src/smpi/colls/reduce/reduce-arrival-pattern-aware.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2019. 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 "../colls_private.hpp"
   8 //#include <star-reduction.c>
   9
  10 int reduce_arrival_pattern_aware_segment_size_in_byte = 8192;
  11
  12 #ifndef HEADER_SIZE
  13 #define HEADER_SIZE 1024
  14 #endif
  15
  16 #ifndef MAX_NODE
  17 #define MAX_NODE 1024
  18 #endif
  19 namespace simgrid{
  20 namespace smpi{
  21 /* Non-topology-specific pipelined linear-reduce function */
  22 int Coll_reduce_arrival_pattern_aware::reduce(const void *buf, void *rbuf,
  23                                                  int count,
  24                                                  MPI_Datatype datatype,
  25                                                  MPI_Op op, int root,
  26                                                  MPI_Comm comm)
  27 {
  28   int rank = comm->rank();
  29   int tag = -COLL_TAG_REDUCE;
  30   MPI_Status status;
  31   MPI_Request request;
  32
  33   MPI_Status temp_status_array[MAX_NODE];
  34
  35   int size = comm->size();
  36   int i;
  37
  38   int sent_count;
  39   int header_index;
  40   int flag_array[MAX_NODE];
  41   int already_received[MAX_NODE];
  42
  43   int header_buf[HEADER_SIZE];
  44   char temp_buf[MAX_NODE];
  45
  46   MPI_Aint extent, lb;
  47   datatype->extent(&lb, &extent);
  48
  49   /* source and destination */
  50   int to, from;
  51
  52   /* segment is segment size in number of elements (not bytes) */
  53   int segment = reduce_arrival_pattern_aware_segment_size_in_byte / extent;
  54
  55   /* pipeline length */
  56   int pipe_length = count / segment;
  57
  58   /* use for buffer offset for sending and receiving data = segment size in byte */
  59   int increment = segment * extent;
  60
  61   /* if the input size is not divisible by segment size =>
  62      the small remainder will be done with native implementation */
  63   int remainder = count % segment;
  64
  65
  66   /* value == 0 means root has not send data (or header) to the node yet */
  67   for (i = 0; i < MAX_NODE; i++) {
  68     already_received[i] = 0;
  69   }
  70
  71   char *tmp_buf;
  72   tmp_buf = (char *) smpi_get_tmp_sendbuffer(count * extent);
  73
  74   Request::sendrecv(buf, count, datatype, rank, tag, rbuf, count, datatype, rank,
  75                tag, comm, &status);
  76
  77
  78
  79   /* when a message is smaller than a block size => no pipeline */
  80   if (count <= segment) {
  81
  82     if (rank == 0) {
  83       sent_count = 0;
  84
  85       while (sent_count < (size - 1)) {
  86
  87         for (i = 1; i < size; i++) {
  88           if (already_received[i] == 0) {
  89             Request::iprobe(i, MPI_ANY_TAG, comm, &flag_array[i],
  90                              MPI_STATUSES_IGNORE);
  91             simcall_process_sleep(0.0001);
  92             }
  93         }
  94
  95         header_index = 0;
  96         /* recv 1-byte message */
  97         for (i = 0; i < size; i++) {
  98           if (i == rank)
  99             continue;
 100
 101           /* 1-byte message arrive */
 102           if ((flag_array[i] == 1) && (already_received[i] == 0)) {
 103             Request::recv(temp_buf, 1, MPI_CHAR, i, tag, comm, &status);
 104             header_buf[header_index] = i;
 105             header_index++;
 106             sent_count++;
 107
 108
 109             //printf("root send to %d recv from %d : data = ",to,from);
 110             /*
 111                for (i=0;i<=header_index;i++) {
 112                printf("%d ",header_buf[i]);
 113                }
 114                printf("\n");
 115              */
 116             /* will receive in the next step */
 117             already_received[i] = 1;
 118           }
 119         }
 120
 121         /* send header followed by receive and reduce data */
 122         if (header_index != 0) {
 123           header_buf[header_index] = -1;
 124           to = header_buf[0];
 125           from = header_buf[header_index - 1];
 126
 127           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, to, tag, comm);
