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 /*** Resource Creation & Destruction **/
  25 /**************************************/
  26 void surf_host_model_init_ptask_L07()
  27 {
  28   XBT_CINFO(xbt_cfg, "Switching to the L07 model to handle parallel tasks.");
  29
  30   auto* system    = simgrid::kernel::lmm::System::build("fairbottleneck", true /* selective update */);
  31   auto host_model = std::make_shared<simgrid::kernel::resource::HostL07Model>("Host_Ptask", system);
  32   auto* engine    = simgrid::kernel::EngineImpl::get_instance();
  33   engine->add_model(host_model);
  34   engine->get_netzone_root()->set_host_model(host_model);
  35 }
  36
  37 void surf_host_model_init_ptask_BMF()
  38 {
  39 #if SIMGRID_HAVE_EIGEN3
  40   XBT_CINFO(xbt_cfg, "Switching to the BMF model to handle parallel tasks.");
  41
  42   bool select     = simgrid::config::get_value<bool>("bmf/selective-update");
  43   auto* system    = simgrid::kernel::lmm::System::build("bmf", select);
  44   auto host_model = std::make_shared<simgrid::kernel::resource::HostL07Model>("Host_Ptask", system);
  45   auto* engine    = simgrid::kernel::EngineImpl::get_instance();
  46   engine->add_model(host_model);
  47   engine->get_netzone_root()->set_host_model(host_model);
  48 #else
  49   xbt_die("Cannot use the BMF ptask model without installing Eigen3.");
  50 #endif
  51 }
  52
  53 namespace simgrid {
  54 namespace kernel {
  55 namespace resource {
  56
  57 HostL07Model::HostL07Model(const std::string& name, lmm::System* sys) : HostModel(name)
  58 {
  59   set_maxmin_system(sys);
  60
  61   auto net_model = std::make_shared<NetworkL07Model>("Network_Ptask", this, sys);
  62   auto engine    = EngineImpl::get_instance();
  63   engine->add_model(net_model);
  64   engine->get_netzone_root()->set_network_model(net_model);
  65
  66   auto cpu_model = std::make_shared<CpuL07Model>("Cpu_Ptask", this, sys);
  67   engine->add_model(cpu_model);
  68   engine->get_netzone_root()->set_cpu_pm_model(cpu_model);
  69 }
  70
  71 CpuL07Model::CpuL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  72     : CpuModel(name), hostModel_(hmodel)
  73 {
  74   set_maxmin_system(sys);
  75 }
  76
  77 CpuL07Model::~CpuL07Model()
  78 {
  79   set_maxmin_system(nullptr);
  80 }
  81
  82 NetworkL07Model::NetworkL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  83     : NetworkModel(name), hostModel_(hmodel)
  84 {
  85   set_maxmin_system(sys);
  86   loopback_ = create_link("__loopback__", {simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-bw")});
  87   loopback_->set_sharing_policy(s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE, {});
  88   loopback_->set_latency(simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-lat"));
  89   loopback_->seal();
  90 }
  91
  92 NetworkL07Model::~NetworkL07Model()
  93 {
  94   set_maxmin_system(nullptr);
  95 }
  96
  97 double HostL07Model::next_occurring_event(double now)
  98 {
  99   double min = HostModel::next_occurring_event_full(now);
 100   for (Action const& action : *get_started_action_set()) {
 101     const auto& net_action = static_cast<const L07Action&>(action);
 102     if (net_action.get_latency() > 0 && (min < 0 || net_action.get_latency() < min)) {
 103       min = net_action.get_latency();
 104       XBT_DEBUG("Updating min with %p (start %f): %f", &net_action, net_action.get_start_time(), min);
 105     }
 106   }
 107   XBT_DEBUG("min value: %f", min);
 108
 109   return min;
 110 }
 111
 112 void HostL07Model::update_actions_state(double /*now*/, double delta)
 113 {
 114   for (auto it = std::begin(*get_started_action_set()); it != std::end(*get_started_action_set());) {
 115     auto& action = static_cast<L07Action&>(*it);
 116     ++it; // increment iterator here since the following calls to action.finish() may invalidate it
 117     if (action.get_latency() > 0) {
 118       if (action.get_latency() > delta) {
 119         action.update_latency(delta, sg_surf_precision);
 120       } else {
 121         action.set_latency(0.0);
 122       }
 123       if ((action.get_latency() <= 0.0) && (action.is_suspended() == 0)) {
 124         action.updateBound();
 125         get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action.get_variable(), 1.0);
 126         action.set_last_update();
 127       }
 128     }
 129     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g) updated by %g.", &action, action.get_remains(), action.get_rate() * delta);
 130     action.update_remains(action.get_rate() * delta);
 131     action.update_max_duration(delta);
 132
 133     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g).", &action, action.get_remains());
 134
 135     /* In the next if cascade, the action can be finished either because:
 136      *  - The amount of remaining work reached 0
 137      *  - The max duration was reached
 138      * If it's not done, it may have failed.
