Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
76e254de8447343508bf8d31269d68889bf1afd2
[simgrid.git] / src / surf / plugins / energy.cpp
1 /* Copyright (c) 2010, 2012-2015. The SimGrid Team.
2  * All rights reserved.                                                     */
3
4 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
5  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
6
7 #include <utility>
8 #include <vector>
9
10 #include "simgrid/plugins/energy.h"
11 #include "simgrid/simix.hpp"
12 #include "src/surf/plugins/energy.hpp"
13 #include "src/surf/cpu_interface.hpp"
14 #include "src/surf/virtual_machine.hpp"
15
16 /** @addtogroup SURF_plugin_energy
17
18
19 This is the energy plugin, enabling to account not only for computation time,
20 but also for the dissipated energy in the simulated platform.
21
22 The energy consumption of a CPU depends directly of its current load. Specify that consumption in your platform file as follows:
23
24 \verbatim
25 <host id="HostA" power="100.0Mf" >
26     <prop id="watt_per_state" value="100.0:200.0" />
27     <prop id="watt_off" value="10" />
28 </host>
29 \endverbatim
30
31 The first property means that when your host is up and running, but without anything to do, it will dissipate 100 Watts.
32 If it's fully loaded, it will dissipate 200 Watts. If its load is at 50%, then it will dissipate 150 Watts.
33 The second property means that when your host is turned off, it will dissipate only 10 Watts (please note that these values are arbitrary).
34
35 If your CPU is using pstates, then you can provide one consumption interval per pstate.
36
37 \verbatim
38 <host id="HostB" power="100.0Mf,50.0Mf,20.0Mf" pstate="0" >
39     <prop id="watt_per_state" value="95.0:200.0, 93.0:170.0, 90.0:150.0" />
40     <prop id="watt_off" value="10" />
41 </host>
42 \endverbatim
43
44 That host has 3 levels of performance with the following performance: 100 Mflop/s, 50 Mflop/s or 20 Mflop/s.
45 It starts at pstate 0 (ie, at 100 Mflop/s). In this case, you have to specify one interval per pstate in the watt_per_state property.
46 In this example, the idle consumption is 95 Watts, 93 Watts and 90 Watts in each pstate while the CPU burn consumption are at 200 Watts,
47 170 Watts and 150 Watts respectively.
48
49 To change the pstate of a given CPU, use the following functions: #MSG_host_get_nb_pstates(), simgrid#s4u#Host#set_pstate(), #MSG_host_get_power_peak_at().
50
51 To simulate the energy-related elements, first call the simgrid#energy#sg_energy_plugin_init() before your #MSG_init(),
52 and then use the following function to retrieve the consumption of a given host: MSG_host_get_consumed_energy().
53  */
54
55 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_energy, surf,
56                                 "Logging specific to the SURF energy plugin");
57
58 using simgrid::energy::HostEnergy;
59
60 namespace simgrid {
61 namespace energy {
62
63 simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostEnergy> HostEnergy::EXTENSION_ID;
64
65 /* Computes the consumption so far.  Called lazily on need. */
66 void HostEnergy::update()
67 {
68   simgrid::surf::HostImpl* surf_host = host->extension<simgrid::surf::HostImpl>();
69   double start_time = this->last_updated;
70   double finish_time = surf_get_clock();
71   double cpu_load;
72   if (surf_host->p_cpu->speed_.peak == 0)
73     // Some users declare a pstate of speed 0 flops (eg to model boot time).
