src/surf/ptask_L07.cpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2023. 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/asserts.hpp>
   9 #include <xbt/config.hpp>
  10
  11 #include "simgrid/config.h"
  12 #include "src/kernel/EngineImpl.hpp"
  13 #if SIMGRID_HAVE_EIGEN3
  14 #include "src/kernel/lmm/bmf.hpp"
  15 #endif
  16 #include "src/kernel/resource/profile/Event.hpp"
  17 #include "src/surf/ptask_L07.hpp"
  18
  19 #include <unordered_set>
  20
  21 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(res_host);
  22 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(xbt_cfg);
  23
  24 /***********
  25  * Options *
  26  ***********/
  27 static simgrid::config::Flag<std::string> cfg_ptask_solver("host/solver",
  28                                                            "Set linear equations solver used by ptask model",
  29                                                            "fairbottleneck",
  30                                                            &simgrid::kernel::lmm::System::validate_solver);
  31
  32 /**************************************/
  33 /*** Resource Creation & Destruction **/
  34 /**************************************/
  35 SIMGRID_REGISTER_HOST_MODEL(
  36     ptask_L07, "Host model somehow similar to Cas01+CM02+S19 but allowing parallel tasks", []() {
  37       XBT_CINFO(xbt_cfg, "Switching to the L07 model to handle parallel tasks.");
  38       xbt_assert(cfg_ptask_solver != "maxmin", "Invalid configuration. Cannot use maxmin solver with parallel tasks.");
  39
  40       xbt_assert(simgrid::config::is_default("network/model") && simgrid::config::is_default("cpu/model"),
  41                  "Changing the network or CPU model is not allowed when using the ptasks host model.");
  42
  43       auto* system    = simgrid::kernel::lmm::System::build(cfg_ptask_solver.get(), true /* selective update */);
  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     });
  49
  50 namespace simgrid::kernel::resource {
  51
  52 HostL07Model::HostL07Model(const std::string& name, lmm::System* sys) : HostModel(name)
  53 {
  54   set_maxmin_system(sys);
  55
  56   auto net_model = std::make_shared<NetworkL07Model>("Network_Ptask", this, sys);
  57   auto engine    = EngineImpl::get_instance();
  58   engine->add_model(net_model);
  59   engine->get_netzone_root()->set_network_model(net_model);
  60
  61   auto cpu_model = std::make_shared<CpuL07Model>("Cpu_Ptask", this, sys);
  62   engine->add_model(cpu_model);
  63   engine->get_netzone_root()->set_cpu_pm_model(cpu_model);
  64
  65   simgrid_disk_models().by_name("S19").init();
  66 }
  67
  68 CpuL07Model::CpuL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  69     : CpuModel(name), hostModel_(hmodel)
  70 {
  71   set_maxmin_system(sys);
  72 }
  73
  74 CpuL07Model::~CpuL07Model()
  75 {
  76   set_maxmin_system(nullptr);
  77 }
  78
  79 NetworkL07Model::NetworkL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  80     : NetworkModel(name), hostModel_(hmodel)
  81 {
  82   set_maxmin_system(sys);
  83   loopback_.reset(create_link("__loopback__", {simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-bw")}));
  84   loopback_->set_sharing_policy(s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE, {});
  85   loopback_->set_latency(simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-lat"));
  86   loopback_->get_iface()->seal();
  87 }
  88
  89 NetworkL07Model::~NetworkL07Model()
  90 {
  91   set_maxmin_system(nullptr);
  92 }
  93
  94 double HostL07Model::next_occurring_event(double now)
  95 {
  96   double min = HostModel::next_occurring_event_full(now);
  97   for (Action const& action : *get_started_action_set()) {
  98     const auto& net_action = static_cast<const L07Action&>(action);
  99     if (net_action.get_latency() > 0 && (min < 0 || net_action.get_latency() < min)) {
 100       min = net_action.get_latency();
 101       XBT_DEBUG("Updating min with %p (start %f): %f", &net_action, net_action.get_start_time(), min);
 102     }
 103   }
 104   XBT_DEBUG("min value: %f", min);
 105
 106   return min;
 107 }
 108
 109 void HostL07Model::update_actions_state(double /*now*/, double delta)
 110 {