 139      */
 140
 141     if (((action.get_remains() <= 0) && (action.get_variable()->get_penalty() > 0)) ||
 142         ((action.get_max_duration() != NO_MAX_DURATION) && (action.get_max_duration() <= 0))) {
 143       action.finish(Action::State::FINISHED);
 144       continue;
 145     }
 146
 147     /* Need to check that none of the model has failed */
 148     int i                               = 0;
 149     const lmm::Constraint* cnst         = action.get_variable()->get_constraint(i);
 150     while (cnst != nullptr) {
 151       i++;
 152       const Resource* constraint_id = cnst->get_id();
 153       if (not constraint_id->is_on()) {
 154         XBT_DEBUG("Action (%p) Failed!!", &action);
 155         action.finish(Action::State::FAILED);
 156         break;
 157       }
 158       cnst = action.get_variable()->get_constraint(i);
 159     }
 160   }
 161 }
 162
 163 CpuAction* HostL07Model::execute_parallel(const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 164                                           const double* bytes_amount, double rate)
 165 {
 166   return new L07Action(this, host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 167 }
 168
 169 L07Action::L07Action(Model* model, const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 170                      const double* bytes_amount, double rate)
 171     : CpuAction(model, 1.0, false), computationAmount_(flops_amount), communicationAmount_(bytes_amount), rate_(rate)
 172 {
 173   size_t link_nb      = 0;
 174   size_t used_host_nb = 0; /* Only the hosts with something to compute (>0 flops) are counted) */
 175   double latency      = 0.0;
 176   this->set_last_update();
 177
 178   hostList_.insert(hostList_.end(), host_list.begin(), host_list.end());
 179
 180   if (flops_amount != nullptr)
 181     used_host_nb += std::count_if(flops_amount, flops_amount + host_list.size(), [](double x) { return x > 0.0; });
 182
 183   /* Compute the number of affected resources... */
 184   if (bytes_amount != nullptr) {
 185     std::unordered_set<const char*> affected_links;
 186
 187     for (size_t k = 0; k < host_list.size() * host_list.size(); k++) {
 188       if (bytes_amount[k] <= 0)
 189         continue;
 190
 191       double lat = 0.0;
 192       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 193       hostList_[k / host_list.size()]->route_to(hostList_[k % host_list.size()], route, &lat);
 194       latency = std::max(latency, lat);
 195
 196       for (auto const& link : route)
 197         affected_links.insert(link->get_cname());
 198     }
 199
 200     link_nb = affected_links.size();
 201   }
 202
 203   XBT_DEBUG("Creating a parallel task (%p) with %zu hosts and %zu unique links.", this, host_list.size(), link_nb);
 204   latency_ = latency;
 205
 206   set_variable(
 207       model->get_maxmin_system()->variable_new(this, 1.0, (rate > 0 ? rate : -1.0), host_list.size() + link_nb));
 208
 209   if (latency_ > 0)
 210     model->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(get_variable(), 0.0);
 211
 212   /* Expand it for the CPUs even if there is nothing to compute, to make sure that it gets expended even if there is no
 213    * communication either */
 214   for (size_t i = 0; i < host_list.size(); i++) {
 215     model->get_maxmin_system()->expand_add(host_list[i]->get_cpu()->get_constraint(), get_variable(),
 216                                            (flops_amount == nullptr ? 0.0 : flops_amount[i]));
 217   }
 218
 219   if (bytes_amount != nullptr) {
 220     for (size_t k = 0; k < host_list.size() * host_list.size(); k++) {
 221       if (bytes_amount[k] <= 0.0)
 222         continue;
 223       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 224       hostList_[k / host_list.size()]->route_to(hostList_[k % host_list.size()], route, nullptr);