74     // We consider that the machine is then fully loaded. That's arbitrary but it avoids a NaN
75     cpu_load = 1;
76   else
77     cpu_load = lmm_constraint_get_usage(surf_host->p_cpu->getConstraint())
78                 / surf_host->p_cpu->speed_.peak;
79
80   if (cpu_load > 1) // A machine with a load > 1 consumes as much as a fully loaded machine, not mores
81     cpu_load = 1;
82
83   double previous_energy = this->total_energy;
84
85   double instantaneous_consumption;
86   if (host->isOff())
87     instantaneous_consumption = this->watts_off;
88   else
89     instantaneous_consumption = this->getCurrentWattsValue(cpu_load);
90
91   double energy_this_step = instantaneous_consumption*(finish_time-start_time);
92
93   this->total_energy = previous_energy + energy_this_step;
94   this->last_updated = finish_time;
95
96   XBT_DEBUG("[update_energy of %s] period=[%.2f-%.2f]; current power peak=%.0E flop/s; consumption change: %.2f J -> %.2f J",
97       surf_host->getName(), start_time, finish_time, surf_host->p_cpu->speed_.peak, previous_energy, energy_this_step);
98 }
99
100 HostEnergy::HostEnergy(simgrid::s4u::Host *ptr) :
101   host(ptr), last_updated(surf_get_clock())
102 {
103   initWattsRangeList();
104
105   if (host->properties() != nullptr) {
106     char* off_power_str = (char*)xbt_dict_get_or_null(host->properties(), "watt_off");
107     if (off_power_str != nullptr) {
108       char *msg = bprintf("Invalid value for property watt_off of host %s: %%s",host->name().c_str());
109       watts_off = xbt_str_parse_double(off_power_str, msg);
110       xbt_free(msg);
111     }
112     else
113       watts_off = 0;
114   }
115
116 }
117
118 HostEnergy::~HostEnergy()
119 {
120 }
121
122 double HostEnergy::getWattMinAt(int pstate)
123 {
124   xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
125     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
126   return power_range_watts_list[pstate].first;
127 }
128
129 double HostEnergy::getWattMaxAt(int pstate)
130 {
131   xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
132     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
133   return power_range_watts_list[pstate].second;
134 }
135
136 /** @brief Computes the power consumed by the host according to the current pstate and processor load */
137 double HostEnergy::getCurrentWattsValue(double cpu_load)
138 {
139   xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
140     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
141
142   /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
143   /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
144   auto range = power_range_watts_list.at(host->pstate());
145   double min_power = range.first;
146   double max_power = range.second;
147   double power_slope = max_power - min_power;
148   double current_power = min_power + cpu_load * power_slope;
149
150   XBT_DEBUG("[get_current_watts] min_power=%f, max_power=%f, slope=%f", min_power, max_power, power_slope);
151   XBT_DEBUG("[get_current_watts] Current power (watts) = %f, load = %f", current_power, cpu_load);
152
153   return current_power;
154 }
155
156 double HostEnergy::getConsumedEnergy()
157 {
158   if (last_updated < surf_get_clock()) // We need to simcall this as it modifies the environment
159     simgrid::simix::kernel(std::bind(&HostEnergy::update, this));
160
161   return total_energy;
162 }
163
164 void HostEnergy::initWattsRangeList()
165 {
166   if (host->properties() == nullptr)
167     return;
168   char* all_power_values_str =
169     (char*)xbt_dict_get_or_null(host->properties(), "watt_per_state");
170   if (all_power_values_str == nullptr)
171     return;
172
173   xbt_dynar_t all_power_values = xbt_str_split(all_power_values_str, ",");
174   int pstate_nb = xbt_dynar_length(all_power_values);
175
176   for (int i=0; i< pstate_nb; i++)
177   {
178     /* retrieve the power values associated with the current pstate */
179     xbt_dynar_t current_power_values = xbt_str_split(xbt_dynar_get_as(all_power_values, i, char*), ":");
180     xbt_assert(xbt_dynar_length(current_power_values) > 1,
181         "Power properties incorrectly defined - "
182         "could not retrieve min and max power values for host %s",
183         host->name().c_str());
184
185     /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
186     /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
187     char *msg_min = bprintf("Invalid min value for pstate %d on host %s: %%s", i, host->name().c_str());
188     char *msg_max = bprintf("Invalid min value for pstate %d on host %s: %%s", i, host->name().c_str());
