examples/gras/pmm/pmm.c

   1 /* $Id$ */
   2 /* pmm - parallel matrix multiplication "double diffusion"                  */
   3
   4 /* Copyright (c) 2006 Ahmed Harbaoui.                                       */
   5 /* Copyright (c) 2006 Martin Quinson.                                       */
   6 /* All rights reserved.                                                     */
   7
   8 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   9  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
  10
  11 #include "gras.h"
  12 #include "xbt/matrix.h"
  13 #include "amok/peermanagement.h"
  14
  15 #define PROC_MATRIX_SIZE 3
  16 #define NEIGHBOR_COUNT PROC_MATRIX_SIZE - 1
  17 #define SLAVE_COUNT (PROC_MATRIX_SIZE*PROC_MATRIX_SIZE)
  18
  19 #define DATA_MATRIX_SIZE 18
  20 const int submatrix_size = DATA_MATRIX_SIZE/PROC_MATRIX_SIZE;
  21
  22 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(pmm,"Parallel Matrix Multiplication");
  23
  24 /* struct for recovering results */
  25 GRAS_DEFINE_TYPE(s_result,struct s_result {
  26   int linepos;
  27   int rowpos;
  28   xbt_matrix_t C GRAS_ANNOTE(subtype,double);
  29 });
  30 typedef struct s_result result_t;
  31
  32 /* struct to send initial data to slave */
  33 GRAS_DEFINE_TYPE(s_pmm_assignment,struct s_pmm_assignment {
  34   int linepos;
  35   int rowpos;
  36   xbt_peer_t line[NEIGHBOR_COUNT];
  37   xbt_peer_t row[NEIGHBOR_COUNT];
  38   xbt_matrix_t A GRAS_ANNOTE(subtype,double);
  39   xbt_matrix_t B GRAS_ANNOTE(subtype,double);
  40 });
  41 typedef struct s_pmm_assignment s_pmm_assignment_t;
  42
  43 /* register messages which may be sent (common to client and server) */
  44 static void register_messages(void) {
  45   gras_datadesc_type_t result_type;
  46   gras_datadesc_type_t pmm_assignment_type;
  47
  48   gras_datadesc_set_const("NEIGHBOR_COUNT",NEIGHBOR_COUNT);
  49   result_type=gras_datadesc_by_symbol(s_result);
  50   pmm_assignment_type=gras_datadesc_by_symbol(s_pmm_assignment);
  51
  52   /* receive a final result from slave */
  53   gras_msgtype_declare("result", result_type);
  54
  55   /* send from master to slave to assign a position and some data */
  56   gras_msgtype_declare("pmm_slave", pmm_assignment_type);
  57
  58   /* send data between slaves */
  59   gras_msgtype_declare("dataA", gras_datadesc_matrix(gras_datadesc_by_name("double"),NULL));
  60   gras_msgtype_declare("dataB", gras_datadesc_matrix(gras_datadesc_by_name("double"),NULL));
  61 }
  62
  63 /* Function prototypes */
  64 int slave (int argc,char *argv[]);
  65 int master (int argc,char *argv[]);
  66
  67
  68 /* **********************************************************************
  69  * master code
  70  * **********************************************************************/
  71
  72 /* Global private data */
  73 typedef struct {
  74   int nbr_row,nbr_line;
  75   int remaining_step;
  76   int remaining_ack;
  77 } master_data_t;
  78
  79
  80 int master (int argc,char *argv[]) {
  81
  82   int i;
  83
  84   xbt_matrix_t A,B,C;
  85   result_t result;
  86
  87   gras_socket_t from;
  88
  89   xbt_dynar_t peers; /* group of slaves */
  90   xbt_peer_t grid[SLAVE_COUNT]; /* The slaves as an array */
  91   gras_socket_t socket[SLAVE_COUNT]; /* sockets for brodcast to slaves */
  92
  93   /* Init the GRAS's infrastructure */
  94   gras_init(&argc, argv);
  95   amok_pm_init();
  96   register_messages();
  97
  98   /* Initialize data matrices */
