src/surf/plugins/energy.cpp

   1 /* Copyright (c) 2010, 2012-2015. 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 <utility>
   8 #include <vector>
   9
  10 #include <simgrid/plugins/energy.h>
  11 #include <simgrid/simix.hpp>
  12 #include <src/surf/plugins/energy.hpp>
  13 #include <src/surf/cpu_interface.hpp>
  14 #include <src/surf/virtual_machine.hpp>
  15
  16 /** @addtogroup SURF_plugin_energy
  17
  18
  19 This is the energy plugin, enabling to account not only for computation time,
  20 but also for the dissipated energy in the simulated platform.
  21
  22 The energy consumption of a CPU depends directly of its current load. Specify that consumption in your platform file as follows:
  23
  24 \verbatim
  25 <host id="HostA" power="100.0Mf" >
  26     <prop id="watt_per_state" value="100.0:200.0" />
  27     <prop id="watt_off" value="10" />
  28 </host>
  29 \endverbatim
  30
  31 The first property means that when your host is up and running, but without anything to do, it will dissipate 100 Watts.
  32 If it's fully loaded, it will dissipate 200 Watts. If its load is at 50%, then it will dissipate 150 Watts.
  33 The second property means that when your host is turned off, it will dissipate only 10 Watts (please note that these values are arbitrary).
  34
  35 If your CPU is using pstates, then you can provide one consumption interval per pstate.
  36
  37 \verbatim
  38 <host id="HostB" power="100.0Mf,50.0Mf,20.0Mf" pstate="0" >
  39     <prop id="watt_per_state" value="95.0:200.0, 93.0:170.0, 90.0:150.0" />
  40     <prop id="watt_off" value="10" />
  41 </host>
  42 \endverbatim
  43
  44 That host has 3 levels of performance with the following performance: 100 Mflop/s, 50 Mflop/s or 20 Mflop/s.
  45 It starts at pstate 0 (ie, at 100 Mflop/s). In this case, you have to specify one interval per pstate in the watt_per_state property.
  46 In this example, the idle consumption is 95 Watts, 93 Watts and 90 Watts in each pstate while the CPU burn consumption are at 200 Watts,
  47 170 Watts and 150 Watts respectively.
  48
  49 To change the pstate of a given CPU, use the following functions: #MSG_host_get_nb_pstates(), #MSG_host_set_pstate(), #MSG_host_get_power_peak_at().
  50
  51 To simulate the energy-related elements, first call the #sg_energy_plugin_init() before your #MSG_init(),
  52 and then use the following function to retrieve the consumption of a given host: #MSG_host_get_consumed_energy().
  53  */
  54
  55 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_energy, surf,
  56                                 "Logging specific to the SURF energy plugin");
  57
  58 using simgrid::energy::HostEnergy;
  59
  60 namespace simgrid {
  61 namespace energy {
  62
  63 simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostEnergy> HostEnergy::EXTENSION_ID;
  64
  65 /* Computes the consumption so far.  Called lazily on need. */
  66 void HostEnergy::update()
  67 {
  68   simgrid::surf::Host* surf_host = host->extension<simgrid::surf::Host>();
  69         double start_time = this->last_updated;
  70         double finish_time = surf_get_clock();
  71         double cpu_load;
  72         if (surf_host->p_cpu->m_speedPeak == 0)
  73                 // Some users declare a pstate of speed 0 flops (eg to model boot time).
