src/surf/plugins/host_dvfs.cpp

   1 /* Copyright (c) 2010, 2012-2018. 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/plugins/dvfs.h"
   7 #include "simgrid/plugins/load.h"
   8 #include "simgrid/simix.hpp"
   9 #include "src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp"
  10 #include "src/surf/cpu_interface.hpp"
  11
  12 #include <boost/algorithm/string.hpp>
  13 #include <boost/algorithm/string/classification.hpp>
  14 #include <boost/algorithm/string/split.hpp>
  15 #include <simgrid/msg.h>
  16 #include <simgrid/s4u/Engine.hpp>
  17 #include <string>
  18 #include <utility>
  19 #include <vector>
  20 #include <xbt/config.hpp>
  21
  22 /** @addtogroup SURF_plugin_load
  23
  24   This plugin makes it very simple for users to obtain the current load for each host.
  25
  26 */
  27
  28 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_plugin_dvfs, surf, "Logging specific to the SURF HostDvfs plugin");
  29
  30 static const char* property_sampling_rate = "plugin/dvfs/sampling_rate";
  31 static const char* property_governor      = "plugin/dvfs/governor";
  32
  33 namespace simgrid {
  34 namespace plugin {
  35
  36 namespace dvfs {
  37 class Governor {
  38
  39 protected:
  40   simgrid::s4u::Host* host;
  41
  42 public:
  43   double sampling_rate;
  44
  45   explicit Governor(simgrid::s4u::Host* ptr) : host(ptr) { init(); }
  46   virtual ~Governor() = default;
  47
  48   void init()
  49   {
  50     const char* local_sampling_rate_config = host->getProperty(property_sampling_rate);
  51     double global_sampling_rate_config     = xbt_cfg_get_double(property_sampling_rate);
  52     if (local_sampling_rate_config != nullptr) {
  53       sampling_rate = std::stod(local_sampling_rate_config);
  54     } else {
  55       sampling_rate = global_sampling_rate_config;
  56     }
  57   }
  58
  59   virtual void update()         = 0;
  60   virtual std::string getName() = 0;
  61   double samplingRate() { return sampling_rate; }
  62 };
  63
  64 /**
  65  * The linux kernel doc describes this governor as follows:
  66  * https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt
  67  *
  68  * > The CPUfreq governor "performance" sets the CPU statically to the
  69  * > highest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  70  * > scaling_max_freq.
  71  *
  72  * We do not support scaling_min_freq/scaling_max_freq -- we just pick the lowest frequency.
  73  */
  74 class Performance : public Governor {
  75 public:
  76   explicit Performance(simgrid::s4u::Host* ptr) : Governor(ptr) {}
  77
  78   void update() override { host->setPstate(0); }
  79   std::string getName() override { return "Performance"; }
  80 };
  81
  82 /**
  83  * The linux kernel doc describes this governor as follows:
  84  * https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt
  85  *
  86  * > The CPUfreq governor "powersave" sets the CPU statically to the
  87  * > lowest frequency within the borders of scaling_min_freq and
  88  * > scaling_max_freq.
  89  *
  90  * We do not support scaling_min_freq/scaling_max_freq -- we just pick the lowest frequency.
  91  */
  92 class Powersave : public Governor {
  93 public:
  94   explicit Powersave(simgrid::s4u::Host* ptr) : Governor(ptr) {}
  95
  96   void update() override { host->setPstate(host->getPstatesCount() - 1); }
  97   std::string getName() override { return "Powersave"; }
  98 };
  99
 100 /**
 101  * The linux kernel doc describes this governor as follows:
 102  * https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt
 103  *
 104  * > The CPUfreq governor "ondemand" sets the CPU frequency depending on the
 105  * > current system load. [...] when triggered, cpufreq checks
 106  * > the CPU-usage statistics over the last period and the governor sets the
 107  * > CPU accordingly.
 108  */
 109 class OnDemand : public Governor {
 110   /**
 111    * See https://elixir.bootlin.com/linux/v4.15.4/source/drivers/cpufreq/cpufreq_ondemand.c
 112    * DEF_FREQUENCY_UP_THRESHOLD and od_update()
 113    */
 114   double freq_up_threshold = 0.80;
 115
 116 public:
 117   explicit OnDemand(simgrid::s4u::Host* ptr) : Governor(ptr) {}
 118
 119   std::string getName() override { return "OnDemand"; }
 120   void update() override
 121   {
 122     double load = host->getCoreCount() * sg_host_get_avg_load(host);
 123     sg_host_load_reset(host); // Only consider the period between two calls to this method!
 124
 125     if (load > freq_up_threshold) {
 126       host->setPstate(0); /* Run at max. performance! */
 127       XBT_INFO("Load: %f > threshold: %f --> changed to pstate %i", load, freq_up_threshold, 0);
 128     } else {
 129       /* The actual implementation uses a formula here: (See Kernel file cpufreq_ondemand.c:158)
 130        *
 131        *    freq_next = min_f + load * (max_f - min_f) / 100
 132        *
 133        * So they assume that frequency increases by 100 MHz. We will just use
 134        * lowest_pstate - load*pstatesCount()
 135        */
 136       int max_pstate = host->getPstatesCount() - 1;
 137       // Load is now < freq_up_threshold; exclude pstate 0 (the fastest)
 138       // because pstate 0 can only be selected if load > freq_up_threshold
 139       int new_pstate = max_pstate - load * (max_pstate + 1);
 140       host->setPstate(new_pstate);
 141
 142       XBT_DEBUG("Load: %f < threshold: %f --> changed to pstate %i", load, freq_up_threshold, new_pstate);
 143     }
 144   }
 145 };
 146
 147 /**
 148  * This is the conservative governor, which is very similar to the
 149  * OnDemand governor. The Linux Kernel Documentation describes it
 150  * very well, see https://www.kernel.org/doc/Documentation/cpu-freq/governors.txt:
 151  *
 152  * > The CPUfreq governor "conservative", much like the "ondemand"
 153  * > governor, sets the CPU frequency depending on the current usage.  It
 154  * > differs in behaviour in that it gracefully increases and decreases the
 155  * > CPU speed rather than jumping to max speed the moment there is any load
 156  * > on the CPU. This behaviour is more suitable in a battery powered
 157  * > environment.
 158  */
 159 class Conservative : public Governor {
 160   double freq_up_threshold   = .8;
 161   double freq_down_threshold = .2;
 162
 163 public:
 164   explicit Conservative(simgrid::s4u::Host* ptr) : Governor(ptr) {}
 165
 166   virtual std::string getName() override { return "Conservative"; }
 167   virtual void update() override
 168   {
 169     double load = host->getCoreCount() * sg_host_get_avg_load(host);
 170     int pstate  = host->getPstate();
 171     sg_host_load_reset(host); // Only consider the period between two calls to this method!
 172
 173     if (load > freq_up_threshold) {
 174       if (pstate != 0) {
 175         host->setPstate(pstate - 1);
 176         XBT_INFO("Load: %f > threshold: %f -> increasing performance to pstate %d", load, freq_up_threshold, pstate - 1);
 177       }
 178       else {
 179         XBT_DEBUG("Load: %f > threshold: %f -> but cannot speed up even more, already in highest pstate %d", load, freq_up_threshold, pstate);
 180       }
 181     } else if (load < freq_down_threshold) {
 182       int max_pstate = host->getPstatesCount() - 1;
 183       if (pstate != max_pstate) { // Are we in the slowest pstate already?
 184         host->setPstate(pstate + 1);
 185         XBT_INFO("Load: %f < threshold: %f -> slowing down to pstate %d", load, freq_down_threshold, pstate + 1);
 186       }
 187       else {
 188         XBT_DEBUG("Load: %f < threshold: %f -> cannot slow down even more, already in slowest pstate %d", load, freq_down_threshold, pstate);
 189       }
 190     }
 191   }
 192 };
 193
 194 /**
 195  *  Add this to your host tag:
 196  *    - <prop id="plugin/dvfs/governor" value="performance" />
 197  *
 198  *  Valid values as of now are: performance, powersave, ondemand, conservative
 199  *  It doesn't matter if you use uppercase or lowercase.
 200  *
 201  *  For the sampling rate, use this:
 202  *
 203  *    - <prop id="plugin/dvfs/sampling_rate" value="2" />
 204  *
 205  *  This will run the update() method of the specified governor every 2 seconds
 206  *  on that host.
 207  *
 208  *  These properties can also be used within the <config> tag to configure
 209  *  these values globally. Using them within the <host> will overwrite this
 210  *  global configuration
 211  */
 212 class HostDvfs {
 213 public:
 214   static simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostDvfs> EXTENSION_ID;
 215
 216   explicit HostDvfs(simgrid::s4u::Host*);
 217   ~HostDvfs();
 218 };
 219
 220 simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostDvfs> HostDvfs::EXTENSION_ID;
 221
 222 HostDvfs::HostDvfs(simgrid::s4u::Host* ptr) {}
 223
 224 HostDvfs::~HostDvfs() = default;
 225 }
 226 }
 227 }
 228
 229 using simgrid::plugin::dvfs::HostDvfs;
 230
 231 /* **************************** events  callback *************************** */
 232 static void on_host_added(simgrid::s4u::Host& host)
 233 {
 234   if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(&host)) // Ignore virtual machines
 235     return;
 236
 237   std::string name              = std::string("dvfs-daemon-") + host.getCname();
 238   simgrid::s4u::ActorPtr daemon = simgrid::s4u::Actor::createActor(name.c_str(), &host, []() {
 239     /**
 240      * This lambda function is the function the actor (daemon) will execute
 241      * all the time - in the case of the dvfs plugin, this controls when to
 242      * lower/raise the frequency.
 243      */
 244     simgrid::s4u::ActorPtr daemonProc = simgrid::s4u::Actor::self();
 245
 246     XBT_DEBUG("DVFS process on %s is a daemon: %d", daemonProc->getHost()->getName().c_str(), daemonProc->isDaemon());
 247
 248     std::string dvfs_governor;
 249     const char* host_conf = daemonProc->getHost()->getProperty(property_governor);
 250     if (host_conf != nullptr) {
 251       dvfs_governor = std::string(daemonProc->getHost()->getProperty(property_governor));
 252       boost::algorithm::to_lower(dvfs_governor);
 253     } else {
 254       dvfs_governor = xbt_cfg_get_string(property_governor);
 255       boost::algorithm::to_lower(dvfs_governor);
 256     }
 257
 258     auto governor = [&dvfs_governor, &daemonProc]() {
 259       if (dvfs_governor == "conservative") {
 260         return std::unique_ptr<simgrid::plugin::dvfs::Governor>(
 261             new simgrid::plugin::dvfs::Conservative(daemonProc->getHost()));
 262       } else if (dvfs_governor == "ondemand") {
 263         return std::unique_ptr<simgrid::plugin::dvfs::Governor>(
 264             new simgrid::plugin::dvfs::OnDemand(daemonProc->getHost()));
 265       } else if (dvfs_governor == "performance") {
 266         return std::unique_ptr<simgrid::plugin::dvfs::Governor>(
 267             new simgrid::plugin::dvfs::Performance(daemonProc->getHost()));
 268       } else if (dvfs_governor == "powersave") {
 269         return std::unique_ptr<simgrid::plugin::dvfs::Governor>(
 270             new simgrid::plugin::dvfs::Powersave(daemonProc->getHost()));
 271       } else {
 272         XBT_CRITICAL("No governor specified for host %s, falling back to Performance",
 273                      daemonProc->getHost()->getCname());
 274         return std::unique_ptr<simgrid::plugin::dvfs::Governor>(
 275             new simgrid::plugin::dvfs::Performance(daemonProc->getHost()));
 276       }
 277     }();
 278
 279     while (1) {
 280       // Sleep *before* updating; important for startup (i.e., t = 0).
 281       // In the beginning, we want to go with the pstates specified in the platform file
 282       // (so we sleep first)
 283       simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(governor->samplingRate());
 284       governor->update();
 285       XBT_DEBUG("Governor (%s) just updated!", governor->getName().c_str());
 286     }
 287
 288     XBT_WARN("I should have never reached this point: daemons should be killed when all regular processes are done");
 289     return 0;
 290   });
 291
 292   // This call must be placed in this function. Otherweise, the daemonize() call comes too late and
 293   // SMPI will take this process as an MPI process!
 294   daemon->daemonize();
 295 }
 296
 297 /* **************************** Public interface *************************** */
 298 extern "C" {
 299
 300 /** \ingroup SURF_plugin_load
 301  * \brief Initializes the HostDvfs plugin
 302  * \details The HostDvfs plugin provides an API to get the current load of each host.
 303  */
 304 void sg_host_dvfs_plugin_init()
 305 {
 306   if (HostDvfs::EXTENSION_ID.valid())
 307     return;
 308
 309   HostDvfs::EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create<HostDvfs>();
 310
 311   sg_host_load_plugin_init();
 312
 313   simgrid::s4u::Host::onCreation.connect(&on_host_added);
 314   xbt_cfg_register_double(property_sampling_rate, 0.1, nullptr,
 315                           "How often should the dvfs plugin check whether the frequency needs to be changed?");
 316   xbt_cfg_register_string(property_governor, "performance", nullptr,
 317                           "Which Governor should be used that adapts the CPU frequency?");
 318 }
 319 }