src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2019. 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 "src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp"
   7 #include "src/include/surf/surf.hpp"
   8 #include "src/simix/ActorImpl.hpp"
   9 #include "src/kernel/activity/ExecImpl.hpp"
  10 #include "xbt/asserts.h" // xbt_log_no_loc
  11
  12 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_vm, surf, "Logging specific to the SURF VM module");
  13
  14 simgrid::vm::VMModel* surf_vm_model = nullptr;
  15
  16 void surf_vm_model_init_HL13()
  17 {
  18   if (surf_cpu_model_vm != nullptr)
  19     surf_vm_model = new simgrid::vm::VMModel();
  20 }
  21
  22 namespace simgrid {
  23 namespace vm {
  24 /*************
  25  * Callbacks *
  26  *************/
  27 simgrid::xbt::signal<void(VirtualMachineImpl*)> VirtualMachineImpl::on_creation;
  28 simgrid::xbt::signal<void(VirtualMachineImpl*)> VirtualMachineImpl::on_destruction;
  29 simgrid::xbt::signal<void(VirtualMachineImpl*)> VirtualMachineImpl::on_state_change;
  30 /*********
  31  * Model *
  32  *********/
  33
  34 std::deque<s4u::VirtualMachine*> VirtualMachineImpl::allVms_;
  35
  36 /* In the real world, processes on the guest operating system will be somewhat degraded due to virtualization overhead.
  37  * The total CPU share these processes get is smaller than that of the VM process gets on a host operating system.
  38  * FIXME: add a configuration flag for this
  39  */
  40 const double virt_overhead = 1; // 0.95
  41
  42 static void host_state_change(s4u::Host& host)
  43 {
  44   if (not host.is_on()) { // just turned off.
  45     std::vector<s4u::VirtualMachine*> trash;
  46     /* Find all VMs living on that host */
  47     for (s4u::VirtualMachine* const& vm : VirtualMachineImpl::allVms_)
  48       if (vm->get_pm() == &host)
  49         trash.push_back(vm);
  50     for (s4u::VirtualMachine* vm : trash)
  51       vm->shutdown();
  52   }
  53 }
  54
  55 static s4u::VirtualMachine* get_vm_from_task(kernel::activity::ActivityImplPtr task)
  56 {
  57   kernel::activity::ExecImpl* exec = dynamic_cast<kernel::activity::ExecImpl*>(task.get());
  58   return exec != nullptr ? dynamic_cast<s4u::VirtualMachine*>(exec->host_) : nullptr;
  59 }
  60
  61 static void add_active_task(kernel::activity::ActivityImplPtr task)
  62 {
  63   s4u::VirtualMachine* vm = get_vm_from_task(task);
  64   if (vm != nullptr) {
  65     VirtualMachineImpl *vm_impl = vm->get_impl();
  66     vm_impl->active_tasks_ = vm_impl->active_tasks_ + 1;
  67     vm_impl->update_action_weight();
  68   }
  69 }
  70
  71 static void remove_active_task(kernel::activity::ActivityImplPtr task)
  72 {
  73   s4u::VirtualMachine* vm = get_vm_from_task(task);
  74   if (vm != nullptr) {
  75     VirtualMachineImpl *vm_impl = vm->get_impl();
  76     vm_impl->active_tasks_ = vm_impl->active_tasks_ - 1;
  77     vm_impl->update_action_weight();
  78   }
  79 }
  80
  81 VMModel::VMModel()
  82 {
  83   all_existing_models.push_back(this);
  84   s4u::Host::on_state_change.connect(host_state_change);
  85   kernel::activity::ExecImpl::on_creation.connect(add_active_task);
  86   kernel::activity::ExecImpl::on_completion.connect(remove_active_task);
  87   kernel::activity::ActivityImpl::on_resumed.connect(add_active_task);
  88   kernel::activity::ActivityImpl::on_suspended.connect(remove_active_task);
  89 }
  90
  91 double VMModel::next_occuring_event(double now)
  92 {
  93   /* TODO: update action's cost with the total cost of processes on the VM. */
  94
  95   /* 1. Now we know how many resource should be assigned to each virtual
  96    * machine. We update constraints of the virtual machine layer.
  97    *
  98    * If we have two virtual machine (VM1 and VM2) on a physical machine (PM1).
  99    *     X1 + X2 = C       (Equation 1)
 100    * where
 101    *    the resource share of VM1: X1
 102    *    the resource share of VM2: X2
 103    *    the capacity of PM1: C
 104    *
 105    * Then, if we have two process (P1 and P2) on VM1.
