include/simgrid/s4u/NetZone.hpp

   1 /* Copyright (c) 2016-2021. 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 #ifndef SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP
   7 #define SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP
   8
   9 #include <simgrid/forward.h>
  10 #include <simgrid/s4u/Link.hpp>
  11 #include <xbt/graph.h>
  12 #include <xbt/signal.hpp>
  13
  14 #include <map>
  15 #include <string>
  16 #include <unordered_map>
  17 #include <utility>
  18 #include <vector>
  19
  20 namespace simgrid {
  21 namespace s4u {
  22
  23 /** @brief Networking Zones
  24  *
  25  * A netzone is a network container, in charge of routing information between elements (hosts) and to the nearby
  26  * netzones. In SimGrid, there is a hierarchy of netzones, with a unique root zone (that you can retrieve from the
  27  * s4u::Engine).
  28  */
  29 class XBT_PUBLIC NetZone {
  30 #ifndef DOXYGEN
  31   friend kernel::routing::NetZoneImpl;
  32 #endif
  33
  34   kernel::routing::NetZoneImpl* const pimpl_;
  35
  36 protected:
  37   explicit NetZone(kernel::routing::NetZoneImpl* impl) : pimpl_(impl) {}
  38
  39 public:
  40   /** @brief Retrieves the name of that netzone as a C++ string */
  41   const std::string& get_name() const;
  42   /** @brief Retrieves the name of that netzone as a C string */
  43   const char* get_cname() const;
  44
  45   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v331("Please use get_parent()") NetZone* get_father();
  46   NetZone* get_parent() const;
  47   NetZone* set_parent(const NetZone* parent);
  48
  49   std::vector<Host*> get_all_hosts() const;
  50   int get_host_count() const;
  51
  52   kernel::routing::NetZoneImpl* get_impl() const { return pimpl_; }
  53
  54   /** Get the properties assigned to a netzone */
  55   const std::unordered_map<std::string, std::string>* get_properties() const;
  56   /** Retrieve the property value (or nullptr if not set) */
  57   const char* get_property(const std::string& key) const;
  58   void set_property(const std::string& key, const std::string& value);
  59   /** @brief Get the netpoint associated to this netzone */
  60   kernel::routing::NetPoint* get_netpoint();
  61
  62   std::vector<NetZone*> get_children() const;
  63   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332("Please use set_parent() to manage NetZone's relationship") NetZone* add_child(
  64       NetZone* new_zone);
  65
  66   void extract_xbt_graph(const s_xbt_graph_t* graph, std::map<std::string, xbt_node_t, std::less<>>* nodes,
  67                          std::map<std::string, xbt_edge_t, std::less<>>* edges);
  68
  69   /* Add content to the netzone, at parsing time. It should be sealed afterward. */
  70   int add_component(kernel::routing::NetPoint* elm); /* A host, a router or a netzone, whatever */
  71
  72   /**
  73    * @brief Add a route between 2 netpoints
  74    *
  75    * Create a route:
  76    * - route between 2 hosts/routers in same netzone, no gateway is needed
  77    * - route between 2 netzones, connecting 2 gateways.
