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