189     power_range_watts_list.push_back(power_range(
190       xbt_str_parse_double(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 0, char*), msg_min),
191       xbt_str_parse_double(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 1, char*), msg_max)
192     ));
193     xbt_free(msg_min);
194     xbt_free(msg_max);
195
196     xbt_dynar_free(&current_power_values);
197   }
198   xbt_dynar_free(&all_power_values);
199 }
200
201 }
202 }
203
204 /* **************************** events  callback *************************** */
205 static void onCreation(simgrid::s4u::Host& host) {
206   simgrid::surf::HostImpl* surf_host = host.extension<simgrid::surf::HostImpl>();
207   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host)) // Ignore virtual machines
208     return;
209   host.extension_set(new HostEnergy(&host));
210 }
211
212 static void onActionStateChange(simgrid::surf::CpuAction *action, simgrid::surf::Action::State previous) {
213   for(simgrid::surf::Cpu* cpu : action->cpus()) {
214     const char *name = cpu->getName();
215     sg_host_t sghost = sg_host_by_name(name);
216     if(sghost == nullptr)
217       continue;
218     simgrid::surf::HostImpl *host = sghost->extension<simgrid::surf::HostImpl>();
219     simgrid::surf::VirtualMachine *vm = dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host);
220     if (vm) // If it's a VM, take the corresponding PM
221       host = vm->getPm()->extension<simgrid::surf::HostImpl>();
222
223     HostEnergy *host_energy = host->p_host->extension<HostEnergy>();
224
225     if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
226       host_energy->update();
227   }
228 }
229
230 static void onHostStateChange(simgrid::s4u::Host &host) {
231   simgrid::surf::HostImpl* surf_host = host.extension<simgrid::surf::HostImpl>();
232   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host)) // Ignore virtual machines
233     return;
234
235   HostEnergy *host_energy = host.extension<HostEnergy>();
236
237   if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
238     host_energy->update();
239 }
240
241 static void onHostDestruction(simgrid::s4u::Host& host) {
242   // Ignore virtual machines
243   simgrid::surf::HostImpl* surf_host = host.extension<simgrid::surf::HostImpl>();
244   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host))
245     return;
246   HostEnergy *host_energy = host.extension<HostEnergy>();
247   host_energy->update();
248   XBT_INFO("Total energy of host %s: %f Joules",
249     host.name().c_str(), host_energy->getConsumedEnergy());
250 }
251
252 /* **************************** Public interface *************************** */
253 /** \ingroup SURF_plugin_energy
254  * \brief Enable energy plugin
255  * \details Enable energy plugin to get joules consumption of each cpu. You should call this function before #MSG_init().
256  */
257 void sg_energy_plugin_init(void)
258 {
259   if (HostEnergy::EXTENSION_ID.valid())
260     return;
261
262   HostEnergy::EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create<HostEnergy>();
263
264   simgrid::s4u::Host::onCreation.connect(&onCreation);
265   simgrid::s4u::Host::onStateChange.connect(&onHostStateChange);
266   simgrid::s4u::Host::onDestruction.connect(&onHostDestruction);
267   simgrid::surf::CpuAction::onStateChange.connect(&onActionStateChange);
268 }
269
270 /** @brief Returns the total energy consumed by the host so far (in Joules)
271  *
272  *  See also @ref SURF_plugin_energy.
273  */
274 double sg_host_get_consumed_energy(sg_host_t host) {
275   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
276     "The Energy plugin is not active. "
277     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
278   return host->extension<HostEnergy>()->getConsumedEnergy();
279 }
280
281 /** @brief Get the amount of watt dissipated at the given pstate when the host is idling */
282 double sg_host_get_wattmin_at(sg_host_t host, int pstate) {
283   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
284     "The Energy plugin is not active. "
285     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
286   return host->extension<HostEnergy>()->getWattMinAt(pstate);
287 }
288 /** @brief  Returns the amount of watt dissipated at the given pstate when the host burns CPU at 100% */
289 double sg_host_get_wattmax_at(sg_host_t host, int pstate) {
290   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
291     "The Energy plugin is not active. "
292     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
293   return host->extension<HostEnergy>()->getWattMaxAt(pstate);
294 }