  74                 // We consider that the machine is then fully loaded. That's arbitrary but it avoids a NaN
  75                 cpu_load = 1;
  76         else
  77                 cpu_load = lmm_constraint_get_usage(surf_host->p_cpu->getConstraint())
  78                 / surf_host->p_cpu->m_speedPeak;
  79
  80         if (cpu_load > 1) // A machine with a load > 1 consumes as much as a fully loaded machine, not mores
  81           cpu_load = 1;
  82
  83         double previous_energy = this->total_energy;
  84
  85         double instantaneous_consumption;
  86         if (host->is_off())
  87                 instantaneous_consumption = this->watts_off;
  88         else
  89                 instantaneous_consumption = this->getCurrentWattsValue(cpu_load);
  90
  91         double energy_this_step = instantaneous_consumption*(finish_time-start_time);
  92
  93         this->total_energy = previous_energy + energy_this_step;
  94         this->last_updated = finish_time;
  95
  96         XBT_DEBUG("[update_energy of %s] period=[%.2f-%.2f]; current power peak=%.0E flop/s; consumption change: %.2f J -> %.2f J",
  97             surf_host->getName(), start_time, finish_time, surf_host->p_cpu->m_speedPeak, previous_energy, energy_this_step);
  98 }
  99
 100 HostEnergy::HostEnergy(simgrid::s4u::Host *ptr) :
 101   host(ptr), last_updated(surf_get_clock())
 102 {
 103   initWattsRangeList();
 104
 105   if (host->properties() != NULL) {
 106     char* off_power_str = (char*)xbt_dict_get_or_null(
 107       host->properties(), "watt_off");
 108     if (off_power_str != NULL)
 109       watts_off = atof(off_power_str);
 110     else
 111       watts_off = 0;
 112   }
 113
 114 }
 115
 116 HostEnergy::~HostEnergy()
 117 {
 118 }
 119
 120 double HostEnergy::getWattMinAt(int pstate)
 121 {
 122   xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
 123     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
 124   return power_range_watts_list[pstate].first;
 125 }
 126
 127 double HostEnergy::getWattMaxAt(int pstate)
 128 {
 129   xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
 130     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
 131   return power_range_watts_list[pstate].second;
 132 }
 133
 134 /** @brief Computes the power consumed by the host according to the current pstate and processor load */
 135 double HostEnergy::getCurrentWattsValue(double cpu_load)
 136 {
 137         xbt_assert(!power_range_watts_list.empty(),
 138     "No power range properties specified for host %s", host->name().c_str());
 139
 140   /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
 141   /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
 142   auto range = power_range_watts_list.at(host->pstate());
 143   double min_power = range.first;
 144   double max_power = range.second;
 145   double power_slope = max_power - min_power;
 146         double current_power = min_power + cpu_load * power_slope;
 147
 148         XBT_DEBUG("[get_current_watts] min_power=%f, max_power=%f, slope=%f", min_power, max_power, power_slope);
 149         XBT_DEBUG("[get_current_watts] Current power (watts) = %f, load = %f", current_power, cpu_load);
 150
 151         return current_power;
 152 }
 153
 154 double HostEnergy::getConsumedEnergy()
 155 {
 156         if (last_updated < surf_get_clock()) // We need to simcall this as it modifies the environment
 157           simgrid::simix::kernel(std::bind(&HostEnergy::update, this));
 158
 159         return total_energy;
 160 }
 161
 162 void HostEnergy::initWattsRangeList()
 163 {
 164         if (host->properties() == NULL)
 165                 return;
 166         char* all_power_values_str =
 167     (char*)xbt_dict_get_or_null(host->properties(), "watt_per_state");
 168         if (all_power_values_str == NULL)
 169                 return;
 170
 171         xbt_dynar_t all_power_values = xbt_str_split(all_power_values_str, ",");
 172         int pstate_nb = xbt_dynar_length(all_power_values);
 173
 174         for (int i=0; i< pstate_nb; i++)
 175         {
 176                 /* retrieve the power values associated with the current pstate */
 177                 xbt_dynar_t current_power_values = xbt_str_split(xbt_dynar_get_as(all_power_values, i, char*), ":");
 178                 xbt_assert(xbt_dynar_length(current_power_values) > 1,
 179                                 "Power properties incorrectly defined - "
 180         "could not retrieve min and max power values for host %s",
 181                                 host->name().c_str());
 182
 183                 /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
 184                 /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
 185     power_range_watts_list.push_back(power_range(
 186       atof(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 0, char*)),
 187       atof(xbt_dynar_get_as(current_power_values, 1, char*))
 188     ));
 189         }
 190         xbt_dynar_free(&all_power_values);
 191 }
 192
 193 }
 194 }
 195
 196 /* **************************** events  callback *************************** */
 197 static void onCreation(simgrid::s4u::Host& host) {
 198   simgrid::surf::Host* surf_host = host.extension<simgrid::surf::Host>();
 199   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host)) // Ignore virtual machines
 200     return;
 201   host.extension_set(new HostEnergy(&host));
 202 }
 203
 204 static void onActionStateChange(simgrid::surf::CpuAction *action,
 205     e_surf_action_state_t old, e_surf_action_state_t cur) {
 206   const char *name = getActionCpu(action)->getName();
 207   simgrid::surf::Host *host = sg_host_by_name(name)->extension<simgrid::surf::Host>();
 208   simgrid::surf::VirtualMachine *vm = dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(host);
 209   if (vm) // If it's a VM, take the corresponding PM
 210     host = vm->getPm()->extension<simgrid::surf::Host>();
 211
 212   HostEnergy *host_energy = host->p_host->extension<HostEnergy>();
 213
 214   if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
 215     host_energy->update();
 216 }
 217
 218 static void onHostStateChange(simgrid::s4u::Host &host) {
 219   simgrid::surf::Host* surf_host = host.extension<simgrid::surf::Host>();
 220   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host)) // Ignore virtual machines
 221     return;
 222
 223   HostEnergy *host_energy = host.extension<HostEnergy>();
 224
 225   if(host_energy->last_updated < surf_get_clock())
 226     host_energy->update();
 227 }
 228
 229 static void onHostDestruction(simgrid::s4u::Host& host) {
 230   // Ignore virtual machines
 231   simgrid::surf::Host* surf_host = host.extension<simgrid::surf::Host>();
 232   if (dynamic_cast<simgrid::surf::VirtualMachine*>(surf_host))
 233     return;
 234   HostEnergy *host_energy = host.extension<HostEnergy>();
 235   host_energy->update();
 236   XBT_INFO("Total energy of host %s: %f Joules",
 237     host.name().c_str(), host_energy->getConsumedEnergy());
 238 }
 239
 240 /* **************************** Public interface *************************** */
 241 /** \ingroup SURF_plugin_energy
 242  * \brief Enable energy plugin
 243  * \details Enable energy plugin to get joules consumption of each cpu. You should call this function before #MSG_init().
 244  */
 245 void sg_energy_plugin_init(void)
 246 {
 247   if (HostEnergy::EXTENSION_ID.valid())
 248     return;
 249
 250   HostEnergy::EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create<HostEnergy>();
 251
 252   simgrid::s4u::Host::onCreation.connect(&onCreation);
 253   simgrid::s4u::Host::onStateChange.connect(&onHostStateChange);
 254   simgrid::s4u::Host::onDestruction.connect(&onHostDestruction);
 255   simgrid::surf::CpuAction::onStateChange.connect(&onActionStateChange);
 256 }
 257
 258 /** @brief Returns the total energy consumed by the host so far (in Joules)
 259  *
 260  *  See also @ref SURF_plugin_energy.
 261  */
 262 double sg_host_get_consumed_energy(sg_host_t host) {
 263   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
 264     "The Energy plugin is not active. "
 265     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
 266   return host->extension<HostEnergy>()->getConsumedEnergy();
 267 }
 268
 269 /** @brief Get the amount of watt dissipated at the given pstate when the host is idling */
 270 double sg_host_get_wattmin_at(sg_host_t host, int pstate) {
 271   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
 272     "The Energy plugin is not active. "
 273     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
 274   return host->extension<HostEnergy>()->getWattMinAt(pstate);
 275 }
 276 /** @brief  Returns the amount of watt dissipated at the given pstate when the host burns CPU at 100% */
 277 double sg_host_get_wattmax_at(sg_host_t host, int pstate) {
 278   xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
 279     "The Energy plugin is not active. "
 280     "Please call sg_energy_plugin_init() during initialization.");
 281   return host->extension<HostEnergy>()->getWattMaxAt(pstate);
 282 }