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Make smpi_switch_data_segment check if a switch is needed, and return true when it...
[simgrid.git] / src / smpi / mpi / smpi_comm.cpp
1 /* Copyright (c) 2010-2021. 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 #include "smpi_comm.hpp"
7 #include "smpi_coll.hpp"
8 #include "smpi_datatype.hpp"
9 #include "smpi_request.hpp"
10 #include "smpi_win.hpp"
11 #include "smpi_info.hpp"
12 #include "src/smpi/include/smpi_actor.hpp"
13 #include "src/surf/HostImpl.hpp"
14
15 #include <limits>
16
17 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(smpi_comm, smpi, "Logging specific to SMPI (comm)");
18
19 simgrid::smpi::Comm smpi_MPI_COMM_UNINITIALIZED;
20 MPI_Comm MPI_COMM_UNINITIALIZED=&smpi_MPI_COMM_UNINITIALIZED;
21 /**
22  * Setting MPI_COMM_WORLD to MPI_COMM_UNINITIALIZED (it's a variable)
23  * is important because the implementation of MPI_Comm checks
24  * "this == MPI_COMM_UNINITIALIZED"? If yes, it uses smpi_process()->comm_world()
25  * instead of "this".
26  * This is basically how we only have one global variable but all processes have
27  * different communicators (the one their SMPI instance uses).
28  *
29  */
30 MPI_Comm MPI_COMM_WORLD = MPI_COMM_UNINITIALIZED;
31
32 /* Support for cartesian topology was added, but there are 2 other types of topology, graph et dist graph. In order to
33  * support them, we have to add a field SMPI_Topo_type, and replace the MPI_Topology field by an union. */
34
35 namespace simgrid{
36 namespace smpi{
37
38 std::unordered_map<int, smpi_key_elem> Comm::keyvals_;
39 int Comm::keyval_id_=0;
40
41 Comm::Comm(MPI_Group group, MPI_Topology topo, bool smp, int in_id)
42     : group_(group), topo_(topo), is_smp_comm_(smp), id_(in_id)
43 {
44   errhandler_->ref();
45   //First creation of comm is done before SIMIX_run, so only do comms for others
46   if(in_id==MPI_UNDEFINED && smp==0 && this->rank()!=MPI_UNDEFINED ){
47     this->add_f();
48     group->c2f();
49     int id;
50     if(this->rank()==0){
51       static int global_id_ = 0;
52       id=global_id_;
53       global_id_++;
54     }
55     colls::bcast(&id, 1, MPI_INT, 0, this);
56     XBT_DEBUG("Communicator %p has id %d", this, id);
57     id_=id;//only set here, as we don't want to change it in the middle of the bcast
58     colls::barrier(this);
59   }
60 }
61
62 void Comm::destroy(Comm* comm)
63 {
64   if (comm == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
65     Comm::destroy(smpi_process()->comm_world());
66     return;
67   }
68   if(comm != MPI_COMM_WORLD)
69     comm->mark_as_deleted();
70   Comm::unref(comm);
71 }
72
73 int Comm::dup(MPI_Comm* newcomm){
74   // we need to switch as the called function may silently touch global variables
75   smpi_switch_data_segment(s4u::Actor::self());
76
77   auto* cp     = new Group(this->group());
78   (*newcomm)   = new  Comm(cp, this->topo());
79
80   for (auto const& it : attributes()) {
81     auto elem_it = keyvals_.find(it.first);
82     xbt_assert(elem_it != keyvals_.end(), "Keyval not found for Comm: %d", it.first);
83
84     smpi_key_elem& elem = elem_it->second;
85     int ret             = MPI_SUCCESS;
86     int flag            = 0;
87     void* value_out     = nullptr;
88     if (elem.copy_fn.comm_copy_fn == MPI_COMM_DUP_FN) {
89       value_out = it.second;
90       flag      = 1;
91     } else if (elem.copy_fn.comm_copy_fn != MPI_NULL_COPY_FN) {
92       ret = elem.copy_fn.comm_copy_fn(this, it.first, elem.extra_state, it.second, &value_out, &flag);
93     }
94     if (elem.copy_fn.comm_copy_fn_fort != MPI_NULL_COPY_FN) {
95       value_out = xbt_new(int, 1);
96       if (*(int*)*elem.copy_fn.comm_copy_fn_fort == 1) { // MPI_COMM_DUP_FN
97         memcpy(value_out, it.second, sizeof(int));
