_actor::get_pid();
  55   TRACE_smpi_computing_in(rank, flops);
  56
  57   private_execute_flops(flops);
  58
  59   TRACE_smpi_computing_out(rank);
  60 }
  61
  62 void smpi_execute(double duration)
  63 {
  64   if (duration >= smpi_cpu_threshold) {
  65     XBT_DEBUG("Sleep for %g to handle real computation time", duration);
  66     double flops = duration * smpi_host_speed;
  67     int rank     = simgrid::s4u::this_actor::get_pid();
  68     TRACE_smpi_computing_in(rank, flops);
  69
  70     private_execute_flops(flops);
  71
  72     TRACE_smpi_computing_out(rank);
  73
  74   } else {
  75     XBT_DEBUG("Real computation took %g while option smpi/cpu-threshold is set to %g => ignore it", duration,
  76               smpi_cpu_threshold);
  77   }
  78 }
  79
  80 void smpi_execute_benched(double duration)
  81 {
  82   smpi_bench_end();
  83   double speed = sg_host_speed(sg_host_self());
  84   smpi_execute_flops(duration*speed);
  85   smpi_bench_begin();
  86 }
  87
  88 void smpi_bench_begin()
  89 {
  90   if (smpi_privatize_global_variables == SmpiPrivStrategies::MMAP) {
  91     smpi_switch_data_segment(simgrid::s4u::Actor::self());
  92   }
  93
  94   if (MC_is_active() || MC_record_replay_is_active())
  95     return;
  96
  97 #if HAVE_PAPI
  98   if (not simgrid::config::get_value<std::string>("smpi/papi-events").empty()) {
  99     int event_set = smpi_process()->papi_event_set();
 100     // PAPI_start sets everything to 0! See man(3) PAPI_start
 101     if (PAPI_LOW_LEVEL_INITED == PAPI_is_initialized() && PAPI_start(event_set) != PAPI_OK) {
 102       // TODO This needs some proper handling.
 103       XBT_CRITICAL("Could not start PAPI counters.\n");
 104       xbt_die("Error.");
 105     }
 106   }
 107 #endif
 108   xbt_os_threadtimer_start(smpi_process()->timer());
 109 }
 110
 111 void smpi_bench_end()
 112 {
 113   if (MC_is_active() || MC_record_replay_is_active())
 114     return;
 115
 116   double speedup = 1;
 117   xbt_os_timer_t timer = smpi_process()->timer();
 118   xbt_os_threadtimer_stop(timer);
 119
 120 #if HAVE_PAPI
 121   /**
 122    * An MPI function has been called and now is the right time to update
 123    * our PAPI counters for this process.
 124    */
 125   if (not simgrid::config::get_value<std::string>("smpi/papi-events").empty()) {
 126     papi_counter_t& counter_data        = smpi_process()->papi_counters();
 127     int event_set                       = smpi_process()->papi_event_set();
 128     std::vector<long long> event_values = std::vector<long long>(counter_data.size());
 129
 130     if (PAPI_stop(event_set, &event_values[0]) != PAPI_OK) { // Error
 131       XBT_CRITICAL("Could not stop PAPI counters.\n");
 132       xbt_die("Error.");
 133     } else {
 134       for (unsigned int i = 0; i < counter_data.size(); i++) {
 135         counter_data[i].second += event_values[i];
 136       }
 137     }
 138   }
 139 #endif
 140
 141   if (smpi_process()->sampling()) {
 142     XBT_CRITICAL("Cannot do recursive benchmarks.");
 143     XBT_CRITICAL("Are you trying to make a call to MPI within a SMPI_SAMPLE_ block?");
 144     xbt_backtrace_display_current();
 145     xbt_die("Aborting.");
 146   }
 147
 148   // Maybe we need to artificially speed up or slow down our computation based on our statistical analysis.