  78    *
  79    * @param src Source netzone's netpoint
  80    * @param dst Destination netzone' netpoint
  81    * @param gw_src Netpoint of the gateway in the source netzone
  82    * @param gw_dst Netpoint of the gateway in the destination netzone
  83    * @param link_list List of links and their direction used in this communication
  84    * @param symmetrical Bi-directional communication
  85    */
  86   void add_route(kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst, kernel::routing::NetPoint* gw_src,
  87                  kernel::routing::NetPoint* gw_dst, const std::vector<LinkInRoute>& link_list, bool symmetrical = true);
  88
  89   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332("Please use add_route() method which uses s4u::LinkInRoute instead of "
  90                              "LinkImpl") void add_route(kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst,
  91                                                         kernel::routing::NetPoint* gw_src,
  92                                                         kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
  93                                                         const std::vector<kernel::resource::LinkImpl*>& link_list,
  94                                                         bool symmetrical);
  95
  96   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332("Please use add_bypass_route() method which uses s4u::LinkInRoute instead of "
  97                              "LinkImpl") void add_bypass_route(kernel::routing::NetPoint* src,
  98                                                                kernel::routing::NetPoint* dst,
  99                                                                kernel::routing::NetPoint* gw_src,
 100                                                                kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
 101                                                                std::vector<kernel::resource::LinkImpl*>& link_list,
 102                                                                bool /*symmetrical*/);
 103
 104 #ifndef DOXYGEN
 105 #endif
 106   void add_bypass_route(kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst,
 107                         kernel::routing::NetPoint* gw_src, kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
 108                         const std::vector<LinkInRoute>& link_list);
 109
 110 #ifndef DOXYGEN
 111   /*** Called on each newly created regular route (not on bypass routes) */
 112   static xbt::signal<void(bool symmetrical, kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst,
 113                           kernel::routing::NetPoint* gw_src, kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
 114                           std::vector<kernel::resource::LinkImpl*> const& link_list)>
 115       on_route_creation; // XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332 : should not be used by users, used by ns3.. if necessary,
 116                          // signal shouldn't use LinkImpl*
 117 #endif
 118
 119   static xbt::signal<void(NetZone const&)> on_creation;
 120   static xbt::signal<void(NetZone const&)> on_seal;
 121
 122   /**
 123    * @brief Create a host
 124    *
 125    * @param name Host name
 126    * @param speed_per_pstate Vector of CPU's speeds
 127    */
 128   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::vector<double>& speed_per_pstate);
 129   s4u::Host* create_host(const std::string& name, double speed);
 130   /**
 131    * @brief Create a Host (string version)
 132    *
 133    * @throw std::invalid_argument if speed format is incorrect.
 134    */
 135   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::vector<std::string>& speed_per_pstate);
 136   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::string& speed);
 137
 138   /**
 139    * @brief Create a link
 140    *
 141    * @param name Link name
 142    * @param bandwidths Link's speed (vector for wifi links)
 143    * @throw std::invalid_argument if bandwidth format is incorrect.
 144    */
 145   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths);
 146   s4u::Link* create_link(const std::string& name, double bandwidth);
 147
 148   /** @brief Create a link (string version) */
 149   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::vector<std::string>& bandwidths);
 150   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::string& bandwidth);
 151
 152   /**
 153    * @brief Create a split-duplex link
 154    *
 155    * In SimGrid, split-duplex links are a composition of 2 regular (shared) links (up/down).
 156    *
 157    * This function eases its utilization by creating the 2 links for you. We append a suffix
 158    * "_UP" and "_DOWN" to your link name to identify each of them.
 159    *
 160    * Both up/down links have exactly the same bandwidth
 161    *
 162    * @param name Name of the link
 163    * @param bandwidth Speed
 164    */
 165   s4u::SplitDuplexLink* create_split_duplex_link(const std::string& name, const std::string& bandwidth);
 166   s4u::SplitDuplexLink* create_split_duplex_link(const std::string& name, double bandwidth);
 167
 168   kernel::resource::NetworkModelIntf* get_network_model() const;
 169
 170   /**
 171    * @brief Make a router within that NetZone
 172    *
 173    * @param name Router name
 174    */
 175   kernel::routing::NetPoint* create_router(const std::string& name);
 176
 177   /** @brief Seal this netzone configuration */
 178   NetZone* seal();
 179
 180 private:
 181   /** @brief Auxiliary function to convert types */
 182   static std::vector<LinkInRoute> convert_to_linkInRoute(const std::vector<kernel::resource::LinkImpl*>& link_list);
 183 };
 184
 185 // External constructors so that the types (and the types of their content) remain hidden
 186 XBT_PUBLIC NetZone* create_full_zone(const std::string& name);
 187 XBT_PUBLIC NetZone* create_star_zone(const std::string& name);
 188 XBT_PUBLIC NetZone* create_dijkstra_zone(const std::string& name, bool cache);
 189 XBT_PUBLIC NetZone* create_empty_zone(const std::string& name);
 190 XBT_PUBLIC NetZone* create_floyd_zone(const std::string& name);
 191 XBT_PUBLIC NetZone* create_vivaldi_zone(const std::string& name);
 192 XBT_PUBLIC NetZone* create_wifi_zone(const std::string& name);
 193
 194 // Extra data structure for complex constructors
 195
 196 /** @brief Aggregates the callbacks used to build clusters netzones (Torus/Dragronfly/Fat-Tree) */
 197 struct ClusterCallbacks {
 198   /**
 199    * @brief Callback used to set the netpoint and gateway located at some leaf of clusters (Torus, FatTree, etc)
 200    *
 201    * The netpoint can be either a host, router or another netzone.