98         flag = 1;
99       } else { // not null, nor dup
100         elem.copy_fn.comm_copy_fn_fort(this, it.first, elem.extra_state, it.second, value_out, &flag, &ret);
101       }
102       if (ret != MPI_SUCCESS)
103         xbt_free(value_out);
104     }
105     if (ret != MPI_SUCCESS) {
106       Comm::destroy(*newcomm);
107       *newcomm = MPI_COMM_NULL;
108       return ret;
109     }
110     if (flag) {
111       elem.refcount++;
112       (*newcomm)->attributes().emplace(it.first, value_out);
113     }
114   }
115   //duplicate info if present
116   if(info_!=MPI_INFO_NULL)
117     (*newcomm)->info_ = new simgrid::smpi::Info(info_);
118   //duplicate errhandler
119   if (errhandlers_ != nullptr)//MPI_COMM_WORLD, only grab our own
120     (*newcomm)->set_errhandler(errhandlers_[this->rank()]);
121   else
122     (*newcomm)->set_errhandler(errhandler_);
123   return MPI_SUCCESS;
124 }
125
126 int Comm::dup_with_info(MPI_Info info, MPI_Comm* newcomm){
127   int ret = dup(newcomm);
128   if(ret != MPI_SUCCESS)
129     return ret;
130   if((*newcomm)->info_!=MPI_INFO_NULL){
131     simgrid::smpi::Info::unref((*newcomm)->info_);
132     (*newcomm)->info_=MPI_INFO_NULL;
133   }
134   if(info != MPI_INFO_NULL){
135     info->ref();
136     (*newcomm)->info_=info;
137   }
138   return ret;
139 }
140
141 MPI_Group Comm::group()
142 {
143   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
144     return smpi_process()->comm_world()->group();
145   return group_;
146 }
147
148 int Comm::size() const
149 {
150   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
151     return smpi_process()->comm_world()->size();
152   return group_->size();
153 }
154
155 int Comm::rank() const
156 {
157   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
158     return smpi_process()->comm_world()->rank();
159   return group_->rank(s4u::this_actor::get_pid());
160 }
161
162 int Comm::id() const
163 {
164   return id_;
165 }
166
167 void Comm::get_name(char* name, int* len) const
168 {
169   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
170     smpi_process()->comm_world()->get_name(name, len);
171     return;
172   }
173   if(this == MPI_COMM_WORLD && name_.empty()) {
174     strncpy(name, "MPI_COMM_WORLD", 15);
175     *len = 14;
176   } else {
177     *len = snprintf(name, MPI_MAX_NAME_STRING+1, "%s", name_.c_str());
178   }
179 }
180
181 std::string Comm::name() const
182 {
183   int size;
184   char name[MPI_MAX_NAME_STRING+1];
185   this->get_name(name, &size);
186   if (name[0]=='\0')
187     return std::string("MPI_Comm");
188   else
189     return std::string(name);
190 }
191
192
193 void Comm::set_name (const char* name)
194 {
195   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
196     smpi_process()->comm_world()->set_name(name);
197     return;
198   }
199   name_.replace (0, MPI_MAX_NAME_STRING+1, name);
200 }
201
202
203 void Comm::set_leaders_comm(MPI_Comm leaders){
204   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
205     smpi_process()->comm_world()->set_leaders_comm(leaders);
206     return;
207   }
208   leaders_comm_=leaders;
209 }
210
211 int* Comm::get_non_uniform_map() const
212 {
213   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
214     return smpi_process()->comm_world()->get_non_uniform_map();
215   return non_uniform_map_;
216 }
217
218 int* Comm::get_leaders_map() const
219 {
220   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
221     return smpi_process()->comm_world()->get_leaders_map();
222   return leaders_map_;
223 }
224
225 MPI_Comm Comm::get_leaders_comm() const
226 {
227   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
228     return smpi_process()->comm_world()->get_leaders_comm();
229   return leaders_comm_;
230 }
231
232 MPI_Comm Comm::get_intra_comm() const
