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