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[simgrid.git] / examples / s4u / README.rst
1 .. S4U (Simgrid for you) is the next interface of SimGrid, expected to be released with SimGrid 4.0.
2 ..
3 .. Even if it is not completely rock stable yet, it may well already fit
4 .. your needs. You are welcome to try it and report any interface
5 .. glitches that you see. Be however warned that the interface may change
6 .. until the final release.  You will have to adapt your code on the way.
7 .. 
8 .. This file follows the ReStructured syntax to be included in the
9 .. documentation, but it should remain readable directly.
10
11
12 S4U Examples
13 ************
14
15 SimGrid comes with an extensive set of examples, documented on this
16 page. Most of them only demonstrate one single feature, with some
17 larger examplars listed below. 
18
19 The C++ examples can be found under examples/s4u while python examples
20 are in examples/python. Each such directory contains the source code (also listed
21 from this page), and the so-called tesh file containing how to call
22 the binary obtained by compiling this example and also the expected
23 output. Tesh files are used to turn each of our examples into an
24 integration test. Some examples also contain other files, on need.
25
26 A good way to bootstrap your own project is to copy and combine some
27 of the provided examples to constitute the skeleton of what you plan
28 to simulate.
29
30 ===========================
31 Actors: the Active Entities
32 ===========================
33
34
35 Starting and Stoping Actors
36 ---------------------------
37
38   - **Creating actors:**
39     Most actors are started from the deployment XML file, but there is other methods.
40     This example show them all.
41     |br| |cpp| `examples/s4u/actor-create/s4u-actor-create.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-create/s4u-actor-create.cpp>`_
42     |br|  |py| `examples/python/actor-create/actor-create.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/actor-create/actor-create.py>`_
43     
44   - **Kill actors:**
45     Actors can forcefully stop other actors with the 
46     :cpp:func:`void simgrid::s4u::Actor::kill(void)` or the 
47     :cpp:func:`void simgrid::s4u::Actor::kill(aid_t)` methods.
48     |br| `examples/s4u/actor-kill/s4u-actor-kill.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-kill/s4u-actor-kill.cpp>`_
49
50   - **Controling the actor life cycle from the XML:**
51     You can specify a start time and a kill time in the deployment
52     file.
53     |br| `examples/s4u/actor-lifetime/s4u-actor-lifetime.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-lifetime/s4u-actor-lifetime.cpp>`_
54     |br| `examples/s4u/actor-lifetime/s4u-actor-lifetime_d.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-lifetime/s4u-actor-lifetime_d.xml>`_
55
56   - **Daemonize actors:**
57     Some actors may be intended to simulate daemons that run in background. This example show how to transform a regular
58     actor into a daemon that will be automatically killed once the simulation is over.
59     |br| |cpp| `examples/s4u/actor-daemon/s4u-actor-daemon.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-daemon/s4u-actor-daemon.cpp>`_
60     |br|  |py| `examples/python/actor-daemon/actor-daemon.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/actor-daemon/actor-daemon.py>`_
61     
62 Inter-Actors Interactions
63 -------------------------
64
65   - **Suspend and Resume actors:**    
66     Actors can be suspended and resumed during their executions thanks
67     to :cpp:func:`simgrid::s4u::Actor::suspend()` and
68     :cpp:func:`simgrid::s4u::Actor::resume()`.
69     |br| `examples/s4u/actor-suspend/s4u-actor-suspend.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-suspend/s4u-actor-suspend.cpp>`_
70
71   - **Migrating Actors:**
72     Actors can move or be moved from a host to another very easily.
73     |br| |cpp| `examples/s4u/actor-migrate/s4u-actor-migrate.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-migrate/s4u-actor-migrate.cpp>`_
74     :cpp:func:`simgrid::s4u::this_actor::migrate()` |cpp|
75     |br|  |py| `examples/python/actor-migrate/actor-migrate.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/actor-migrate/actor-migrate.py>`_
76     :py:func:`simgrid.this_actor.migrate()` |py|
77
78   - **Waiting for the termination of an actor:** (joining on it)
79     You can block the current actor until the end of another actor.
80     |br| |cpp| `examples/s4u/actor-join/s4u-actor-join.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-join/s4u-actor-join.cpp>`_
81     :cpp:func:`simgrid::s4u::Actor::join()` |cpp|
82     |br| |py| `examples/python/actor-join/actor-join.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/actor-join/actor-join.py>`_
83     :py:func:`simgrid.Actor.join()` |py|
84
85   - **Yielding to other actors**.
