src/plugins/host_dvfs.cpp

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