 128           Request::recv(tmp_buf, count, datatype, from, tag, comm, &status);
 129           if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, rbuf, &count, datatype);
 130         }
 131       }                         /* while loop */
 132     }
 133
 134     /* root */
 135     /* non-root */
 136     else {
 137
 138       /* send 1-byte message to root */
 139       Request::send(temp_buf, 1, MPI_CHAR, 0, tag, comm);
 140
 141       /* wait for header and data, forward when required */
 142       Request::recv(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, tag, comm,
 143                &status);
 144       //      Request::recv(buf,count,datatype,MPI_ANY_SOURCE,tag,comm,&status);
 145
 146       /* search for where it is */
 147       int myordering = 0;
 148       while (rank != header_buf[myordering]) {
 149         myordering++;
 150       }
 151
 152       /* forward header */
 153       if (header_buf[myordering + 1] != -1) {
 154           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, header_buf[myordering + 1],
 155                  tag, comm);
 156       }
 157       //printf("node %d ordering %d\n",rank,myordering);
 158
 159       /* receive, reduce, and forward data */
 160
 161       /* send only */
 162       if (myordering == 0) {
 163         if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 164           to = 0;
 165         } else {
 166           to = header_buf[myordering + 1];
 167         }
 168         Request::send(rbuf, count, datatype, to, tag, comm);
 169       }
 170
 171       /* recv, reduce, send */
 172       else {
 173         if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 174           to = 0;
 175         } else {
 176           to = header_buf[myordering + 1];
 177         }
 178         from = header_buf[myordering - 1];
 179         Request::recv(tmp_buf, count, datatype, from, tag, comm, &status);
 180         if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, rbuf, &count, datatype);
 181         Request::send(rbuf, count, datatype, to, tag, comm);
 182       }
 183     }                           /* non-root */
 184   }
 185   /* pipeline bcast */
 186   else {
 187     //    printf("node %d start\n",rank);
 188
 189     MPI_Request* send_request_array = new MPI_Request[size + pipe_length];
 190     MPI_Request* recv_request_array = new MPI_Request[size + pipe_length];
 191     MPI_Status* send_status_array   = new MPI_Status[size + pipe_length];
 192     MPI_Status* recv_status_array   = new MPI_Status[size + pipe_length];
 193
 194     if (rank == 0) {
 195       sent_count = 0;
 196
 197       int will_send[MAX_NODE];
 198       for (i = 0; i < MAX_NODE; i++)
 199         will_send[i] = 0;
 200
 201       /* loop until all data are received (sent) */
 202       while (sent_count < (size - 1)) {
 203         int k;
 204         for (k = 0; k < 1; k++) {
 205           for (i = 1; i < size; i++) {
 206             //if (i == rank)
 207             //continue;
 208             if ((already_received[i] == 0) && (will_send[i] == 0)) {
 209                 Request::iprobe(i, MPI_ANY_TAG, comm, &flag_array[i],
 210                          &temp_status_array[i]);
 211               if (flag_array[i] == 1) {
 212                 will_send[i] = 1;
 213                 Request::recv(&temp_buf[i], 1, MPI_CHAR, i, tag, comm,
 214                          &status);
 215                 //printf("recv from %d\n",i);
 216                 i = 1;
 217               }
 218             }
 219           }
 220         }                       /* end of probing */
 221
 222         header_index = 0;
 223
 224         /* recv 1-byte message */
 225         for (i = 1; i < size; i++) {
 226           //if (i==rank)
 227           //continue;
 228           /* message arrived in this round (put in the header) */
 229           if ((will_send[i] == 1) && (already_received[i] == 0)) {
 230             header_buf[header_index] = i;
 231             header_index++;
 232             sent_count++;
 233
 234             /* will send in the next step */
 235             already_received[i] = 1;
 236           }
 237         }
 238
 239         /* send header followed by data */
 240         if (header_index != 0) {
 241           header_buf[header_index] = -1;
 242           to = header_buf[0];
 243
 244           /* send header */
 245           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, to, tag, comm);
 246
 247           /* recv data - pipeline */
 248           from = header_buf[header_index - 1];
 249           for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 250             Request::recv(tmp_buf + (i * increment), segment, datatype, from, tag,
 251                      comm, &status);
 252             if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf + (i * increment),
 253                            (char *)rbuf + (i * increment), &segment, datatype);
 254           }
 255         }
 256       }                         /* while loop (sent_count < size-1 ) */
 257     }
 258
 259     /* root */
 260     /* none root */
 261     else {
 262       /* send 1-byte message to root */
 263       Request::send(temp_buf, 1, MPI_CHAR, 0, tag, comm);
 264
 265
 266       /* wait for header forward when required */
 267       request=Request::irecv(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, MPI_ANY_SOURCE, tag, comm);
 268       Request::wait(&request, MPI_STATUS_IGNORE);
 269
 270       /* search for where it is */
 271       int myordering = 0;
 272
 273       while (rank != header_buf[myordering]) {
 274         myordering++;
 275       }
 276
 277       /* send header when required */
 278       if (header_buf[myordering + 1] != -1) {
 279           Request::send(header_buf, HEADER_SIZE, MPI_INT, header_buf[myordering + 1],
 280                  tag, comm);
 281       }
 282
 283       /* (receive, reduce), and send data */
 284       if (header_buf[myordering + 1] == -1) {
 285         to = 0;
 286       } else {
 287         to = header_buf[myordering + 1];
 288       }
 289
 290       /* send only */
 291       if (myordering == 0) {
 292         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 293             send_request_array[i]= Request::isend((char *)rbuf + (i * increment), segment, datatype, to, tag, comm);
 294         }
 295         Request::waitall((pipe_length), send_request_array, send_status_array);
 296       }
 297
 298       /* receive, reduce, and send */
 299       else {
 300         from = header_buf[myordering - 1];
 301         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 302           recv_request_array[i]=Request::irecv(tmp_buf + (i * increment), segment, datatype, from, tag, comm);
 303         }
 304         for (i = 0; i < pipe_length; i++) {
 305           Request::wait(&recv_request_array[i], MPI_STATUS_IGNORE);
 306           if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf + (i * increment), (char *)rbuf + (i * increment),
 307                          &segment, datatype);
 308           send_request_array[i]=Request::isend((char *)rbuf + (i * increment), segment, datatype, to, tag, comm);
 309         }
 310         Request::waitall((pipe_length), send_request_array, send_status_array);
 311       }
 312     }                           /* non-root */
 313
 314     delete[] send_request_array;
 315     delete[] recv_request_array;
 316     delete[] send_status_array;
 317     delete[] recv_status_array;
 318
 319     //printf("node %d done\n",rank);
 320   }                             /* end pipeline */
 321
 322
 323   /* if root is not zero send root after finished
 324      this can be modified to make it faster by using logical src, dst.
 325    */
 326   if (root != 0) {
 327     if (rank == 0) {
 328       Request::send(rbuf, count, datatype, root, tag, comm);
 329     } else if (rank == root) {
 330       Request::recv(rbuf, count, datatype, 0, tag, comm, &status);
 331     }
 332   }
 333
 334
 335   /* when count is not divisible by block size, use default BCAST for the remainder */
 336   if ((remainder != 0) && (count > segment)) {
 337     Coll_reduce_default::reduce((char*)buf + (pipe_length * increment), (char*)rbuf + (pipe_length * increment),
 338                                 remainder, datatype, op, root, comm);
 339   }
 340
 341   smpi_free_tmp_buffer(tmp_buf);
 342
 343   return MPI_SUCCESS;
 344 }
 345 }
 346 }