233 {
234   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED || this==MPI_COMM_WORLD)
235     return smpi_process()->comm_intra();
236   else return intra_comm_;
237 }
238
239 bool Comm::is_uniform() const
240 {
241   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
242     return smpi_process()->comm_world()->is_uniform();
243   return is_uniform_ != 0;
244 }
245
246 bool Comm::is_blocked() const
247 {
248   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
249     return smpi_process()->comm_world()->is_blocked();
250   return is_blocked_ != 0;
251 }
252
253 bool Comm::is_smp_comm() const
254 {
255   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
256     return smpi_process()->comm_world()->is_smp_comm();
257   return is_smp_comm_;
258 }
259
260 MPI_Comm Comm::split(int color, int key)
261 {
262   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
263     return smpi_process()->comm_world()->split(color, key);
264   int system_tag = -123;
265
266   MPI_Group group_root = nullptr;
267   MPI_Group group_out  = nullptr;
268   const Group* group   = this->group();
269   int myrank           = this->rank();
270   int size             = this->size();
271   /* Gather all colors and keys on rank 0 */
272   const std::array<int, 2> sendbuf = {{color, key}};
273   std::vector<int> recvbuf;
274   if (myrank == 0)
275     recvbuf.resize(2 * size);
276   gather__default(sendbuf.data(), 2, MPI_INT, recvbuf.data(), 2, MPI_INT, 0, this);
277   /* Do the actual job */
278   if (myrank == 0) {
279     std::vector<MPI_Group> group_snd(size);
280     std::vector<std::pair<int, int>> rankmap;
281     rankmap.reserve(size);
282     for (int i = 0; i < size; i++) {
283       if (recvbuf[2 * i] != MPI_UNDEFINED) {
284         rankmap.clear();
285         for (int j = i + 1; j < size; j++) {
286           if(recvbuf[2 * i] == recvbuf[2 * j]) {
287             recvbuf[2 * j] = MPI_UNDEFINED;
288             rankmap.emplace_back(recvbuf[2 * j + 1], j);
289           }
290         }
291         /* Add self in the group */
292         recvbuf[2 * i] = MPI_UNDEFINED;
293         rankmap.emplace_back(recvbuf[2 * i + 1], i);
294         std::sort(begin(rankmap), end(rankmap));
295         group_out = new Group(rankmap.size());
296         if (i == 0) {
297           group_root = group_out; /* Save root's group */
298         }
299         for (unsigned j = 0; j < rankmap.size(); j++) {
300           aid_t actor = group->actor(rankmap[j].second);
301           group_out->set_mapping(actor, j);
302         }
303         std::vector<MPI_Request> requests(rankmap.size());
304         int reqs              = 0;
305         for (auto const& rank : rankmap) {
306           if (rank.second != 0) {
307             group_snd[reqs]=new  Group(group_out);
308             requests[reqs] = Request::isend(&(group_snd[reqs]), 1, MPI_PTR, rank.second, system_tag, this);
309             reqs++;
310           }
311         }
312         if(i != 0 && group_out != MPI_COMM_WORLD->group() && group_out != MPI_GROUP_EMPTY)
313           Group::unref(group_out);
314
315         Request::waitall(reqs, requests.data(), MPI_STATUS_IGNORE);
316       }
317     }
318     group_out = group_root; /* exit with root's group */
319   } else {
320     if(color != MPI_UNDEFINED) {
321       Request::recv(&group_out, 1, MPI_PTR, 0, system_tag, this, MPI_STATUS_IGNORE);
322     } /* otherwise, exit with group_out == nullptr */
323   }
324   return group_out!=nullptr ? new  Comm(group_out, topo_) : MPI_COMM_NULL;
325 }
326
327 void Comm::ref(){
328   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
329     smpi_process()->comm_world()->ref();
330     return;
331   }
332   group_->ref();
333   refcount_++;
334 }
335
336 void Comm::cleanup_smp(){