 106    *     X1_1 + X1_2 = X1  (Equation 2)
 107    * where
 108    *    the resource share of P1: X1_1
 109    *    the resource share of P2: X1_2
 110    *    the capacity of VM1: X1
 111    *
 112    * Equation 1 was solved in the physical machine layer.
 113    * Equation 2 is solved in the virtual machine layer (here).
 114    * X1 must be passed to the virtual machine layer as a constraint value.
 115    **/
 116
 117   /* iterate for all virtual machines */
 118   for (s4u::VirtualMachine* const& ws_vm : VirtualMachineImpl::allVms_) {
 119     surf::Cpu* cpu = ws_vm->pimpl_cpu;
 120
 121     double solved_value =
 122         ws_vm->get_impl()->action_->get_variable()->get_value(); // this is X1 in comment above, what
 123                                                                  // this VM got in the sharing on the PM
 124     XBT_DEBUG("assign %f to vm %s @ pm %s", solved_value, ws_vm->get_cname(), ws_vm->get_pm()->get_cname());
 125
 126     xbt_assert(cpu->get_model() == surf_cpu_model_vm);
 127     kernel::lmm::System* vcpu_system = cpu->get_model()->get_maxmin_system();
 128     vcpu_system->update_constraint_bound(cpu->get_constraint(), virt_overhead * solved_value);
 129   }
 130
 131   /* 2. Ready. Get the next occurring event */
 132   return surf_cpu_model_vm->next_occuring_event(now);
 133 }
 134
 135 /************
 136  * Resource *
 137  ************/
 138
 139 VirtualMachineImpl::VirtualMachineImpl(simgrid::s4u::VirtualMachine* piface, simgrid::s4u::Host* host_PM,
 140                                        int core_amount, size_t ramsize)
 141     : HostImpl(piface), physical_host_(host_PM), core_amount_(core_amount), user_bound_(std::numeric_limits<double>::max()), ramsize_(ramsize)
 142 {
 143   /* Register this VM to the list of all VMs */
 144   allVms_.push_back(piface);
 145
 146   /* We create cpu_action corresponding to a VM process on the host operating system. */
 147   /* TODO: we have to periodically input GUESTOS_NOISE to the system? how ?
 148    * The value for GUESTOS_NOISE corresponds to the cost of the global action associated to the VM.  It corresponds to
 149    * the cost of a VM running no tasks.
 150    */
 151   action_ = host_PM->pimpl_cpu->execution_start(0, core_amount);
 152
 153   // It's empty for now, so it should not request resources in the PM
 154   update_action_weight();
 155
 156   XBT_VERB("Create VM(%s)@PM(%s)", piface->get_cname(), physical_host_->get_cname());
 157   on_creation(this);
 158 }
 159
 160 /** @brief A physical host does not disappear in the current SimGrid code, but a VM may disappear during a simulation */
 161 VirtualMachineImpl::~VirtualMachineImpl()
 162 {
 163   on_destruction(this);
 164   /* I was already removed from the allVms set if the VM was destroyed cleanly */
 165   auto iter = find(allVms_.begin(), allVms_.end(), piface_);
 166   if (iter != allVms_.end())
 167     allVms_.erase(iter);
 168
 169   /* Free the cpu_action of the VM. */
 170   XBT_ATTRIB_UNUSED bool ret = action_->unref();
 171   xbt_assert(ret, "Bug: some resource still remains");
 172 }
 173
 174 void VirtualMachineImpl::suspend(smx_actor_t issuer)
 175 {
 176   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::RUNNING)
 177     THROWF(vm_error, 0, "Cannot suspend VM %s: it is not running.", piface_->get_cname());
 178   if (issuer->get_host() == piface_)
 179     THROWF(vm_error, 0, "Actor %s cannot suspend the VM %s in which it runs", issuer->get_cname(),
 180            piface_->get_cname());
 181
 182   XBT_DEBUG("suspend VM(%s), where %zu processes exist", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 183
 184   action_->suspend();
 185
 186   for (auto& smx_process : process_list_) {
 187     XBT_DEBUG("suspend %s", smx_process.get_cname());
 188     smx_process.suspend(issuer);
 189   }
 190
 191   XBT_DEBUG("suspend all processes on the VM done done");
 192
 193   vm_state_ = s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED;
 194 }
 195
 196 void VirtualMachineImpl::resume()
 197 {
 198   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED)
 199     THROWF(vm_error, 0, "Cannot resume VM %s: it was not suspended", piface_->get_cname());
 200
 201   XBT_DEBUG("Resume VM %s, containing %zu processes.", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 202
 203   action_->resume();
 204
 205   for (auto& smx_process : process_list_) {
 206     XBT_DEBUG("resume %s", smx_process.get_cname());
 207     smx_process.resume();
 208   }
 209
 210   vm_state_ = s4u::VirtualMachine::state::RUNNING;
 211 }
 212
 213 /** @brief Power off a VM.