86     The ```yield()``` function interrupts the execution of the current
87     actor, leaving a chance to the other actors that are ready to run
88     at this timestamp. 
89     |br| |cpp| `examples/s4u/actor-yield/s4u-actor-yield.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/actor-yield/s4u-actor-yield.cpp>`_
90     :cpp:func:`simgrid::s4u::this_actor::yield()` |cpp|
91     |br|  |py| `examples/python/actor-yield/actor-yield.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/actor-yield/actor-yield.py>`_
92     :py:func:`simgrid.this_actor.yield_()` |py|
93
94 Traces Replay as a Workload
95 ---------------------------
96
97 This section details how to run trace-driven simulations. It is very
98 handy when you want to test an algorithm or protocol that only react
99 to external events. For example, many P2P protocols react to user
100 requests, but do nothing if there is no such event.
101
102 In such situations, you should write your protocol in C++, and separate
103 the workload that you want to play onto your protocol in a separate
104 text file. Declare a function handling each type of the events in your
105 trace, register them using :cpp:func:`xbt_replay_action_register()` in
106 your main, and then run the simulation.
107
108 Then, you can either have one trace file containing all your events,
109 or a file per simulated process: the former may be easier to work
110 with, but the second is more efficient on very large traces. Check
111 also the tesh files in the example directories for details.
112
113   - **Communication replay:**
114     Presents a set of event handlers reproducing classical communication
115     primitives (asynchronous send/receive at the moment).
116     |br| `examples/s4u/replay-comm/s4u-replay-comm.cpp  <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/replay-comm/s4u-replay-comm.cpp>`_
117
118   - **I/O replay:**
119     Presents a set of event handlers reproducing classical I/O
120     primitives (open, read, close).
121     |br| `examples/s4u/replay-storage/s4u-replay-storage.cpp  <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/replay-storage/s4u-replay-storage.cpp>`_
122
123 ==========================
124 Activities: what Actors do
125 ==========================
126
127 Communications on the Network
128 -----------------------------
129
130  - **Basic asynchronous communications:**
131    Illustrates how to have non-blocking communications, that are
132    communications running in the background leaving the process free
133    to do something else during their completion. The main functions
134    involved are :cpp:func:`simgrid::s4u::Mailbox::put_async()` and 
135    :cpp:func:`simgrid::s4u::Comm::wait()`.
136    |br| `examples/s4u/async-wait/s4u-async-wait.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/async-wait/s4u-async-wait.cpp>`_
137
138  - **Waiting for all communications in a set:**
139    The :cpp:func:`simgrid::s4u::Comm::wait_all()` function is useful
140    when you want to block until all activities in a given set have
141    completed. 
142    |br| `examples/s4u/async-waitall/s4u-async-waitall.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/async-waitall/s4u-async-waitall.cpp>`_
143
144  - **Waiting for the first completed communication in a set:**
145    The :cpp:func:`simgrid::s4u::Comm::wait_any()` function is useful
146    when you want to block until one activity of the set completes, no
147    matter which terminates first.    
148    |br| `examples/s4u/async-waitany/s4u-async-waitany.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/async-waitany/s4u-async-waitany.cpp>`_
149
150 .. todo:: add the `ready` example here
151    
152 .. _s4u_ex_execution:
153
154 Executions on the CPU
155 ---------------------
156
157   - **Basic execution:**
158     The computations done in your program are not reported to the
159     simulated world, unless you explicitely request the simulator to pause
160     the actor until a given amount of flops gets computed on its simulated
161     host. Some executions can be given an higher priority so that they
162     get more resources.
163     |br| |cpp| `examples/s4u/exec-basic/s4u-exec-basic.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-basic/s4u-exec-basic.cpp>`_
164     |br|  |py| `examples/python/exec-basic/exec-basic.py <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/python/exec-basic/exec-basic.py>`_
165
166   - **Asynchronous execution:**
167     You can start asynchronous executions, just like you would fire
168     background threads.
169     |br| `examples/s4u/exec-async/s4u-exec-async.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-async/s4u-exec-async.cpp>`_
170     
171   - **Monitoring asynchronous executions:**
172     This example shows how to start an asynchronous execution, and
173     monitor its status.
174     |br| `examples/s4u/exec-monitor/s4u-exec-monitor.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-monitor/s4u-exec-monitor.cpp>`_
175     
176   - **Remote execution:**
177     Before its start, you can change the host on which a given execution will occur.
178     |br| `examples/s4u/exec-remote/s4u-exec-remote.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-remote/s4u-exec-remote.cpp>`_
179
180   - **Using Pstates on a host:**
181     Shows how define a set of pstatesfor a host in the XML, and how the current
182     pstate can be accessed/changed with :cpp:func:`simgrid::s4u::Host::get_pstate_speed` and :cpp:func:`simgrid::s4u::Host::set_pstate`.