  99   A = xbt_matrix_double_new_id(DATA_MATRIX_SIZE,DATA_MATRIX_SIZE);
 100   B = xbt_matrix_double_new_seq(DATA_MATRIX_SIZE,DATA_MATRIX_SIZE);
 101   C = xbt_matrix_double_new_zeros(DATA_MATRIX_SIZE,DATA_MATRIX_SIZE);
 102
 103   /* Create the connexions */
 104   xbt_assert0(argc>1, "Usage: master <port>");
 105   gras_socket_server(atoi(argv[1]));
 106   peers=amok_pm_group_new("pmm");
 107
 108   /* friends, we're ready. Come and play */
 109   INFO0("Wait for peers for 5 sec");
 110   gras_msg_handleall(5);
 111   INFO1("Got %ld pals",xbt_dynar_length(peers));
 112
 113   for (i=0;
 114        i<xbt_dynar_length(peers) && i<SLAVE_COUNT;
 115        i++) {
 116
 117     xbt_dynar_get_cpy(peers,i,&grid[i]);
 118     INFO2("Connecting to %s:%d.",grid[i]->name,grid[i]->port);
 119     socket[i]=gras_socket_client(grid[i]->name,grid[i]->port);
 120     INFO2("Connected to %s:%d.",grid[i]->name,grid[i]->port);
 121   }
 122   xbt_assert2(i==SLAVE_COUNT,
 123               "Not enough slaves for this setting (got %d of %d). Change the deployment file",
 124               i,SLAVE_COUNT);
 125
 126   /* Kill surnumerous slaves */
 127   for (i=SLAVE_COUNT; i<xbt_dynar_length(peers); ) {
 128     xbt_peer_t h;
 129
 130     xbt_dynar_remove_at(peers,i,&h);
 131     INFO2("Too much slaves. Killing %s:%d", h->name, h->port);
 132     amok_pm_kill_hp(h->name,h->port);
 133     free(h);
 134   }
 135
 136
 137   /* Assign job to slaves */
 138   int row=0, line=0;
 139   INFO0("XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX begin Multiplication");
 140   for(i=0 ; i<SLAVE_COUNT; i++){
 141     s_pmm_assignment_t assignment;
 142     int j,k;
 143
 144     assignment.linepos=line; // assigned line
 145     assignment.rowpos=row;   // assigned row
 146
 147     /* Neiborhood */
 148     for (j=0,k=0; j<PROC_MATRIX_SIZE; j++) {
 149       if (i != j*PROC_MATRIX_SIZE+(row)) {
 150          assignment.row[k] = grid[ j*PROC_MATRIX_SIZE+(row) ] ;
 151          k++;
 152       }
 153     }
 154     for (j=0,k=0; j<PROC_MATRIX_SIZE; j++) {
 155       if (i != (line)*PROC_MATRIX_SIZE+j) {
 156          assignment.line[k] =  grid[ (line)*PROC_MATRIX_SIZE+j ] ;
 157          k++;
 158       }
 159     }
 160
 161     assignment.A=xbt_matrix_new_sub(A,
 162                                     submatrix_size,submatrix_size,
 163                                     submatrix_size*line,submatrix_size*row,
 164                                     NULL);
 165     assignment.B=xbt_matrix_new_sub(B,
 166                                     submatrix_size,submatrix_size,
 167                                     submatrix_size*line,submatrix_size*row,
 168                                     NULL);
 169     row++;
 170     if (row >= PROC_MATRIX_SIZE) {
 171       row=0;
 172       line++;
 173     }
 174
 175     gras_msg_send(socket[i],gras_msgtype_by_name("pmm_slave"),&assignment);
 176     xbt_matrix_free(assignment.A);
 177     xbt_matrix_free(assignment.B);
 178   }
 179
 180   /* (have a rest while the slave perform the multiplication) */
 181
 182   /* Retrieve the results */
 183   for( i=0;i< SLAVE_COUNT;i++){
 184     gras_msg_wait(6000,gras_msgtype_by_name("result"),&from,&result);
 185     VERB2("%d slaves are done already. Waiting for %d",i+1, SLAVE_COUNT);
 186     xbt_matrix_copy_values(C,result.C,   submatrix_size,submatrix_size,
 187                            submatrix_size*result.linepos,
 188                            submatrix_size*result.rowpos,
 189                            0,0,NULL);