 225
 226       for (auto const& link : route)
 227         model->get_maxmin_system()->expand_add(link->get_constraint(), this->get_variable(), bytes_amount[k]);
 228     }
 229   }
 230
 231   if (link_nb + used_host_nb == 0) {
 232     this->set_cost(1.0);
 233     this->set_remains(0.0);
 234   }
 235   /* finally calculate the initial bound value */
 236   updateBound();
 237 }
 238
 239 Action* NetworkL07Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
 240 {
 241   std::vector<s4u::Host*> host_list = {src, dst};
 242   const auto* flops_amount          = new double[2]();
 243   auto* bytes_amount                = new double[4]();
 244
 245   bytes_amount[1] = size;
 246
 247   Action* res = hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 248   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 249   return res;
 250 }
 251
 252 CpuImpl* CpuL07Model::create_cpu(s4u::Host* host, const std::vector<double>& speed_per_pstate)
 253 {
 254   return (new CpuL07(host, speed_per_pstate))->set_model(this);
 255 }
 256
 257 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 258 {
 259   xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "Non WIFI link must have only 1 bandwidth.");
 260   auto link = new LinkL07(name, bandwidths[0], get_maxmin_system());
 261   link->set_model(this);
 262   return link;
 263 }
 264
 265 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_wifi_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 266 {
 267   THROW_UNIMPLEMENTED;
 268 }
 269
 270 /************
 271  * Resource *
 272  ************/
 273
 274 CpuAction* CpuL07::execution_start(double size, double user_bound)
 275 {
 276   std::vector<s4u::Host*> host_list = {get_iface()};
 277   xbt_assert(user_bound <= 0, "User bound not supported by ptask model");
 278
 279   auto* flops_amount = new double[host_list.size()]();
 280   flops_amount[0]    = size;
 281
 282   CpuAction* res =
 283       static_cast<CpuL07Model*>(get_model())->hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, nullptr, -1);
 284   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 285   return res;
 286 }
 287
 288 CpuAction* CpuL07::sleep(double duration)
 289 {
 290   auto* action = static_cast<L07Action*>(execution_start(1.0, -1));
 291   action->set_max_duration(duration);
 292   action->set_suspend_state(Action::SuspendStates::SLEEPING);
 293   get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action->get_variable(), 0.0);
 294
 295   return action;
 296 }
 297
 298 /** @brief take into account changes of speed (either load or max) */
 299 void CpuL07::on_speed_change()
 300 {
 301   const lmm::Element* elem = nullptr;
 302
 303   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), get_core_count() * speed_.peak * speed_.scale);
 304
 305   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 306     auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 307     action->updateBound();
 308   }
 309
 310   CpuImpl::on_speed_change();
 311 }
 312
 313 LinkL07::LinkL07(const std::string& name, double bandwidth, lmm::System* system) : StandardLinkImpl(name)
 314 {
 315   this->set_constraint(system->constraint_new(this, bandwidth));
 316   bandwidth_.peak = bandwidth;
 317 }
 318
 319 void CpuL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 320 {
 321   XBT_DEBUG("Updating cpu %s (%p) with value %g", get_cname(), this, value);
 322   if (triggered == speed_.event) {
 323     speed_.scale = value;
 324     on_speed_change();
 325     tmgr_trace_event_unref(&speed_.event);
 326
 327   } else if (triggered == get_state_event()) {
 328     if (value > 0) {
 329       if (not is_on()) {
 330         XBT_VERB("Restart actors on host %s", get_iface()->get_cname());
 331         get_iface()->turn_on();
 332       }
 333     } else