 202    * Gateway must be non-null if netpoint is a netzone
 203    *
 204    * @param zone: The newly create zone, needed for creating new resources (hosts, links)
 205    * @param coord: the coordinates of the element
 206    * @param id: Internal identifier of the element
 207    * @return pair<NetPoint*, NetPoint*>: returns a pair of netpoint and gateway.
 208    */
 209   using ClusterNetPointCb = std::pair<kernel::routing::NetPoint*, kernel::routing::NetPoint*>(
 210       NetZone* zone, const std::vector<unsigned int>& coord, int id);
 211   /**
 212    * @brief Callback used to set the links for some leaf of the cluster (Torus, FatTree, etc)
 213    *
 214    * The coord parameter depends on the cluster being created:
 215    * - Torus: Direct translation of the Torus' dimensions, e.g. (0, 0, 0) for a 3-D Torus
 216    * - Fat-Tree: A pair (level in the tree, id), e.g. (0, 0): first leaf and (1,0): first switch at level 1.
 217    * - Dragonfly: a tuple (group, chassis, blades/routers, nodes), e.g. (0, 0, 0, 0) for first node in the cluster.
 218    * Important: To identify the router inside a "group, chassis, blade", we use MAX_UINT in the last parameter (e.g. 0,
 219    * 0, 0, 4294967295).
 220    *
 221    * @param zone: The newly create zone, needed for creating new resources (hosts, links)
 222    * @param coord: the coordinates of the element
 223    * @param id: Internal identifier of the element
 224    * @return Pointer to the Link
 225    */
 226   using ClusterLinkCb = Link*(NetZone* zone, const std::vector<unsigned int>& coord, int id);
 227
 228   std::function<ClusterNetPointCb> netpoint;
 229   std::function<ClusterLinkCb> loopback = {};
 230   std::function<ClusterLinkCb> limiter  = {};
 231   explicit ClusterCallbacks(const std::function<ClusterNetPointCb>& set_netpoint)
 232       : netpoint(set_netpoint){/*nothing to do */};
 233   ClusterCallbacks(const std::function<ClusterNetPointCb>& set_netpoint,
 234                    const std::function<ClusterLinkCb>& set_loopback, const std::function<ClusterLinkCb>& set_limiter)
 235       : netpoint(set_netpoint), loopback(set_loopback), limiter(set_limiter){/*nothing to do */};
 236 };
 237 /**
 238  * @brief Create a torus zone
 239  *
 240  * Torus clusters are characterized by:
 241  * - dimensions, eg. {3,3,3} creates a torus with X = 3 elements, Y = 3 and Z = 3. In total, this cluster have 27
 242  * elements
 243  * - inter-node communication: (bandwidth, latency, sharing_policy) the elements are connected through regular links
 244  * with these characteristics
 245  * More details in: <a href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html?highlight=torus#torus-cluster">Torus
 246  * Cluster</a>
 247  *
 248  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 249  *
 250  * Note that the all elements in a Torus cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 251  *
 252  * @param name NetZone's name
 253  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 254  * the netzone
 255  * @param dimensions List of positive integers (> 0) which determines the torus' dimensions
 256  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 257  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 258  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 259  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 260  * @return Pointer to new netzone
 261  */
 262 XBT_PUBLIC NetZone* create_torus_zone(const std::string& name, const NetZone* parent,
 263                                       const std::vector<unsigned int>& dimensions,
 264                                       const ClusterCallbacks& set_callbacks, double bandwidth, double latency,
 265                                       Link::SharingPolicy sharing_policy);
 266
 267 /** @brief Aggregates the parameters necessary to build a Fat-tree zone */
 268 struct FatTreeParams {
 269   unsigned int levels;
 270   std::vector<unsigned int> down;
 271   std::vector<unsigned int> up;
 272   std::vector<unsigned int> number;
 273   FatTreeParams(unsigned int n_levels, const std::vector<unsigned int>& down_links,
 274                 const std::vector<unsigned int>& up_links, const std::vector<unsigned int>& links_number);
 275 };
 276 /**
 277  * @brief Create a Fat-Tree zone
 278  *
 279  * Fat-Tree clusters are characterized by:
 280  * - levels: number of levels in the cluster, e.g. 2 (the final tree will have n+1 levels)
 281  * - downlinks: for each level, how many connections between elements below them, e.g. 2, 3: level 1 nodes are connected
 282  * to 2 nodes in level 2, which are connected to 3 nodes below. Determines the number total of leaves in the tree.