183     |br| `examples/s4u/exec-dvfs/s4u-exec-dvfs.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-dvfs/s4u-exec-dvfs.cpp>`_
184     |br| `examples/platforms/energy_platform.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/platforms/energy_platform.xml>`_
185
186   - **Parallel executions:**
187     These objects are convenient abstractions of parallel
188     computational kernels that span over several machines, such as a
189     PDGEM and the other ScaLAPACK routines.
190     |br| `examples/s4u/exec-ptask/s4u-exec-ptask.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/exec-ptask/s4u-exec-ptask.cpp>`_
191
192 I/O on Disks and Files
193 ----------------------
194
195 SimGrid provides two levels of abstraction to interact with the
196 simulated storages. At the simplest level, you simply create read and
197 write actions on the storage resources.
198
199   - **Access to raw storage devices:**
200     This example illustrates how to simply read and write data on a
201     simulated storage resource.
202     |br| `examples/s4u/io-storage-raw/s4u-io-storage-raw.cpp  <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/io-storage-raw/s4u-io-storage-raw.cpp>`_
203
204 The FileSystem plugin provides a more detailed view, with the
205 classical operations over files: open, move, unlink, and of course
206 read and write. The file and disk sizes are also dealt with and can
207 result in short reads and short write, as in reality.
208
209   - **File Management:**
210     This example illustrates the use of operations on files
211     (read, write, seek, tell, unlink, etc).
212     |br| `examples/s4u/io-file-system/s4u-io-file-system.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/io-file-system/s4u-io-file-system.cpp>`_
213
214   - **Remote I/O:**
215     I/O operations on files can also be done in a remote fashion, 
216     i.e. when the accessed disk is not mounted on the caller's host.
217     |br| `examples/s4u/io-file-remote/s4u-io-file-remote.cpp  <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/io-file-remote/s4u-io-file-remote.cpp>`_
218
219 Classical synchronization objects
220 ---------------------------------
221
222  - **Mutex:**
223    Shows how to use simgrid::s4u::Mutex synchronization objects.
224    |br| `examples/s4u/synchro-mutex/s4u-synchro-mutex.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/synchro-mutex/s4u-synchro-mutex.cpp>`_
225
226  - **Barrier:**
227    Shows how to use simgrid::s4u::Barrier synchronization objects.
228    |br| `examples/s4u/synchro-barrier/s4u-synchro-barrier.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/synchro-barrier/s4u-synchro-barrier.cpp>`_
229
230  - **Semaphore:**
231    Shows how to use simgrid::s4u::Semaphore synchronization objects.
232    |br| `examples/s4u/synchro-semaphore/s4u-synchro-semaphore.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/synchro-semaphore/s4u-synchro-semaphore.cpp>`_
233
234 =============================
235 Interacting with the Platform
236 =============================
237
238  - **Retrieving the list of hosts matching a given criteria:**
239    Shows how to filter the actors that match a given criteria.
240    |br| `examples/s4u/engine-filtering/s4u-engine-filtering.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/engine-filtering/s4u-engine-filtering.cpp>`_
241
242  - **User-defined properties:**
243    You can attach arbitrary information to most platform elements from
244    the XML file, and then interact with these values from your
245    program. Note that the changes are not written permanently on disk,
246    in the XML file nor anywhere else. They only last until the end of
247    your simulation.
248    
249    - :cpp:func:`simgrid::s4u::Actor::get_property()` and :cpp:func:`simgrid::s4u::Actor::set_property()`
250    - :cpp:func:`simgrid::s4u::Host::get_property()` and :cpp:func:`simgrid::s4u::Host::set_property()`
251    - :cpp:func:`simgrid::s4u::Link::get_property()` and :cpp:func:`simgrid::s4u::Link::set_property()`
252    - :cpp:func:`simgrid::s4u::NetZone::get_property()` and :cpp:func:`simgrid::s4u::NetZone::set_property()`
253      
254    |br| `examples/s4u/platform-properties/s4u-platform-properties.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/platform-properties/s4u-platform-properties.cpp>`_
255    |br| `examples/s4u/platform-properties/s4u-platform-properties_d.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/platform-properties/s4u-platform-properties_d.xml>`_
256    |br| `examples/platforms/prop.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/platforms/prop.xml>`_
257
258 =================
259 Energy Simulation
260 =================
261
262   - **Describing the energy profiles in the platform:**
263     This platform file contains the energy profile of each links and
264     hosts, which is necessary to get energy consumption predictions.
265     As usual, you should not trust our example, and you should strive
266     to double-check that your instanciation matches your target platform.
267     |br| `examples/platforms/energy_platform.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/platforms/energy_platform.xml>`_
268
269   - **Consumption due to the CPU:** 
270     This example shows how to retrieve the amount of energy consumed
271     by the CPU during computations, and the impact of the pstate.
272     |br| `examples/s4u/energy-exec/s4u-energy-exec.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/energy-exec/s4u-energy-exec.cpp>`_
273
274   - **Consumption due to the network:**
275     This example shows how to retrieve and display the energy consumed
276     by the network during communications.
277     |br| `examples/s4u/energy-link/s4u-energy-link.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/energy-link/s4u-energy-link.cpp>`_
278
279   - **Modeling the shutdown and boot of hosts:**
280     Simple example of model of model for the energy consumption during
281     the host boot and shutdown periods.
282     |br| `examples/s4u/energy-boot/platform_boot.xml <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/energy-boot/platform_boot.xml>`_
283     |br| `examples/s4u/energy-boot/s4u-energy-boot.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/energy-boot/s4u-energy-boot.cpp>`_
284
285 =======================
286 Tracing and Visualizing
287 =======================
288
289 Tracing can be activated by various configuration options which
290 are illustrated in these example. See also the 
291 :ref:`full list of options related to tracing <tracing_tracing_options>`.
292
293 It is interesting to run the process-create example with the following
294 options to see the task executions:
295
296   - **Platform Tracing:**
297     This program is a toy example just loading the platform, so that
298     you can play with the platform visualization. Recommanded options:
299     ``--cfg=tracing:yes --cfg=tracing/categorized:yes``
300     |br| `examples/s4u/trace-platform/s4u-trace-platform.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/trace-platform/s4u-trace-platform.cpp>`_
301
302 ========================
303 Larger SimGrid Examplars
304 ========================
305
306 This section contains application examples that are somewhat larger
307 than the previous examples.
308
309   - **Ping Pong:**
310     This simple example just sends one message back and forth.
311     The tesh file laying in the directory show how to start the simulator binary, highlighting how to pass options to 
312     the simulators (as detailed in Section :ref:`options`). 
313     |br| `examples/s4u/app-pingpong/s4u-app-pingpong.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-pingpong/s4u-app-pingpong.cpp>`_
314
315   - **Token ring:**
316     Shows how to implement a classical communication pattern, where a
317     token is exchanged along a ring to reach every participant.
318     |br| `examples/s4u/app-token-ring/s4u-app-token-ring.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-token-ring/s4u-app-token-ring.cpp>`_
319
320   - **Master Workers:**
321     Another good old example, where one Master process has a bunch of task to dispatch to a set of several Worker 
322     processes. This example comes in two equivalent variants, one
323     where the actors are specified as simple functions (which is easier to
324     understand for newcomers) and one where the actors are specified
325     as classes (which is more powerful for the users wanting to build
326     their own projects upon the example).
327     |br| `examples/s4u/app-masterworkers/s4u-app-masterworkers-class.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-masterworkers/s4u-app-masterworkers-class.cpp>`_
328     |br| `examples/s4u/app-masterworkers/s4u-app-masterworkers-fun.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-masterworkers/s4u-app-masterworkers-fun.cpp>`_
329     
330 Data diffusion
331 --------------
332
333   - **Bit Torrent:** 
334     Classical protocol for Peer-to-Peer data diffusion.
335     |br| `examples/s4u/app-bittorrent/s4u-bittorrent.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-bittorrent/s4u-bittorrent.cpp>`_
336     
337   - **Chained Send:** 
338     Data broadcast over a ring of processes.
339     |br| `examples/s4u/app-chainsend/s4u-app-chainsend.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/app-chainsend/s4u-app-chainsend.cpp>`_
340
341 Distributed Hash Tables (DHT)
342 -----------------------------
343
344   - **Chord Protocol** 
345     One of the most famous DHT protocol.
346     |br| `examples/s4u/dht-chord/s4u-dht-chord.cpp <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/s4u/dht-chord/s4u-dht-chord.cpp>`_
347
348 .. TODO:: document here the examples about plugins
349
350 .. |br| raw:: html
351
352    <br />
353
354 .. |cpp| image:: /img/lang_cpp.png
355    :align: middle
356    :width: 12
357
358 .. |py| image:: /img/lang_python.png
359    :align: middle
360    :width: 12