src/surf/ptask_L07.cpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2022. 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/kernel/routing/NetZoneImpl.hpp>
   7 #include <simgrid/s4u/Engine.hpp>
   8 #include <xbt/config.hpp>
   9
  10 #include "simgrid/config.h"
  11 #include "src/kernel/EngineImpl.hpp"
  12 #if SIMGRID_HAVE_EIGEN3
  13 #include "src/kernel/lmm/bmf.hpp"
  14 #endif
  15 #include "src/kernel/resource/profile/Event.hpp"
  16 #include "src/surf/ptask_L07.hpp"
  17
  18 #include <unordered_set>
  19
  20 XBT_LOG_EXTERNAL_DEFAULT_CATEGORY(res_host);
  21 XBT_LOG_EXTERNAL_CATEGORY(xbt_cfg);
  22
  23 /***********
  24  * Options *
  25  ***********/
  26 static simgrid::config::Flag<std::string> cfg_ptask_solver("host/solver",
  27                                                            "Set linear equations solver used by ptask model",
  28                                                            "fairbottleneck",
  29                                                            &simgrid::kernel::lmm::System::validate_solver);
  30
  31 /**************************************/
  32 /*** Resource Creation & Destruction **/
  33 /**************************************/
  34 void surf_host_model_init_ptask_L07()
  35 {
  36   XBT_CINFO(xbt_cfg, "Switching to the L07 model to handle parallel tasks.");
  37   xbt_assert(cfg_ptask_solver != "maxmin", "Invalid configuration. Cannot use maxmin solver with parallel tasks.");
  38
  39   auto* system    = simgrid::kernel::lmm::System::build(cfg_ptask_solver.get(), true /* selective update */);
  40   auto host_model = std::make_shared<simgrid::kernel::resource::HostL07Model>("Host_Ptask", system);
  41   auto* engine    = simgrid::kernel::EngineImpl::get_instance();
  42   engine->add_model(host_model);
  43   engine->get_netzone_root()->set_host_model(host_model);
  44 }
  45
  46 namespace simgrid::kernel::resource {
  47
  48 HostL07Model::HostL07Model(const std::string& name, lmm::System* sys) : HostModel(name)
  49 {
  50   set_maxmin_system(sys);
  51
  52   auto net_model = std::make_shared<NetworkL07Model>("Network_Ptask", this, sys);
  53   auto engine    = EngineImpl::get_instance();
  54   engine->add_model(net_model);
  55   engine->get_netzone_root()->set_network_model(net_model);
  56
  57   auto cpu_model = std::make_shared<CpuL07Model>("Cpu_Ptask", this, sys);
  58   engine->add_model(cpu_model);
  59   engine->get_netzone_root()->set_cpu_pm_model(cpu_model);
  60
  61   surf_disk_model_init_S19();
  62 }
  63
  64 CpuL07Model::CpuL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  65     : CpuModel(name), hostModel_(hmodel)
  66 {
  67   set_maxmin_system(sys);
  68 }
  69
  70 CpuL07Model::~CpuL07Model()
  71 {
  72   set_maxmin_system(nullptr);
  73 }
  74
  75 NetworkL07Model::NetworkL07Model(const std::string& name, HostL07Model* hmodel, lmm::System* sys)
  76     : NetworkModel(name), hostModel_(hmodel)
  77 {
  78   set_maxmin_system(sys);
  79   loopback_.reset(create_link("__loopback__", {simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-bw")}));
  80   loopback_->set_sharing_policy(s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE, {});
  81   loopback_->set_latency(simgrid::config::get_value<double>("network/loopback-lat"));
  82   loopback_->get_iface()->seal();
  83 }
  84
  85 NetworkL07Model::~NetworkL07Model()
  86 {
  87   set_maxmin_system(nullptr);
  88 }
  89
  90 double HostL07Model::next_occurring_event(double now)
  91 {
  92   double min = HostModel::next_occurring_event_full(now);
  93   for (Action const& action : *get_started_action_set()) {
  94     const auto& net_action = static_cast<const L07Action&>(action);
  95     if (net_action.get_latency() > 0 && (min < 0 || net_action.get_latency() < min)) {
  96       min = net_action.get_latency();
  97       XBT_DEBUG("Updating min with %p (start %f): %f", &net_action, net_action.get_start_time(), min);
  98     }
  99   }
 100   XBT_DEBUG("min value: %f", min);
 101
 102   return min;
 103 }
 104
 105 void HostL07Model::update_actions_state(double /*now*/, double delta)
 106 {
 107   for (auto it = std::begin(*get_started_action_set()); it != std::end(*get_started_action_set());) {
 108     auto& action = static_cast<L07Action&>(*it);
 109     ++it; // increment iterator here since the following calls to action.finish() may invalidate it
 110     if (action.get_latency() > 0) {
 111       if (action.get_latency() > delta) {
 112         action.update_latency(delta, sg_surf_precision);
 113       } else {
 114         action.set_latency(0.0);
 115       }
 116       if ((action.get_latency() <= 0.0) && (action.is_suspended() == 0)) {
 117         action.update_bound();
 118         get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action.get_variable(), 1.0);
 119         action.set_last_update();
 120       }
 121     }
 122     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g) updated by %g.", &action, action.get_remains(), action.get_rate() * delta);
 123     action.update_remains(action.get_rate() * delta);
 124     action.update_max_duration(delta);
 125
 126     XBT_DEBUG("Action (%p) : remains (%g).", &action, action.get_remains());
 127
 128     /* In the next if cascade, the action can be finished either because:
 129      *  - The amount of remaining work reached 0
 130      *  - The max duration was reached
 131      * If it's not done, it may have failed.