 190     xbt_matrix_free(result.C);
 191   }
 192   /*    end of gather   */
 193
 194   if (DATA_MATRIX_SIZE < 30) {
 195      INFO0 ("The Result of Multiplication is :");
 196      xbt_matrix_dump(C,"C:res",0,xbt_matrix_dump_display_double);
 197   } else {
 198      INFO1("Matrix size too big (%d>30) to be displayed here",DATA_MATRIX_SIZE);
 199   }
 200
 201   amok_pm_group_shutdown ("pmm");   /* Ok, we're out of here */
 202
 203   for(i=0; i<SLAVE_COUNT; i++) {
 204      gras_socket_close(socket[i]);
 205   }
 206
 207   xbt_matrix_free(A);
 208   xbt_matrix_free(B);
 209   xbt_matrix_free(C);
 210   gras_exit();
 211   return 0;
 212 } /* end_of_master */
 213
 214 /* **********************************************************************
 215  * slave code
 216  * **********************************************************************/
 217
 218 static int pmm_worker_cb(gras_msg_cb_ctx_t ctx, void *payload) {
 219   /* Recover my initialized Data and My Position*/
 220   s_pmm_assignment_t assignment = *(s_pmm_assignment_t*)payload;
 221   gras_socket_t master = gras_msg_cb_ctx_from(ctx);
 222
 223   xbt_ex_t e;
 224
 225   int step,l;
 226   xbt_matrix_t bA=xbt_matrix_new(submatrix_size,submatrix_size,
 227                                  sizeof(double),NULL);
 228   xbt_matrix_t bB=xbt_matrix_new(submatrix_size,submatrix_size,
 229                                  sizeof(double),NULL);
 230
 231   int myline,myrow;
 232   xbt_matrix_t mydataA,mydataB;
 233   xbt_matrix_t bC=xbt_matrix_double_new_zeros(submatrix_size,submatrix_size);
 234
 235   result_t result;
 236
 237   gras_socket_t from;  /* to exchange data with my neighbor */
 238
 239   /* sockets for brodcast to other slave */
 240   gras_socket_t socket_line[PROC_MATRIX_SIZE-1];
 241   gras_socket_t socket_row[PROC_MATRIX_SIZE-1];
 242   memset(socket_line,0,sizeof(socket_line));
 243   memset(socket_row,0,sizeof(socket_row));
 244
 245   int i;
 246
 247   gras_os_sleep(1); /* wait for my pals */
 248
 249   myline  = assignment.linepos;
 250   myrow   = assignment.rowpos;
 251   mydataA = assignment.A;
 252   mydataB = assignment.B;
 253
 254   INFO2("Receive my pos (%d,%d) and assignment",myline,myrow);
 255
 256   /* Get my neighborhood from the assignment message (skipping myself) */
 257   for (i=0 ; i<PROC_MATRIX_SIZE-1 ; i++){
 258     socket_line[i]=gras_socket_client(assignment.line[i]->name,
 259                                       assignment.line[i]->port);
 260     xbt_peer_free(assignment.line[i]);
 261   }
 262   for (i=0 ; i<PROC_MATRIX_SIZE-1 ; i++){
 263     socket_row[i]=gras_socket_client(assignment.row[i]->name,
 264                                      assignment.row[i]->port);
 265     xbt_peer_free(assignment.row[i]);
 266   }
 267
 268   for (step=0; step<PROC_MATRIX_SIZE;step++) {
 269
 270     /* a line brodcast */
 271     if(myline==step){
 272        INFO3("LINE: step(%d) = Myline(%d). Broadcast my data (myport=%d).",
 273              step,myline,gras_os_myport());
 274        for (l=0;l < PROC_MATRIX_SIZE-1 ;l++) {
 275           INFO2("LINE:   Send to %s:%d",
 276                 gras_socket_peer_name(socket_row[l]),
 277                 gras_socket_peer_port(socket_row[l]));
 278          gras_msg_send(socket_row[l],
 279                        gras_msgtype_by_name("dataB"),
 280                        &mydataB);
 281        }
 282
 283
 284        xbt_matrix_free(bB);
 285        bB = xbt_matrix_new_sub(mydataB,
 286                                submatrix_size,submatrix_size,
 287                                0,0,NULL);
 288     } else {
 289       TRY {
 290         xbt_matrix_free(bB);
 291         gras_msg_wait(600,gras_msgtype_by_name("dataB"),&from,&bB);
 292       } CATCH(e) {
 293         RETHROW0("Can't get a data message from line : %s");
 294       }
 295       INFO4("LINE: step(%d) <> Myline(%d). Receive data from %s:%d",step,myline,
 296             gras_socket_peer_name(from), gras_socket_peer_port(from));
 297     }
 298
 299     /* a row brodcast */
 300     if (myrow==step) {
 301        INFO2("ROW: step(%d)=myrow(%d). Broadcast my data",step,myrow);
 302        for (l=1;l < PROC_MATRIX_SIZE ; l++) {
 303           INFO2("ROW:   Send to %s:%d",
 304                 gras_socket_peer_name(socket_line[l-1]),
 305                 gras_socket_peer_port(socket_line[l-1]));
 306           gras_msg_send(socket_line[l-1],gras_msgtype_by_name("dataA"), &mydataA);
 307        }
 308        xbt_matrix_free(bA);
 309        bA = xbt_matrix_new_sub(mydataA,
 310                                submatrix_size,submatrix_size,
 311                                0,0,NULL);
 312     } else {
 313       TRY {
 314         xbt_matrix_free(bA);
 315         gras_msg_wait(1200,gras_msgtype_by_name("dataA"), &from,&bA);
 316       } CATCH(e) {
 317         RETHROW0("Can't get a data message from row : %s");
 318       }
 319       INFO3("ROW: step(%d)<>myrow(%d). Receive data from %s",step,myrow,
 320             gras_socket_peer_name(from));
 321     }
 322     xbt_matrix_double_addmult(bA,bB,bC);
 323
 324   };
 325
 326   /* send Result to master */
 327   result.C=bC;
 328   result.linepos=myline;
 329   result.rowpos=myrow;
 330
 331   TRY {
 332     gras_msg_send(master, gras_msgtype_by_name("result"),&result);
 333   } CATCH(e) {
 334     RETHROW0("Failed to send answer to server: %s");
 335   }
 336   INFO2(">>>>>>>> Result sent to %s:%d <<<<<<<<",
 337         gras_socket_peer_name(master),gras_socket_peer_port(master));
 338   /*  Free the allocated resources, and shut GRAS down */
 339
 340   xbt_matrix_free(bA);
 341   xbt_matrix_free(bB);
 342   xbt_matrix_free(bC);
 343
 344   xbt_matrix_free(mydataA);
 345   xbt_matrix_free(mydataB);
 346   gras_socket_close(master);
 347   gras_socket_close(from);
 348   /* FIXME: some are said to be unknown
 349   for (l=0; l < PROC_MATRIX_SIZE-1; l++) {
 350      if (socket_line[l])
 351        gras_socket_close(socket_line[l]);
 352      if (socket_row[l])
 353        gras_socket_close(socket_row[l]);
 354   }*/
 355
 356   return 1;
 357 }
 358
 359 int slave(int argc,char *argv[]) {
 360   gras_socket_t mysock;
 361   gras_socket_t master;
 362
 363   /* Init the GRAS's infrastructure */
 364   gras_init(&argc, argv);
 365   amok_pm_init();
 366
 367   /*  Register the known messages and my callback */
 368   register_messages();
 369   gras_cb_register("pmm_slave",pmm_worker_cb);
 370
 371   /* Create the connexions */
 372   mysock = gras_socket_server_range(3000,9999,0,0);
 373   gras_os_sleep(1); /* let the master get ready */
 374   INFO1("Sensor starting (on port %d)",gras_os_myport());
 375   master = gras_socket_client_from_string(argv[1]);
 376
 377   /* Join and run the group */
 378   amok_pm_group_join(master,"pmm");
 379   amok_pm_mainloop(600);
 380
 381   /* housekeeping */
 382   gras_socket_close(mysock);
 383   //  gras_socket_close(master); Unknown
 384   gras_exit();
 385   return 0;
 386 } /* end_of_slave */