337   if (intra_comm_ != MPI_COMM_NULL)
338     Comm::unref(intra_comm_);
339   if (leaders_comm_ != MPI_COMM_NULL)
340     Comm::unref(leaders_comm_);
341   xbt_free(non_uniform_map_);
342   delete[] leaders_map_;
343 }
344
345 void Comm::unref(Comm* comm){
346   if (comm == MPI_COMM_UNINITIALIZED){
347     Comm::unref(smpi_process()->comm_world());
348     return;
349   }
350   comm->refcount_--;
351
352   if(comm->refcount_==0){
353     if(simgrid::smpi::F2C::lookup() != nullptr)
354       F2C::free_f(comm->f2c_id());
355     comm->cleanup_smp();
356     comm->cleanup_attr<Comm>();
357     if (comm->info_ != MPI_INFO_NULL)
358       simgrid::smpi::Info::unref(comm->info_);
359     if(comm->errhandlers_!=nullptr){
360       for (int i=0; i<comm->size(); i++)
361         if (comm->errhandlers_[i]!=MPI_ERRHANDLER_NULL)
362           simgrid::smpi::Errhandler::unref(comm->errhandlers_[i]);
363       delete[] comm->errhandlers_;
364     } else if (comm->errhandler_ != MPI_ERRHANDLER_NULL)
365       simgrid::smpi::Errhandler::unref(comm->errhandler_);
366   }
367   Group::unref(comm->group_);
368   if(comm->refcount_==0)
369     delete comm;
370 }
371
372 MPI_Comm Comm::find_intra_comm(int * leader){
373   //get the indices of all processes sharing the same simix host
374   int intra_comm_size     = 0;
375   aid_t min_index         = std::numeric_limits<aid_t>::max(); // the minimum index will be the leader
376   sg_host_self()->get_impl()->foreach_actor([this, &intra_comm_size, &min_index](auto& actor) {
377     aid_t index = actor.get_pid();
378     if (this->group()->rank(index) != MPI_UNDEFINED) { // Is this process in the current group?
379       intra_comm_size++;
380       if (index < min_index)
381         min_index = index;
382     }
383   });
384   XBT_DEBUG("number of processes deployed on my node : %d", intra_comm_size);
385   auto* group_intra = new Group(intra_comm_size);
386   int i = 0;
387   sg_host_self()->get_impl()->foreach_actor([this, group_intra, &i](auto& actor) {
388     if (this->group()->rank(actor.get_pid()) != MPI_UNDEFINED) {
389       group_intra->set_mapping(actor.get_pid(), i);
390       i++;
391     }
392   });
393   *leader=min_index;
394   return new Comm(group_intra, nullptr, true);
395 }
396
397 void Comm::init_smp(){
398   int leader = -1;
399   int i = 0;
400   if (this == MPI_COMM_UNINITIALIZED)
401     smpi_process()->comm_world()->init_smp();
402
403   int comm_size = this->size();
404
405   // If we are in replay - perform an ugly hack
406   // tell SimGrid we are not in replay for a while, because we need the buffers to be copied for the following calls
407   bool replaying = false; //cache data to set it back again after
408   if(smpi_process()->replaying()){
409     replaying = true;
410     smpi_process()->set_replaying(false);
411   }
412
413   // we need to switch as the called function may silently touch global variables
414   smpi_switch_data_segment(s4u::Actor::self());
415
416   // identify neighbors in comm
417   MPI_Comm comm_intra = find_intra_comm(&leader);
418
419   auto* leaders_map = new int[comm_size];
420   auto* leader_list = new int[comm_size];
421   std::fill_n(leaders_map, comm_size, 0);
422   std::fill_n(leader_list, comm_size, -1);
423
424   allgather__ring(&leader, 1, MPI_INT , leaders_map, 1, MPI_INT, this);
425
426   if(leaders_map_==nullptr){
427     leaders_map_= leaders_map;
428   }else{
429     delete[] leaders_map;
430   }
431   int leader_group_size = 0;
432   for(i=0; i<comm_size; i++){
433     int already_done = 0;
434     for (int j = 0; j < leader_group_size; j++) {
435       if (leaders_map_[i] == leader_list[j]) {
436         already_done = 1;
437       }
438     }
439     if (already_done == 0) {
440       leader_list[leader_group_size] = leaders_map_[i];