 283  * - uplinks: for each level, how nodes are connected, e.g. 1, 2
 284  * - link count: for each level, number of links connecting the nodes, e.g. 1, 1
 285  *
 286  * The best way to understand it is looking to the doc available in: <a
 287  * href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html#fat-tree-cluster">Fat Tree Cluster</a>
 288  *
 289  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 290  *
 291  * Note that the all elements in a Fat-Tree cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 292  *
 293  * @param name NetZone's name
 294  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 295  * the netzone
 296  * @param parameters Characteristics of this Fat-Tree
 297  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 298  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 299  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 300  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 301  * @return Pointer to new netzone
 302  */
 303 XBT_PUBLIC NetZone* create_fatTree_zone(const std::string& name, const NetZone* parent, const FatTreeParams& parameters,
 304                                         const ClusterCallbacks& set_callbacks, double bandwidth, double latency,
 305                                         Link::SharingPolicy sharing_policy);
 306
 307 /** @brief Aggregates the parameters necessary to build a Dragonfly zone */
 308 struct DragonflyParams {
 309   std::pair<unsigned int, unsigned int> groups;
 310   std::pair<unsigned int, unsigned int> chassis;
 311   std::pair<unsigned int, unsigned int> routers;
 312   unsigned int nodes;
 313   DragonflyParams(const std::pair<unsigned int, unsigned int>& groups,
 314                   const std::pair<unsigned int, unsigned int>& chassis,
 315                   const std::pair<unsigned int, unsigned int>& routers, unsigned int nodes);
 316 };
 317 /**
 318  * @brief Create a Dragonfly zone
 319  *
 320  * Dragonfly clusters are characterized by:
 321  * - groups: number of groups and links between each group, e.g. 2,2.
 322  * - chassis: number of chassis in each group and the number of links used to connect the chassis, e.g. 2,3
 323  * - routers: number of routers in each chassis and their links, e.g. 3,1
 324  * - nodes: number of nodes connected to each router using a single link, e.g. 2
 325  *
 326  * In total, the cluster will have groups * chassis * routers * nodes elements/leaves.
 327  *
 328  * The best way to understand it is looking to the doc available in: <a
 329  * href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html#dragonfly-cluster">Dragonfly Cluster</a>
 330  *
 331  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 332  *
 333  * Note that the all elements in a Dragonfly cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 334  *
 335  * @param name NetZone's name
 336  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 337  * the netzone
 338  * @param parameters Characteristics of this Dragonfly
 339  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 340  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 341  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 342  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 343  * @return Pointer to new netzone
 344  */
 345 XBT_PUBLIC NetZone* create_dragonfly_zone(const std::string& name, const NetZone* parent,
 346                                           const DragonflyParams& parameters, const ClusterCallbacks& set_callbacks,
 347                                           double bandwidth, double latency, Link::SharingPolicy sharing_policy);
 348
 349 } // namespace s4u
 350 } // namespace simgrid
 351
 352 #endif /* SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP */