Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Adding a contrib section to the doc
[simgrid.git] / doc / module-gras.doc
1 #####################################################################
2 ###########################  CORE ###################################
3 #####################################################################
4
5 /** \addtogroup GRAS_API
6   
7     \section GRAS_funct Offered functionnalities
8      - <b>\ref GRAS_comm</b>: Exchanging messages between peers
9        - \ref GRAS_dd : any data which may transit on the network must be
10          described beforehand so that GRAS can handle the platform
11          heterogeneity and convert them if needed.
12        - \ref GRAS_sock : this is how to open a communication channel to
13          other processes, and retrive information about them.
14        - \ref GRAS_msg : communications are message oriented. You have to
15          describe all possible messages and their payload beforehand, and
16          can then attach callbacks to the arrival of a given kind of message. 
17        - \ref GRAS_timer : this is how to program repetitive and delayed
18          tasks, not unlike cron(8) and at(1). This cannot be used to timeout
19          a function (like setitimer(2) or signal(2) games could do).
20      - <b>\ref GRAS_run</b>: Running both on top of the simulator and on
21        top of real platforms, and portability support.
22        - \ref GRAS_virtu : You naturally don't want to call the
23           gettimeofday(2) function in simulation mode since it would give
24           you the time on the host running the simulation, not the time in
25           the simulated world (you are belonging to).\n
26           This a system call virtualization layer, which also acts as a
27           portability layer.
28        - \ref GRAS_globals : The use of globals is forbidden since the
29          "processes" are threads in simulation mode. \n
30          This is how to let GRAS handle your globals properly.
31        - \ref GRAS_emul : Support to emulate code excution (ie, reporting
32          execution time into the simulator and having code sections specific
33          to simulation or to real mode).
34      - <b>\ref GRAS_code</b>: Here are some tools which may help
35           you setting up a GRAS project.\n
36           Setting up and building a GRAS application is complicated by the
37           library schizoid. The code to setup the environment differs
38           depending on whether you run on the simulator on a real platform.
39           And then, you'll have to deal with the usual distributed
40           application development difficulties.
41        - \ref GRAS_main_generation : Since processes are threads in
42           simulation mode and regular processes in the real world, GRAS does
43           generate your main functions for you.
44        - \ref GRAS_compile
45      
46           
47     \section GRAS_example Examples
48       
49     There is for now rather few examples of GRAS, but it's better than
50     nothing, isn't it?
51     
52        - \ref GRAS_ex_ping
53        - \ref GRAS_ex_mmrpc
54        - \ref GRAS_ex_timer
55
56     @{ */
57        /** @defgroup GRAS_comm    Communication facilities */
58        /** @defgroup GRAS_run     Virtualization */
59        /** @defgroup GRAS_code    Project and code management */
60        /** @defgroup GRAS_ex      Examples */
61 /** @} */
62 #####################################################################
63 /** @addtogroup GRAS_comm
64
65    Here are the communication facilities. GRAS allows you to exchange
66    <i>messages</i> on <i>sockets</i> (which can be seen as pipes between
67    processes). On reception, messages start <i>callbacks</i> (that's the
68    default communication mode, not the only one). All messages of a given
69    type convey the same kind of data, and you have to describe it
70    beforehand.
71
72    Timers are also seen as a mean of communication (with yourself). It
73    allows you to run a repetitive task ("do this every N second until I tell
74    you to stop"), or to deffer a treatment ("do this in 3 sec").
75
76     @{ */     
77        /** @defgroup GRAS_dd      Data description      */       
78        /** @defgroup GRAS_sock    Sockets               */           
79        /** @defgroup GRAS_msg     Messages              */               
80        /** @defgroup GRAS_timer   Timers                */               
81      
82 /** @} */
83 #####################################################################
84 /** @addtogroup GRAS_run
85
86    Virtualization facilities allow your code to run both on top of the simulator or in real setting.
87
88     @{ */     
89          
90        /** @defgroup GRAS_globals Globals               */ 
91        /** @defgroup GRAS_emul    Emulation support */ 
92        /** @defgroup GRAS_virtu   Syscalls              */ 
93
94 /** @} */
95
96 #####################################################################
97 /** @addtogroup GRAS_code
98
99     Here is how to setup your code when you want to use GRAS. You will also
100     learn how to get the most repetitive parts of your code generated
101     automatically.
102
103     (use the tabs on top of the page to navigate)
104
105     \htmlonly <!-- 
106       DOXYGEN_NAVBAR_LABEL="Project management"
107       DOXYGEN_NAVBAR_CHILD "main() and GRAS"=GRAS_main_generation.html
108       DOXYGEN_NAVBAR_CHILD "Compiling your GRAS project"=GRAS_compile.html
109     --> \endhtmlonly
110 */
111
112 #####################################################################
113 /** @addtogroup GRAS_ex
114
115     There is for now rather few examples of GRAS, but it's better than
116     nothing, isn't it?
117
118        - \ref GRAS_ex_ping
119        - \ref GRAS_ex_mmrpc
120        - \ref GRAS_ex_timer
121
122     \htmlonly <!-- 
123       DOXYGEN_NAVBAR_CHILD "Ping-Pong"=GRAS_ex_ping.html
124       DOXYGEN_NAVBAR_CHILD "RPC"=GRAS_ex_mmrpc.html
125       DOXYGEN_NAVBAR_CHILD "Timers"=GRAS_ex_timer.html
126     --> \endhtmlonly
127
128   There is some more examples in the distribution, under the directory
129   <tt>examples/gras</tt>.
130 */
131
132 #####################################################################
133 #########################  EXTRA PAGES ##############################
134 #####################################################################
135
136 ---------------------------------------------------------------------
137 --------------------- main() generation -----------------------------
138 ---------------------------------------------------------------------
139
140 /** \page GRAS_main_generation main function
141
142     \section GRAS_maingen_toc Table of content
143      
144      - \ref GRAS_maingen_intro
145      - \ref GRAS_maingen_script
146      - \ref GRAS_maingen_make
147     
148     <hr>
149
150     \section GRAS_maingen_intro What's the matter with main() functions in GRAS?
151
152     In simulation mode, all processes are run as thread of the same process
153     while they are real processes in the real life. Unfortunately, the main
154     function of a real process must be called <tt>main</tt> while this
155     function must not use this name for threads.
156     
157     To deal with this, you should call the main function of your processes
158     with another name (usually, the process function such as client, server,
159     or such). Then GRAS can generate the wrapper functions adapted to the
160     real and simulated modes.
161
162     \section GRAS_maingen_script Generating the main()s automatically
163     
164     This is done by the gras_stub_generator program, which gets installed on
165     <tt>make install</tt> (the source resides in the tools/gras/ directory).
166     Here is the calling syntax: 
167     \verbatim gras_stub_generator <project_name> <deployment_file.xml>\endverbatim
168     
169     It parses the deployment file, searching for all the kind of processes
170     you have in your project. It then generates the following C files:
171      - a <tt>_<project_name>_<process_kind>.c</tt> file for each process kind you
172        have\n
173        They are used to launch your project in real life. They
174        contain a main() in charge of initializing the GRAS infrastructure and
175        launching your code afterward.
176      - a <tt>_<project_name>_simulator.c</tt> file.\n
177        This file is suited to the simulation mode. It contains a main()
178        function initializing the simulator and launching your project within.
179     
180     For this to work, the name of process described in your deployment file
181     should match the name of a function in your code, which prototype is for
182     example: \verbatim int client(int argc,char *argv[]);\endverbatim
183     
184     Unfortunately, all this is still partially documented. I guess I ought
185     to improve this situation somehow. In the meanwhile, check the generated 
186     code and maybe also the GRAS \ref GRAS_example, sorry. 
187         
188     \section GRAS_maingen_make Integration within an hand-made Makefile 
189     
190     The easiest to set it up is to add the following chunk at the end of
191     your Makefile (or Makefile.am), putting the right values into NAME and
192     PROCESSES.
193 \verbatim NAME=your_project_name
194  PROCESSES=list of processes type in your project
195
196  $(foreach proc, $(PROCESSES), _$(NAME)_$(proc).c) _$(NAME)_simulator.c: $(NAME).c $(NAME)_deployment.xml
197         path/to/gras_stub_generator $(NAME) $(NAME)_deployment.xml >/dev/null
198 \endverbatim
199
200     Of course, your personal millage may vary. For the \ref GRAS_ex_ping, may read:
201 \verbatim _ping_client.c _ping_server.c _ping_simulator.c: ping.c ping_deployment.xml 
202         $(top_srcdir)/tools/gras/gras_stub_generator ping ping_deployment.xml >/dev/null
203 \endverbatim
204
205    \warning 
206    Actually, gras_stub_generator also generates some makefiles both for
207    local compilation and remote code distribution and installation. See the
208    section \ref GRAS_compile for more details.
209
210 */
211
212 ---------------------------------------------------------------------
213 ------------------------- Compiling ---------------------------------
214 ---------------------------------------------------------------------
215
216 /** \page GRAS_compile Compiling your project
217
218     As explained in section \ref GRAS_main_generation, the
219     gras_stub_generator tool can be used to generate the system
220     initialization code in your projet. While we were at this, this tool
221     also generates the makefiles you will need to compile your project
222     properly.
223     
224     Code source deployment and remote compilation also constitutes a
225     challenging area in distributed applications development. The GRASPE
226     (GRAS Platform Expender) tool was designed to make this less painful.
227
228     \section GRAS_compile_toc Table of content
229     
230       - \ref GRAS_compile_local
231         - \ref GRAS_compile_local_install
232         - \ref GRAS_compile_local_helpfiles
233         - \ref GRAS_compile_local_makefile
234       - \ref GRAS_compile_remote
235       
236     <hr>
237     
238     \section GRAS_compile_local Local compilation of GRAS projects
239     
240     \subsection GRAS_compile_local_install Installing SimGrid and GRAS
241     
242     To compile locally a GRAS project, you first need to install SimGrid on
243     your machine. Use the --prefix flag to the configure script to specify
244     where you want to install the toolkit (refere to section \ref
245     faq_compiling for more information)
246     
247     \subsection GRAS_compile_local_helpfiles Simulation description files
248     
249     Then, you will probably need to write a platform description file and
250     application deployment description file to feed the simulator with. This
251     part is unfortunatelly not documented enough. Files examples can be
252     found along with the MSG \ref MSG_ex_master_slave example. 
253
254     \note yes, both platform and application description files are portable
255     between MSG and GRAS. Actually, there depend on the SURF, not on the
256     programming environment you use.
257     
258     For the first try, you could probably reuse the provided platform file
259     as is while you will need to adapt the application file to fit your
260     needs. 
261     
262     To generate new platform files, we usually use the Tiers Topology
263     Generator (ask google about it) and annotate the generated graph with
264     home-made scripts to let them fit the SURF. Those scripts live in the
265     tools/platform_generation/ directory of the distribution.
266     
267     \subsection GRAS_compile_local_makefile Generating a Makefile usable for your project
268     
269     From the information contained in the application description file, the
270     gras_stub_generator tool can create a Makefile which can be used to
271     seamlessly compile your project. Just go to the directory containing all
272     your project files, and type:
273     
274 \verbatim path/to/gras_stub_generator [project_name] [application_deployment.file] >/dev/null
275 \endverbatim
276
277     The first argument is the name of your project, such as
278     "MyLovelyApplication" while the second one is the application deployment
279     file. 
280     
281     Several files get generated by this command. One C file per kind of
282     process in your project (such as "master" and "slave") plus one C file
283     for simulating your project. All those files are (or should ;) described
284     in section \ref GRAS_main_generation.
285     
286     The most intersting file in this context is
287     [project_name].Makefile.local (you can safely ignore the others for
288     now). To use it, simply type (from your project main directory):
289     
290 \verbatim GRAS_ROOT=/path/to/simgrid/installation make -f [project_name].Makefile.local
291 \endverbatim
292     
293     And that's it, all the binaries are built and linked against the correct
294     libraries.
295     
296     \section GRAS_compile_remote Distribution and remote compilation of GRAS projects
297     
298     Actually, there is two somehow parallel ways to do so since both Arnaud
299     and Martin gave it a try. Merging both approaches is underway. As usual,
300     if you want to help, you're welcome ;)
301     
302 */
303
304 #####################################################################
305 #########################  EXAMPLES #################################
306 #####################################################################
307
308 ---------------------------------------------------------------------
309 ------------------------- Ping Pong ---------------------------------
310 ---------------------------------------------------------------------
311
312 /** \page GRAS_ex_ping The classical Ping-Pong in GRAS
313
314     This example implements the very classical ping-pong in GRAS. It
315     involves a client (initiating the ping-pong) and a server (answering to 
316     client's requests).
317
318     It works the following way:
319      - Both the client and the server register all needed messages
320      - The server registers a callback to the ping message, which sends pong
321        to the expeditor
322      - The client sends the ping message to the server, and waits for the
323        pong message as an answer.
324  
325     This example resides in the <b>examples/gras/ping/ping.c</b> file. Yes, both
326     the code of the client and of the server is placed in the same file. See
327     the \ref GRAS_main_generation section if wondering.
328
329     \section GRAS_ex_ping_toc Table of contents of the ping example
330       - \ref GRAS_ex_ping_common
331         - \ref GRAS_ex_ping_initial
332         - \ref GRAS_ex_ping_register
333       - \ref GRAS_ex_ping_server
334         - \ref GRAS_ex_ping_serdata
335         - \ref GRAS_ex_ping_sercb
336         - \ref GRAS_ex_ping_sermain
337       - \ref GRAS_ex_ping_client
338         - \ref GRAS_ex_ping_climain
339         
340     <hr>
341
342     \dontinclude gras/ping/ping.c
343     
344     \section GRAS_ex_ping_common 1) Common code to the client and the server 
345     
346     \subsection GRAS_ex_ping_initial 1.a) Initial settings
347     
348     Let's first load the gras header and declare a logging category (see
349     \ref XBT_log for more info on logging).
350     
351     \skip include
352     \until XBT_LOG
353
354     \subsection GRAS_ex_ping_register 1.b) Register the messages
355     
356     This function, called by both the client and the server is in charge of
357     declaring the existing messages to GRAS. Since the payload does not
358     involve any newly created types but only int, this is quite easy. 
359     (to exchange more complicated types, see \ref GRAS_dd or 
360     \ref GRAS_ex_mmrpc for an example).
361     
362     \skip register_messages
363     \until }
364
365     [Back to \ref GRAS_ex_ping_toc]
366
367     \section GRAS_ex_ping_server 2) Server's code
368     
369     \subsection GRAS_ex_ping_serdata 2.a) The server's globals
370
371     In order to ensure the communication between the "main" and the callback
372     of the server, we need to declare some globals. We have to put them in a
373     struct definition so that they can be handled properly in GRAS (see the
374     \ref GRAS_globals for more info).
375
376     \skip typedef struct
377     \until }
378     
379     \subsection GRAS_ex_ping_sercb 2.b) The callback to the ping message
380
381     Here is the callback run when the server receives any ping message (this
382     will be registered later by the server).
383     
384     \skip server_cb_ping_handler
385     \until end_of_server_cb_ping_handler
386
387     \subsection GRAS_ex_ping_sermain 2.c) The "main" of the server
388     
389     This is the "main" of the server. As explained in the \ref
390     GRAS_main_generation, you must not write any main()
391     function yourself. Instead, you just have to write a regular function
392     like this one which will act as a main.
393     
394     \skip server
395     \until end_of_server
396
397     [Back to \ref GRAS_ex_ping_toc]
398     
399     \section GRAS_ex_ping_client 3) Client's code
400     
401     \subsection GRAS_ex_ping_climain 3.a) Client's "main" function
402     
403     This function is quite straightforward, and the inlined comments should
404     be enough to understand it.
405
406     \skip client
407     \until end_of_client
408
409     [Back to \ref GRAS_ex_ping_toc]
410  */
411
412 ---------------------------------------------------------------------
413 -------------------------- MM RPC -----------------------------------
414 ---------------------------------------------------------------------
415
416 /** \page GRAS_ex_mmrpc A simple RPC for matrix multiplication
417
418     This example implements a remote matrix multiplication. It involves a client 
419     (creating the matrices and sending the multiplications requests) and a server 
420     (computing the multiplication on client's behalf).
421
422     This example also constitutes a more advanced example of data description 
423     mechanisms, since the message payload type is a bit more complicated than in 
424     other examples such as the ping one (\ref GRAS_ex_ping).
425
426     It works the following way (not very different from the ping example):
427      - Both the client and the server register all needed messages and datatypes
428      - The server registers a callback to the "request" message, which computes
429        what needs to be and returns the result to the expeditor.
430      - The client creates two matrices, ask for their multiplication and check 
431        the server's answer.
432  
433     This example resides in the <b>examples/gras/mmrpc/mmrpc.c</b> file. (See
434     the \ref GRAS_main_generation section if wondering why both the server
435     and the client live in the same source file)
436
437     \section GRAS_ex_mmrpc_toc Table of contents of the mmrpc example
438       - \ref GRAS_ex_mmrpc_common
439         - \ref GRAS_ex_mmrpc_initial
440         - \ref GRAS_ex_mmrpc_dataregister
441         - \ref GRAS_ex_mmrpc_msgregister
442       - \ref GRAS_ex_mmrpc_server
443         - \ref GRAS_ex_mmrpc_sercb
444         - \ref GRAS_ex_mmrpc_sermain
445       - \ref GRAS_ex_mmrpc_client
446         - \ref GRAS_ex_mmrpc_climain
447         
448     <hr>
449
450     \dontinclude gras/mmrpc/mmrpc.c
451     
452     \section GRAS_ex_mmrpc_common 1) Common code to the client and the server 
453     
454     \subsection GRAS_ex_mmrpc_initial 1.a) Initial settings
455     
456     Let's first load the gras header, specify the matrix size and declare a 
457     logging category (see \ref XBT_log for more info on logging).
458     
459     \skip include
460     \until XBT_LOG
461
462     \subsection GRAS_ex_mmrpc_dataregister 1.b) Register the data types
463
464     The messages involved in this example do use structures as payload, 
465     so we have to declare it to GRAS. Hopefully, this can be done easily by enclosing 
466     the structure declaration within a \ref GRAS_DEFINE_TYPE macro call. It will then copy this 
467     declaration into an hidden string variable, which can be automatically parsed at 
468     run time. Of course, the declaration is also copied unmodified by this macro, so that it
469     gets parsed by the compiler also. 
470
471     There is some semantic that GRAS cannot guess alone and you need to  <i>annotate</i>
472     your declaration to add some. For example, the ctn pointer can be a reference to an 
473     object or a whole array (in which case you also has to specify its size). This is done 
474     with the GRAS_ANNOTE call. It is removed from the text passed to the compiler, but it helps
475     GRAS getting some information about the semantic of your data. Here, it says that \a ctn is an 
476     array, which size is the result of the operation \a rows * \a cols (with \a rows and \a cols 
477     being the other fields of the structure). 
478
479     Please note that this annotation mechanism is not as robust and cool as this example seems to 
480     imply. If you want to use it yourself, you'd better use the exact right syntax, which is 
481     detailed in the \ref GRAS_dd section.
482
483     \skip GRAS_DEFINE_TYPE
484     \until matrix_t
485
486     \subsection GRAS_ex_mmrpc_msgregister 1.c) Register the messages
487     
488     This function, called by both the client and the server is in charge of
489     declaring the existing messages to GRAS. Note the use of the \ref gras_datadesc_by_symbol 
490     function to parse and retrieve the structure declaration which were passed to \ref GRAS_DEFINE_TYPE 
491     above. 