 111   for (auto it = std::begin(*get_started_action_set()); it != std::end(*get_started_action_set());) {
 112     auto& action = static_cast<L07Action&>(*it);
 113     ++it; // increment iterator here since the following calls to action.finish() may invalidate it
 114     if (action.get_latency() > 0) {
 115       if (action.get_latency() > delta) {
 116         action.update_latency(delta, sg_precision_timing);
 117       } else {
 118         action.set_latency(0.0);
 119       }
 120       if ((action.get_latency() <= 0.0) && (action.is_suspended() == 0)) {
 121         action.update_bound();
 122         get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action.get_variable(), 1.0);
 123         action.set_last_update();
 124       }
 125     }
 126     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g) updated by %g.", &action, action.get_remains(), action.get_rate() * delta);
 127     action.update_remains(action.get_rate() * delta);
 128     action.update_max_duration(delta);
 129
 130     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g).", &action, action.get_remains());
 131
 132     /* In the next if cascade, the action can be finished either because:
 133      *  - The amount of remaining work reached 0
 134      *  - The max duration was reached
 135      * If it's not done, it may have failed.
 136      */
 137
 138     if (((action.get_remains() <= 0) && (action.get_variable()->get_penalty() > 0)) ||
 139         ((action.get_max_duration() != NO_MAX_DURATION) && (action.get_max_duration() <= 0))) {
 140       action.finish(Action::State::FINISHED);
 141       continue;
 142     }
 143
 144     /* Need to check that none of the model has failed */
 145     int i                               = 0;
 146     const lmm::Constraint* cnst         = action.get_variable()->get_constraint(i);
 147     while (cnst != nullptr) {
 148       i++;
 149       if (not cnst->get_id()->is_on()) {
 150         XBT_DEBUG("Action (%p) Failed!!", &action);
 151         action.finish(Action::State::FAILED);
 152         break;
 153       }
 154       cnst = action.get_variable()->get_constraint(i);
 155     }
 156   }
 157 }
 158
 159 CpuAction* HostL07Model::execute_parallel(const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 160                                           const double* bytes_amount, double rate)
 161 {
 162   return new L07Action(this, host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 163 }
 164
 165 L07Action::L07Action(Model* model, const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 166                      const double* bytes_amount, double rate)
 167     : CpuAction(model, 1.0, false)
 168     , host_list_(host_list)
 169     , computation_amount_(flops_amount)
 170     , communication_amount_(bytes_amount)
 171     , rate_(rate)
 172 {
 173   size_t link_nb       = 0;
 174   const size_t host_nb = host_list_.size();
 175   size_t used_host_nb  = 0; /* Only the hosts with something to compute (>0 flops) are counted) */
 176   double latency       = 0.0;
 177   this->set_last_update();
 178
 179   if (flops_amount != nullptr)
 180     used_host_nb += std::count_if(flops_amount, flops_amount + host_nb, [](double x) { return x > 0.0; });
 181
 182   /* Compute the number of affected resources... */
 183   if (bytes_amount != nullptr) {
 184     std::unordered_set<const char*> affected_links;
 185
 186     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 187       if (bytes_amount[k] <= 0)
 188         continue;
 189
 190       double lat = 0.0;
 191       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 192       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, &lat);
 193       latency = std::max(latency, lat);
 194
 195       for (auto const& link : route)
 196         affected_links.insert(link->get_cname());
 197     }
 198
 199     link_nb = affected_links.size();
 200   }
 201
 202   XBT_DEBUG("Creating a parallel task (%p) with %zu hosts and %zu unique links.", this, host_nb, link_nb);
 203   latency_ = latency;
 204
 205   set_variable(model->get_maxmin_system()->variable_new(this, 1.0, (rate > 0 ? rate : -1.0), host_nb + link_nb));
 206
 207   if (latency_ > 0)