 214  *
 215  * All hosted processes will be killed, but the VM state is preserved on memory.
 216  * It can later be restarted.
 217  *
 218  * @param issuer the actor requesting the shutdown
 219  */
 220 void VirtualMachineImpl::shutdown(smx_actor_t issuer)
 221 {
 222   if (get_state() != s4u::VirtualMachine::state::RUNNING) {
 223     const char* stateName = "(unknown state)";
 224     switch (get_state()) {
 225       case s4u::VirtualMachine::state::CREATED:
 226         stateName = "created, but not yet started";
 227         break;
 228       case s4u::VirtualMachine::state::SUSPENDED:
 229         stateName = "suspended";
 230         break;
 231       case s4u::VirtualMachine::state::DESTROYED:
 232         stateName = "destroyed";
 233         break;
 234       default: /* SURF_VM_STATE_RUNNING or unexpected values */
 235         THROW_IMPOSSIBLE;
 236     }
 237     XBT_VERB("Shutting down the VM %s even if it's not running but %s", piface_->get_cname(), stateName);
 238   }
 239
 240   XBT_DEBUG("shutdown VM %s, that contains %zu processes", piface_->get_cname(), process_list_.size());
 241
 242   for (auto& smx_process : process_list_) {
 243     XBT_DEBUG("kill %s@%s on behalf of %s which shutdown that VM.", smx_process.get_cname(),
 244               smx_process.get_host()->get_cname(), issuer->get_cname());
 245     issuer->kill(&smx_process);
 246   }
 247
 248   set_state(s4u::VirtualMachine::state::DESTROYED);
 249
 250   /* FIXME: we may have to do something at the surf layer, e.g., vcpu action */
 251 }
 252
 253 /** @brief Change the physical host on which the given VM is running
 254  *
 255  * This is an instantaneous migration.
 256  */
 257 void VirtualMachineImpl::set_physical_host(s4u::Host* destination)
 258 {
 259   std::string vm_name     = piface_->get_name();
 260   std::string pm_name_src = physical_host_->get_name();
 261   std::string pm_name_dst = destination->get_name();
 262
 263   /* update net_elm with that of the destination physical host */
 264   piface_->pimpl_netpoint = destination->pimpl_netpoint;
 265
 266   physical_host_ = destination;
 267
 268   /* Update vcpu's action for the new pm */
 269   /* create a cpu action bound to the pm model at the destination. */
 270   surf::CpuAction* new_cpu_action =
 271       static_cast<surf::CpuAction*>(destination->pimpl_cpu->execution_start(0, this->core_amount_));
 272
 273   if (action_->get_remains_no_update() > 0)
 274     XBT_CRITICAL("FIXME: need copy the state(?), %f", action_->get_remains_no_update());
 275
 276   /* keep the bound value of the cpu action of the VM. */
 277   double old_bound = action_->get_bound();
 278   if (old_bound > 0) {
 279     XBT_DEBUG("migrate VM(%s): set bound (%f) at %s", vm_name.c_str(), old_bound, pm_name_dst.c_str());
 280     new_cpu_action->set_bound(old_bound);
 281   }
 282
 283   XBT_ATTRIB_UNUSED bool ret = action_->unref();
 284   xbt_assert(ret, "Bug: some resource still remains");
 285
 286   action_ = new_cpu_action;
 287
 288   XBT_DEBUG("migrate VM(%s): change PM (%s to %s)", vm_name.c_str(), pm_name_src.c_str(), pm_name_dst.c_str());
 289 }
 290
 291 void VirtualMachineImpl::set_bound(double bound)
 292 {
 293   user_bound_ = bound;
 294   update_action_weight();
 295 }
 296
 297 void VirtualMachineImpl::update_action_weight(){
 298   /* The impact of the VM over its PM is the min between its vCPU amount and the amount of tasks it contains */
 299   int impact = std::min(active_tasks_, get_core_amount());
 300
 301   XBT_DEBUG("set the weight of the dummy CPU action of VM%p on PM to %d (#tasks: %d)", this, impact, active_tasks_);
 302
 303   if (impact > 0)
 304     action_->set_priority(1. / impact);
 305   else
 306     action_->set_priority(0.);
 307
 308   action_->set_bound(std::min(impact * physical_host_->get_speed(), user_bound_));
 309 }
 310
 311 }
 312 }