 149   if (simgrid::config::get_value<std::string>("smpi/comp-adjustment-file")[0] != '\0') {
 150
 151     smpi_trace_call_location_t* loc                            = smpi_process()->call_location();
 152     std::string key                                            = loc->get_composed_key();
 153     std::unordered_map<std::string, double>::const_iterator it = location2speedup.find(key);
 154     if (it != location2speedup.end()) {
 155       speedup = it->second;
 156     }
 157   }
 158
 159   // Simulate the benchmarked computation unless disabled via command-line argument
 160   if (simgrid::config::get_value<bool>("smpi/simulate-computation")) {
 161     smpi_execute(xbt_os_timer_elapsed(timer)/speedup);
 162   }
 163
 164 #if HAVE_PAPI
 165   if (not simgrid::config::get_value<std::string>("smpi/papi-events").empty() && TRACE_smpi_is_enabled()) {
 166     container_t container =
 167         simgrid::instr::Container::by_name(std::string("rank-") + std::to_string(simgrid::s4u::this_actor::get_pid()));
 168     papi_counter_t& counter_data = smpi_process()->papi_counters();
 169
 170     for (auto const& pair : counter_data) {
 171       simgrid::instr::VariableType* variable = static_cast<simgrid::instr::VariableType*>(container->type_->by_name(pair.first));
 172       variable->set_event(SIMIX_get_clock(), pair.second);
 173     }
 174   }
 175 #endif
 176
 177   smpi_total_benched_time += xbt_os_timer_elapsed(timer);
 178 }
 179
 180 /* Private sleep function used by smpi_sleep(), smpi_usleep() and friends */
 181 static unsigned int private_sleep(double secs)
 182 {
 183   smpi_bench_end();
 184
 185   XBT_DEBUG("Sleep for: %lf secs", secs);
 186   int rank = simgrid::s4u::this_actor::get_pid();
 187   TRACE_smpi_sleeping_in(rank, secs);
 188
 189   simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(secs);
 190
 191   TRACE_smpi_sleeping_out(rank);
 192
 193   smpi_bench_begin();
 194   return 0;
 195 }
 196
 197 unsigned int smpi_sleep(unsigned int secs)
 198 {
 199   if (not smpi_process())
 200     return sleep(secs);
 201   return private_sleep(secs);
 202 }
 203
 204 int smpi_usleep(useconds_t usecs)
 205 {
 206   if (not smpi_process())
 207     return usleep(usecs);
 208   return static_cast<int>(private_sleep(usecs / 1000000.0));
 209 }
 210
 211 #if _POSIX_TIMERS > 0
 212 int smpi_nanosleep(const struct timespec* tp, struct timespec* t)
 213 {
 214   if (not smpi_process())
 215     return nanosleep(tp,t);
 216   return static_cast<int>(private_sleep(tp->tv_sec + tp->tv_nsec / 1000000000.0));
 217 }
 218 #endif
 219
 220 int smpi_gettimeofday(struct timeval* tv, struct timezone* tz)
 221 {
 222   if (not smpi_process())
 223     return gettimeofday(tv, tz);
 224
 225   smpi_bench_end();
 226   double now = SIMIX_get_clock();
 227   if (tv) {
 228     tv->tv_sec = static_cast<time_t>(now);
 229 #ifdef WIN32
 230     tv->tv_usec = static_cast<useconds_t>((now - tv->tv_sec) * 1e6);
 231 #else
 232     tv->tv_usec = static_cast<suseconds_t>((now - tv->tv_sec) * 1e6);
 233 #endif
 234   }
 235   if (smpi_wtime_sleep > 0)
 236     simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 237   smpi_bench_begin();
 238   return 0;
 239 }
 240
 241 #if _POSIX_TIMERS > 0
 242 int smpi_clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec* tp)
 243 {
 244   if (not smpi_process())
 245     return clock_gettime(clk_id, tp);
 246   //there is only one time in SMPI, so clk_id is ignored.
 247   smpi_bench_end();
 248   double now = SIMIX_get_clock();
 249   if (tp) {
 250     tp->tv_sec = static_cast<time_t>(now);
 251     tp->tv_nsec = static_cast<long int>((now - tp->tv_sec) * 1e9);
 252   }
 253   if (smpi_wtime_sleep > 0)
 254     simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 255   smpi_bench_begin();
 256   return 0;
 257 }
 258 #endif
 259
 260 double smpi_mpi_wtime()
 261 {
 262   double time;
 263   if (smpi_process()->initialized() && not smpi_process()->finalized() && not smpi_process()->sampling()) {
 264     smpi_bench_end();
 265     time = SIMIX_get_clock();
 266     if (smpi_wtime_sleep > 0)
 267       simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 268     smpi_bench_begin();
 269   } else {
 270     time = SIMIX_get_clock();
 271   }
 272   return time;
 273 }
 274
 275 extern double sg_surf_precision;
 276 unsigned long long smpi_rastro_resolution ()
 277 {
 278   smpi_bench_end();
 279   double resolution = (1/sg_surf_precision);
 280   smpi_bench_begin();
 281   return static_cast<unsigned long long>(resolution);
 282 }
 283
 284 unsigned long long smpi_rastro_timestamp ()
 285 {
 286   smpi_bench_end();
 287   double now = SIMIX_get_clock();
 288
 289   unsigned long long sec = static_cast<unsigned long long>(now);
 290   unsigned long long pre = (now - sec) * smpi_rastro_resolution();
 291   smpi_bench_begin();
 292   return static_cast<unsigned long long>(sec) * smpi_rastro_resolution() + pre;
 293 }
 294
 295 /* ****************************** Functions related to the SMPI_SAMPLE_ macros ************************************/
 296 namespace {
 297 class SampleLocation : public std::string {
 298 public:
 299   SampleLocation(bool global, const char* file, int line) : std::string(std::string(file) + ":" + std::to_string(line))
 300   {
 301     if (not global)
 302       this->append(":" + std::to_string(simgrid::s4u::this_actor::get_pid()));
 303   }
 304 };
 305
 306 class LocalData {
 307 public:
 308   double threshold; /* maximal stderr requested (if positive) */
 309   double relstderr; /* observed stderr so far */
 310   double mean;      /* mean of benched times, to be used if the block is disabled */
 311   double sum;       /* sum of benched times (to compute the mean and stderr) */
 312   double sum_pow2;  /* sum of the square of the benched times (to compute the stderr) */
 313   int iters;        /* amount of requested iterations */
 314   int count;        /* amount of iterations done so far */
 315   bool benching;    /* true: we are benchmarking; false: we have enough data, no bench anymore */
 316
 317   bool need_more_benchs() const;
 318 };
 319
 320 bool LocalData::need_more_benchs() const
 321 {
 322   bool res = (count < iters) || (threshold > 0.0 && (count < 2 ||          // not enough data
 323                                                      relstderr > threshold // stderr too high yet
 324                                                      ));
 325   XBT_DEBUG("%s (count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f mean:%fs)",
 326             (res ? "need more data" : "enough benchs"), count, iters, relstderr, threshold, mean);
 327   return res;
 328 }
 329
 330 std::unordered_map<SampleLocation, LocalData, std::hash<std::string>> samples;
 331 }
 332
 333 void smpi_sample_1(int global, const char *file, int line, int iters, double threshold)
 334 {
 335   SampleLocation loc(global, file, line);
 336   if (not smpi_process()->sampling()) { /* Only at first call when benchmarking, skip for next ones */
 337     smpi_bench_end();     /* Take time from previous, unrelated computation into account */
 338     smpi_process()->set_sampling(1);
 339   }
 340
 341   auto insert = samples.emplace(loc, LocalData{
 342                                          threshold, // threshold
 343                                          0.0,       // relstderr
 344                                          0.0,       // mean
 345                                          0.0,       // sum
 346                                          0.0,       // sum_pow2
 347                                          iters,     // iters
 348                                          0,         // count
 349                                          true       // benching (if we have no data, we need at least one)
 350                                      });
 351   LocalData& data = insert.first->second;
 352   if (insert.second) {
 353     XBT_DEBUG("XXXXX First time ever on benched nest %s.", loc.c_str());
 354     xbt_assert(threshold > 0 || iters > 0,
 355         "You should provide either a positive amount of iterations to bench, or a positive maximal stderr (or both)");
 356   } else {
 357     if (data.iters != iters || data.threshold != threshold) {
 358       XBT_ERROR("Asked to bench block %s with different settings %d, %f is not %d, %f. "
 359                 "How did you manage to give two numbers at the same line??",
 360                 loc.c_str(), data.iters, data.threshold, iters, threshold);
 361       THROW_IMPOSSIBLE;
 362     }
 363
 364     // if we already have some data, check whether sample_2 should get one more bench or whether it should emulate
 365     // the computation instead
 366     data.benching = data.need_more_benchs();
 367     XBT_DEBUG("XXXX Re-entering the benched nest %s. %s", loc.c_str(),
 368               (data.benching ? "more benching needed" : "we have enough data, skip computes"));
 369   }
 370 }
 371
 372 int smpi_sample_2(int global, const char *file, int line, int iter_count)
 373 {
 374   SampleLocation loc(global, file, line);
 375
 376   XBT_DEBUG("sample2 %s %d", loc.c_str(), iter_count);
 377   auto sample = samples.find(loc);
 378   if (sample == samples.end())
 379     xbt_die("Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 380   LocalData& data = sample->second;
 381
 382   if (data.benching) {
 383     // we need to run a new bench
 384     XBT_DEBUG("benchmarking: count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f; mean:%f; total:%f",
 385               data.count, data.iters, data.relstderr, data.threshold, data.mean, data.sum);
 386     smpi_bench_begin();
 387   } else {
 388     // Enough data, no more bench (either we got enough data from previous visits to this benched nest, or we just
 389     //ran one bench and need to bail out now that our job is done). Just sleep instead
 390     if (not data.need_more_benchs()){
 391       XBT_DEBUG("No benchmark (either no need, or just ran one): count >= iter (%d >= %d) or stderr<thres (%f<=%f). "
 392               "Mean is %f, will be injected %d times",
 393               data.count, data.iters, data.relstderr, data.threshold, data.mean, iter_count);
 394
 395       //we ended benchmarking, let's inject all the time, now, and fast forward out of the loop.