 208     model->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(get_variable(), 0.0);
 209
 210   /* Expand it for the CPUs even if there is nothing to compute, to make sure that it gets expended even if there is no
 211    * communication either */
 212   for (size_t i = 0; i < host_nb; i++) {
 213     model->get_maxmin_system()->expand(host_list[i]->get_cpu()->get_constraint(), get_variable(),
 214                                        (flops_amount == nullptr ? 0.0 : flops_amount[i]), true);
 215   }
 216
 217   if (bytes_amount != nullptr) {
 218     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 219       if (bytes_amount[k] <= 0.0)
 220         continue;
 221       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 222       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, nullptr);
 223
 224       for (auto const& link : route)
 225         model->get_maxmin_system()->expand(link->get_constraint(), this->get_variable(), bytes_amount[k]);
 226     }
 227   }
 228
 229   if (link_nb + used_host_nb == 0) {
 230     this->set_cost(1.0);
 231     this->set_remains(0.0);
 232   }
 233   /* finally calculate the initial bound value */
 234   update_bound();
 235 }
 236
 237 Action* NetworkL07Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate, bool /* streamed */)
 238 {
 239   std::vector<s4u::Host*> host_list = {src, dst};
 240   const auto* flops_amount          = new double[2]();
 241   auto* bytes_amount                = new double[4]();
 242
 243   bytes_amount[1] = size;
 244
 245   Action* res = hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 246   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 247   return res;
 248 }
 249
 250 CpuImpl* CpuL07Model::create_cpu(s4u::Host* host, const std::vector<double>& speed_per_pstate)
 251 {
 252   return (new CpuL07(host, speed_per_pstate))->set_model(this);
 253 }
 254
 255 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 256 {
 257   xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "Non WIFI link must have only 1 bandwidth.");
 258   auto link = new LinkL07(name, bandwidths[0], get_maxmin_system());
 259   link->set_model(this);
 260   return link;
 261 }
 262
 263 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_wifi_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 264 {
 265   THROW_UNIMPLEMENTED;
 266 }
 267
 268 /************
 269  * Resource *
 270  ************/
 271
 272 CpuAction* CpuL07::execution_start(double size, double user_bound)
 273 {
 274   std::vector<s4u::Host*> host_list = {get_iface()};
 275   xbt_assert(user_bound <= 0, "User bound not supported by ptask model");
 276
 277   auto* flops_amount = new double[host_list.size()]();
 278   flops_amount[0]    = size;
 279
 280   CpuAction* res =
 281       static_cast<CpuL07Model*>(get_model())->hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, nullptr, -1);
 282   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 283   return res;
 284 }
 285
 286 CpuAction* CpuL07::sleep(double duration)
 287 {
 288   auto* action = static_cast<L07Action*>(execution_start(1.0, -1));
 289   action->set_max_duration(duration);
 290   action->set_suspend_state(Action::SuspendStates::SLEEPING);
 291   get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action->get_variable(), 0.0);
 292
 293   return action;
 294 }
 295
 296 /** @brief take into account changes of speed (either load or max) */
 297 void CpuL07::on_speed_change()
 298 {
 299   const lmm::Element* elem = nullptr;
 300
 301   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), get_core_count() * speed_.peak * speed_.scale);
 302
 303   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 304     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 305     action->update_bound();
 306   }
 307
 308   CpuImpl::on_speed_change();
 309 }
 310
 311 LinkL07::LinkL07(const std::string& name, double bandwidth, lmm::System* system) : StandardLinkImpl(name)
 312 {
 313   this->set_constraint(system->constraint_new(this, bandwidth));
 314   bandwidth_.peak = bandwidth;
 315 }
 316
 317 void CpuL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 318 {
 319   XBT_DEBUG("Updating cpu %s (%p) with value %g", get_cname(), this, value);