441       leader_group_size++;
442     }
443   }
444   xbt_assert(leader_group_size > 0);
445   std::sort(leader_list, leader_list + leader_group_size);
446
447   auto* leaders_group = new Group(leader_group_size);
448
449   MPI_Comm leader_comm = MPI_COMM_NULL;
450   if(MPI_COMM_WORLD!=MPI_COMM_UNINITIALIZED && this!=MPI_COMM_WORLD){
451     //create leader_communicator
452     for (i=0; i< leader_group_size;i++)
453       leaders_group->set_mapping(leader_list[i], i);
454     leader_comm = new Comm(leaders_group, nullptr, true);
455     this->set_leaders_comm(leader_comm);
456     this->set_intra_comm(comm_intra);
457
458     // create intracommunicator
459   }else{
460     for (i=0; i< leader_group_size;i++)
461       leaders_group->set_mapping(leader_list[i], i);
462
463     if(this->get_leaders_comm()==MPI_COMM_NULL){
464       leader_comm = new Comm(leaders_group, nullptr, true);
465       this->set_leaders_comm(leader_comm);
466     }else{
467       leader_comm=this->get_leaders_comm();
468       Group::unref(leaders_group);
469     }
470     smpi_process()->set_comm_intra(comm_intra);
471   }
472
473   // Are the nodes uniform ? = same number of process/node
474   int my_local_size=comm_intra->size();
475   if(comm_intra->rank()==0) {
476     int is_uniform       = 1;
477     int* non_uniform_map = xbt_new0(int,leader_group_size);
478     allgather__ring(&my_local_size, 1, MPI_INT,
479         non_uniform_map, 1, MPI_INT, leader_comm);
480     for(i=0; i < leader_group_size; i++) {
481       if(non_uniform_map[0] != non_uniform_map[i]) {
482         is_uniform = 0;
483         break;
484       }
485     }
486     if (is_uniform == 0 && this->is_uniform()) {
487       non_uniform_map_ = non_uniform_map;
488     }else{
489       xbt_free(non_uniform_map);
490     }
491     is_uniform_=is_uniform;
492   }
493   bcast__scatter_LR_allgather(&is_uniform_, 1, MPI_INT, 0, comm_intra);
494
495   // we need to switch as the called function may silently touch global variables
496   smpi_switch_data_segment(s4u::Actor::self());
497
498   // Are the ranks blocked ? = allocated contiguously on the SMP nodes
499   int is_blocked=1;
500   int prev      = this->group()->rank(comm_intra->group()->actor(0));
501   for (i = 1; i < my_local_size; i++) {
502     int that = this->group()->rank(comm_intra->group()->actor(i));
503     if (that != prev + 1) {
504       is_blocked = 0;
505       break;
506     }
507     prev = that;
508   }
509
510   int global_blocked;
511   allreduce__default(&is_blocked, &global_blocked, 1, MPI_INT, MPI_LAND, this);
512
513   if(MPI_COMM_WORLD==MPI_COMM_UNINITIALIZED || this==MPI_COMM_WORLD){
514     if(this->rank()==0){
515       is_blocked_ = global_blocked;
516     }
517   }else{
518     is_blocked_=global_blocked;
519   }
520   delete[] leader_list;
521
522   if(replaying)
523     smpi_process()->set_replaying(true);
524 }
525
526 MPI_Comm Comm::f2c(int id) {
527   if(id == -2) {
528     return MPI_COMM_SELF;
529   } else if(id==0){
530     return MPI_COMM_WORLD;
531   } else if (F2C::lookup() != nullptr && id >= 0) {
532     const auto& lookup = F2C::lookup();
533     auto comm          = lookup->find(id);
534     return comm == lookup->end() ? MPI_COMM_NULL : static_cast<MPI_Comm>(comm->second);
535   } else {
536     return MPI_COMM_NULL;
537   }
538 }
539
540 void Comm::free_f(int id) {
541   F2C::lookup()->erase(id);
542 }
543
544 void Comm::add_rma_win(MPI_Win win){
545   rma_wins_.push_back(win);
546 }
547
548 void Comm::remove_rma_win(MPI_Win win){
549   rma_wins_.remove(win);
550 }
551
552 void Comm::finish_rma_calls() const
553 {
554   const int myrank = rank();
555   for (auto const& it : rma_wins_) {
556     if (it->rank() == myrank) { // is it ours (for MPI_COMM_WORLD)?