 334       get_iface()->turn_off();
 335
 336     unref_state_event();
 337   } else {
 338     xbt_die("Unknown event!\n");
 339   }
 340 }
 341
 342 void LinkL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 343 {
 344   XBT_DEBUG("Updating link %s (%p) with value=%f", get_cname(), this, value);
 345   if (triggered == bandwidth_.event) {
 346     set_bandwidth(value);
 347     tmgr_trace_event_unref(&bandwidth_.event);
 348
 349   } else if (triggered == latency_.event) {
 350     set_latency(value);
 351     tmgr_trace_event_unref(&latency_.event);
 352
 353   } else if (triggered == get_state_event()) {
 354     if (value > 0)
 355       turn_on();
 356     else
 357       turn_off();
 358     unref_state_event();
 359   } else {
 360     xbt_die("Unknown event ! \n");
 361   }
 362 }
 363
 364 void LinkL07::set_bandwidth(double value)
 365 {
 366   bandwidth_.peak = value;
 367   StandardLinkImpl::on_bandwidth_change();
 368
 369   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), bandwidth_.peak * bandwidth_.scale);
 370 }
 371
 372 void LinkL07::set_latency(double value)
 373 {
 374   latency_check(value);
 375   const lmm::Element* elem = nullptr;
 376
 377   latency_.peak = value;
 378   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 379     auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 380     action->updateBound();
 381   }
 382 }
 383 LinkL07::~LinkL07() = default;
 384
 385 /**********
 386  * Action *
 387  **********/
 388
 389 L07Action::~L07Action()
 390 {
 391   if (free_arrays_) {
 392     delete[] computationAmount_;
 393     delete[] communicationAmount_;
 394   }
 395 }
 396
 397 double L07Action::calculateNetworkBound()
 398 {
 399   double lat_current = 0.0;
 400   double lat_bound   = std::numeric_limits<double>::max();
 401
 402   size_t host_count = hostList_.size();
 403
 404   if (communicationAmount_ == nullptr) {
 405     return lat_bound;
 406   }
 407
 408   for (size_t i = 0; i < host_count; i++) {
 409     for (size_t j = 0; j < host_count; j++) {
 410       if (communicationAmount_[i * host_count + j] > 0) {
 411         double lat = 0.0;
 412         std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 413         hostList_.at(i)->route_to(hostList_.at(j), route, &lat);
 414
 415         lat_current = std::max(lat_current, lat * communicationAmount_[i * host_count + j]);
 416       }
 417     }
 418   }
 419   if (lat_current > 0) {
 420     lat_bound = NetworkModel::cfg_tcp_gamma / (2.0 * lat_current);
 421   }
 422   return lat_bound;
 423 }
 424
 425 double L07Action::calculateCpuBound()
 426 {
 427   double cpu_bound = std::numeric_limits<double>::max();
 428
 429   if (computationAmount_ == nullptr) {
 430     return cpu_bound;
 431   }
 432
 433   for (size_t i = 0; i < hostList_.size(); i++) {
 434     if (computationAmount_[i] > 0) {
 435       cpu_bound = std::min(cpu_bound, hostList_[i]->get_cpu()->get_speed(1.0) *
 436                                           hostList_[i]->get_cpu()->get_speed_ratio() / computationAmount_[i]);
 437     }
 438   }
 439   return cpu_bound;
 440 }
 441
 442 void L07Action::updateBound()
 443 {
 444   double bound = std::min(calculateNetworkBound(), calculateCpuBound());
 445
 446   XBT_DEBUG("action (%p) : bound = %g", this, bound);
 447
 448   /* latency has been paid (or no latency), we can set the appropriate bound for multicore or network limit */
 449   if ((bound < std::numeric_limits<double>::max()) && (latency_ <= 0.0)) {
 450     if (rate_ < 0)
 451       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), bound);
 452     else
 453       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), std::min(rate_, bound));
 454   }
 455 }
 456
 457 } // namespace resource
 458 } // namespace kernel
 459 } // namespace simgrid