492
493     The datatype description builded that way can then be used to build an array datatype or 
494     to declare messages.
495     
496     \skip register_messages
497     \until }
498
499     [Back to \ref GRAS_ex_mmrpc_toc]
500
501     \section GRAS_ex_mmrpc_server 2) Server's code
502     
503     \subsection GRAS_ex_mmrpc_sercb 2.a) The callback to the mmrpc message
504
505     Here is the callback run when the server receives any mmrpc message (this
506     will be registered later by the server). Note the way we get the message 
507     payload. In the ping example, there was one additional level of pointer 
508     indirection (see \ref GRAS_ex_ping_sercb). This is because the payload is
509     an array here (ie a pointer) whereas it is a scalar in the ping example.
510     
511     \skip server_cb_request_handler
512     \until end_of_server_cb_request_handler
513
514     \subsection GRAS_ex_mmrpc_sermain 2.b) The "main" of the server
515     
516     This is the "main" of the server. As explained in the \ref
517     GRAS_main_generation, you must not write any main()
518     function yourself. Instead, you just have to write a regular function
519     like this one which will act as a main.
520     
521     \skip server
522     \until end_of_server
523     
524     [Back to \ref GRAS_ex_mmrpc_toc]
525
526     \section GRAS_ex_mmrpc_client 3) Client's code
527     
528     \subsection GRAS_ex_mmrpc_climain 3.a) Client's "main" function
529     
530     This function is quite straightforward, and the inlined comments should
531     be enough to understand it.
532
533     \skip client
534     \until end_of_client
535
536     [Back to \ref GRAS_ex_mmrpc_toc]
537   */
538
539 ---------------------------------------------------------------------
540 ---------------------------- Timers ---------------------------------
541 ---------------------------------------------------------------------
542
543 /** \page GRAS_ex_timer Some timer games
544
545     This example fools around with the GRAS timers (\ref GRAS_timer). It is
546     mainly a regression test, since it uses almost all timer features.
547     
548     The main program registers a repetititive task and a delayed one, and
549     then loops until the <tt>still_to_do</tt> variables of its globals reach
550     0. The delayed task set it to 5, and the repetititive one decrease it
551     each time. Here is an example of output:
552 \verbatim Initialize GRAS
553  Initialize XBT
554  [1108335471] Programming the repetitive_action with a frequency of 1.000000 sec
555  [1108335471] Programming the delayed_action for after 2.000000 sec
556  [1108335471] Have a rest
557  [1108335472] Canceling the delayed_action.
558  [1108335472] Re-programming the delayed_action for after 2.000000 sec
559  [1108335472] Repetitive_action has nothing to do yet
560  [1108335473] Repetitive_action has nothing to do yet
561  [1108335473] delayed_action setting globals->still_to_do to 5
562  [1108335474] repetitive_action decrementing globals->still_to_do. New value: 4
563  [1108335475] repetitive_action decrementing globals->still_to_do. New value: 3
564  [1108335476] repetitive_action decrementing globals->still_to_do. New value: 2
565  [1108335477] repetitive_action decrementing globals->still_to_do. New value: 1
566  [1108335478] repetitive_action decrementing globals->still_to_do. New value: 0
567  Exiting GRAS\endverbatim
568
569     Source code:
570      - \ref GRAS_ex_timer_decl
571      - \ref GRAS_ex_timer_delay
572      - \ref GRAS_ex_timer_repeat
573      - \ref GRAS_ex_timer_main
574
575     \dontinclude timer.c
576     
577     \section GRAS_ex_timer_decl   1. Declarations and headers
578     \skip include
579     \until my_globals
580     
581     \section GRAS_ex_timer_delay  2. Source code of the delayed action
582     \skip repetitive_action
583     \until end_of_repetitive_action
584     
585     \section GRAS_ex_timer_repeat 3. Source code of the repetitive action
586     \skip delayed_action
587     \until end_of_delayed_action
588     
589     \section GRAS_ex_timer_main   4. Source code of main function
590     \skip client
591     \until end_of_client
592 */