557       int finished = it->finish_comms();
558       XBT_DEBUG("Barrier for rank %d - Finished %d RMA calls", myrank, finished);
559     }
560   }
561 }
562
563 MPI_Info Comm::info()
564 {
565   if (info_ == MPI_INFO_NULL)
566     info_ = new Info();
567   info_->ref();
568   return info_;
569 }
570
571 void Comm::set_info(MPI_Info info)
572 {
573   if (info_ != MPI_INFO_NULL)
574     simgrid::smpi::Info::unref(info);
575   info_ = info;
576   if (info_ != MPI_INFO_NULL)
577     info->ref();
578 }
579
580 MPI_Errhandler Comm::errhandler()
581 {
582   if (this != MPI_COMM_WORLD){
583     if (errhandler_ != MPI_ERRHANDLER_NULL)
584       errhandler_->ref();
585     return errhandler_;
586   } else {
587     if(errhandlers_==nullptr)
588       return MPI_ERRORS_ARE_FATAL;
589     else {
590       if(errhandlers_[this->rank()] != MPI_ERRHANDLER_NULL)
591         errhandlers_[this->rank()]->ref();
592       return errhandlers_[this->rank()];
593     }
594   }
595 }
596
597 void Comm::set_errhandler(MPI_Errhandler errhandler)
598 {
599   if(this != MPI_COMM_WORLD){
600     if (errhandler_ != MPI_ERRHANDLER_NULL)
601       simgrid::smpi::Errhandler::unref(errhandler_);
602     errhandler_ = errhandler;
603   }else{
604     if(errhandlers_==nullptr)
605       errhandlers_= new MPI_Errhandler[this->size()]{MPI_ERRHANDLER_NULL};
606     if(errhandlers_[this->rank()] != MPI_ERRHANDLER_NULL)
607       simgrid::smpi::Errhandler::unref(errhandlers_[this->rank()]);
608     errhandlers_[this->rank()]=errhandler;
609   }
610   if (errhandler != MPI_ERRHANDLER_NULL)
611     errhandler->ref();
612 }
613
614 MPI_Comm Comm::split_type(int type, int /*key*/, const Info*)
615 {
616   //MPI_UNDEFINED can be given to some nodes... but we need them to still perform the smp part which is collective
617   if(type != MPI_COMM_TYPE_SHARED && type != MPI_UNDEFINED){
618     return MPI_COMM_NULL;
619   }
620   int leader=0;
621   MPI_Comm res= this->find_intra_comm(&leader);
622   if(type != MPI_UNDEFINED)
623     return res;
624   else{
625     xbt_assert(res->refcount_ == 1); // ensure the next call to Comm::destroy really frees the comm
626     Comm::destroy(res);
627     return MPI_COMM_NULL;
628   }
629 }
630
631 } // namespace smpi
632 } // namespace simgrid