 320   if (triggered == speed_.event) {
 321     speed_.scale = value;
 322     on_speed_change();
 323     tmgr_trace_event_unref(&speed_.event);
 324
 325   } else if (triggered == get_state_event()) {
 326     if (value > 0) {
 327       if (not is_on()) {
 328         XBT_VERB("Restart actors on host %s", get_iface()->get_cname());
 329         get_iface()->turn_on();
 330       }
 331     } else
 332       get_iface()->turn_off();
 333
 334     unref_state_event();
 335   } else {
 336     xbt_die("Unknown event!\n");
 337   }
 338 }
 339
 340 void LinkL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 341 {
 342   XBT_DEBUG("Updating link %s (%p) with value=%f", get_cname(), this, value);
 343   if (triggered == bandwidth_.event) {
 344     set_bandwidth(value);
 345     tmgr_trace_event_unref(&bandwidth_.event);
 346
 347   } else if (triggered == latency_.event) {
 348     set_latency(value);
 349     tmgr_trace_event_unref(&latency_.event);
 350
 351   } else if (triggered == get_state_event()) {
 352     if (value > 0)
 353       turn_on();
 354     else
 355       turn_off();
 356     unref_state_event();
 357   } else {
 358     xbt_die("Unknown event ! \n");
 359   }
 360 }
 361
 362 void LinkL07::set_bandwidth(double value)
 363 {
 364   bandwidth_.peak = value;
 365   StandardLinkImpl::on_bandwidth_change();
 366
 367   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), bandwidth_.peak * bandwidth_.scale);
 368 }
 369
 370 void LinkL07::set_latency(double value)
 371 {
 372   latency_check(value);
 373   const lmm::Element* elem = nullptr;
 374
 375   latency_.peak = value;
 376   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 377     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 378     action->update_bound();
 379   }
 380 }
 381 LinkL07::~LinkL07() = default;
 382
 383 /**********
 384  * Action *
 385  **********/
 386
 387 L07Action::~L07Action()
 388 {
 389   if (free_arrays_) {
 390     delete[] computation_amount_;
 391     delete[] communication_amount_;
 392   }
 393 }
 394
 395 double L07Action::calculate_network_bound() const
 396 {
 397   double lat_current = 0.0;
 398   double lat_bound   = std::numeric_limits<double>::max();
 399
 400   size_t host_count = host_list_.size();
 401
 402   if (communication_amount_ == nullptr) {
 403     return lat_bound;
 404   }
 405
 406   for (size_t i = 0; i < host_count; i++) {
 407     for (size_t j = 0; j < host_count; j++) {
 408       if (communication_amount_[i * host_count + j] > 0) {
 409         double lat = 0.0;
 410         std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 411         host_list_.at(i)->route_to(host_list_.at(j), route, &lat);
 412
 413         lat_current = std::max(lat_current, lat * communication_amount_[i * host_count + j]);
 414       }
 415     }
 416   }
 417   if (lat_current > 0) {
 418     lat_bound = NetworkModel::cfg_tcp_gamma / (2.0 * lat_current);
 419   }
 420   return lat_bound;
 421 }
 422
 423 double L07Action::calculate_cpu_bound() const
 424 {
 425   double cpu_bound = std::numeric_limits<double>::max();
 426
 427   if (computation_amount_ == nullptr) {
 428     return cpu_bound;
 429   }
 430
 431   for (size_t i = 0; i < host_list_.size(); i++) {
 432     if (computation_amount_[i] > 0) {
 433       cpu_bound = std::min(cpu_bound, host_list_[i]->get_cpu()->get_speed(1.0) *
 434                                           host_list_[i]->get_cpu()->get_speed_ratio() / computation_amount_[i]);
 435     }
 436   }
 437   return cpu_bound;
 438 }
 439
 440 void L07Action::update_bound() const
 441 {
 442   double bound = std::min(calculate_network_bound(), calculate_cpu_bound());
 443
 444   XBT_DEBUG("action (%p) : bound = %g", this, bound);
 445
 446   /* latency has been paid (or no latency), we can set the appropriate bound for multicore or network limit */
 447   if ((bound < std::numeric_limits<double>::max()) && (latency_ <= 0.0)) {
 448     if (rate_ < 0)
 449       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), bound);
 450     else
 451       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), std::min(rate_, bound));
 452   }
 453 }
 454
 455 } // namespace simgrid::kernel::resource