 396       smpi_process()->set_sampling(0);
 397       smpi_execute(data.mean*iter_count);
 398       smpi_bench_begin();
 399       return 0;
 400     } else {
 401       XBT_DEBUG("Skipping - Benchmark already performed - accumulating time");
 402       xbt_os_threadtimer_start(smpi_process()->timer());
 403     }
 404   }
 405   return 1;
 406 }
 407
 408 void smpi_sample_3(int global, const char *file, int line)
 409 {
 410   SampleLocation loc(global, file, line);
 411
 412   XBT_DEBUG("sample3 %s", loc.c_str());
 413   auto sample = samples.find(loc);
 414   if (sample == samples.end())
 415     xbt_die("Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 416   LocalData& data = sample->second;
 417
 418   if (not data.benching)
 419     THROW_IMPOSSIBLE;
 420
 421   // ok, benchmarking this loop is over
 422   xbt_os_threadtimer_stop(smpi_process()->timer());
 423
 424   // update the stats
 425   data.count++;
 426   double period  = xbt_os_timer_elapsed(smpi_process()->timer());
 427   data.sum      += period;
 428   data.sum_pow2 += period * period;
 429   double n       = data.count;
 430   data.mean      = data.sum / n;
 431   data.relstderr = sqrt((data.sum_pow2 / n - data.mean * data.mean) / n) / data.mean;
 432
 433   XBT_DEBUG("Average mean after %d steps is %f, relative standard error is %f (sample was %f)",
 434             data.count, data.mean, data.relstderr, period);
 435
 436   // That's enough for now, prevent sample_2 to run the same code over and over
 437   data.benching = false;
 438 }
 439
 440 int smpi_sample_exit(int global, const char *file, int line, int iter_count){
 441   if (smpi_process()->sampling()){
 442     SampleLocation loc(global, file, line);
 443
 444     XBT_DEBUG("sample exit %s", loc.c_str());
 445     auto sample = samples.find(loc);
 446     if (sample == samples.end())
 447       xbt_die("Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 448     LocalData& data = sample->second;
 449
 450     if (smpi_process()->sampling()){//end of loop, but still sampling needed
 451         smpi_process()->set_sampling(0);
 452         smpi_execute(data.mean*iter_count);
 453         smpi_bench_begin();
 454     }
 455   }
 456   return 0;
 457 }
 458
 459 smpi_trace_call_location_t* smpi_trace_get_call_location()
 460 {
 461   return smpi_process()->call_location();
 462 }
 463
 464 void smpi_trace_set_call_location(const char* file, const int line)
 465 {
 466   smpi_trace_call_location_t* loc = smpi_process()->call_location();
 467
 468   loc->previous_filename   = loc->filename;
 469   loc->previous_linenumber = loc->linenumber;
 470   loc->filename            = file;
 471   loc->linenumber          = line;
 472 }
 473
 474 /** Required for Fortran bindings */
 475 void smpi_trace_set_call_location_(const char* file, int* line)
 476 {
 477   smpi_trace_set_call_location(file, *line);
 478 }
 479
 480 /** Required for Fortran if -fsecond-underscore is activated */
 481 void smpi_trace_set_call_location__(const char* file, int* line)
 482 {
 483   smpi_trace_set_call_location(file, *line);
 484 }
 485
 486 void smpi_bench_destroy()
 487 {
 488   samples.clear();
 489 }
 490
 491 int smpi_getopt_long_only (int argc,  char *const *argv,  const char *options,
 492                       const struct option * long_options, int *opt_index)
 493 {
 494   if (smpi_process())
 495     optind = smpi_process()->get_optind();
 496   int ret = getopt_long_only (argc,  argv,  options, long_options, opt_index);
 497   if (smpi_process())
 498     smpi_process()->set_optind(optind);
 499   return ret;
 500 }
 501
 502 int smpi_getopt_long (int argc,  char *const *argv,  const char *options,
 503                       const struct option * long_options, int *opt_index)
 504 {
 505   if (smpi_process())
 506     optind = smpi_process()->get_optind();
 507   int ret = getopt_long (argc,  argv,  options, long_options, opt_index);
 508   if (smpi_process())
 509     smpi_process()->set_optind(optind);
 510   return ret;
 511 }
 512
 513 int smpi_getopt (int argc,  char *const *argv,  const char *options)
 514 {
 515   if (smpi_process())
 516     optind = smpi_process()->get_optind();
 517   int ret = getopt (argc,  argv,  options);
 518   if (smpi_process())
 519     smpi_process()->set_optind(optind);
 520   return ret;
 521 }