 132      */
 133
 134     if (((action.get_remains() <= 0) && (action.get_variable()->get_penalty() > 0)) ||
 135         ((action.get_max_duration() != NO_MAX_DURATION) && (action.get_max_duration() <= 0))) {
 136       action.finish(Action::State::FINISHED);
 137       continue;
 138     }
 139
 140     /* Need to check that none of the model has failed */
 141     int i                               = 0;
 142     const lmm::Constraint* cnst         = action.get_variable()->get_constraint(i);
 143     while (cnst != nullptr) {
 144       i++;
 145       if (not cnst->get_id()->is_on()) {
 146         XBT_DEBUG("Action (%p) Failed!!", &action);
 147         action.finish(Action::State::FAILED);
 148         break;
 149       }
 150       cnst = action.get_variable()->get_constraint(i);
 151     }
 152   }
 153 }
 154
 155 CpuAction* HostL07Model::execute_parallel(const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 156                                           const double* bytes_amount, double rate)
 157 {
 158   return new L07Action(this, host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 159 }
 160
 161 L07Action::L07Action(Model* model, const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 162                      const double* bytes_amount, double rate)
 163     : CpuAction(model, 1.0, false)
 164     , host_list_(host_list)
 165     , computation_amount_(flops_amount)
 166     , communication_amount_(bytes_amount)
 167     , rate_(rate)
 168 {
 169   size_t link_nb       = 0;
 170   const size_t host_nb = host_list_.size();
 171   size_t used_host_nb  = 0; /* Only the hosts with something to compute (>0 flops) are counted) */
 172   double latency       = 0.0;
 173   this->set_last_update();
 174
 175   if (flops_amount != nullptr)
 176     used_host_nb += std::count_if(flops_amount, flops_amount + host_nb, [](double x) { return x > 0.0; });
 177
 178   /* Compute the number of affected resources... */
 179   if (bytes_amount != nullptr) {
 180     std::unordered_set<const char*> affected_links;
 181
 182     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 183       if (bytes_amount[k] <= 0)
 184         continue;
 185
 186       double lat = 0.0;
 187       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 188       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, &lat);
 189       latency = std::max(latency, lat);
 190
 191       for (auto const& link : route)
 192         affected_links.insert(link->get_cname());
 193     }
 194
 195     link_nb = affected_links.size();
 196   }
 197
 198   XBT_DEBUG("Creating a parallel task (%p) with %zu hosts and %zu unique links.", this, host_nb, link_nb);
 199   latency_ = latency;
 200
 201   set_variable(model->get_maxmin_system()->variable_new(this, 1.0, (rate > 0 ? rate : -1.0), host_nb + link_nb));
 202
 203   if (latency_ > 0)
 204     model->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(get_variable(), 0.0);
 205
 206   /* Expand it for the CPUs even if there is nothing to compute, to make sure that it gets expended even if there is no
 207    * communication either */
 208   for (size_t i = 0; i < host_nb; i++) {
 209     model->get_maxmin_system()->expand(host_list[i]->get_cpu()->get_constraint(), get_variable(),
 210                                        (flops_amount == nullptr ? 0.0 : flops_amount[i]), true);
 211   }
 212
 213   if (bytes_amount != nullptr) {
 214     for (size_t k = 0; k < host_nb * host_nb; k++) {
 215       if (bytes_amount[k] <= 0.0)
 216         continue;
 217       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 218       host_list_[k / host_nb]->route_to(host_list_[k % host_nb], route, nullptr);
 219
 220       for (auto const& link : route)
 221         model->get_maxmin_system()->expand(link->get_constraint(), this->get_variable(), bytes_amount[k]);
 222     }
 223   }
 224
 225   if (link_nb + used_host_nb == 0) {
 226     this->set_cost(1.0);
 227     this->set_remains(0.0);
 228   }
 229   /* finally calculate the initial bound value */
 230   update_bound();
 231 }
 232
 233 Action* NetworkL07Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
 234 {
 235   std::vector<s4u::Host*> host_list = {src, dst};
 236   const auto* flops_amount          = new double[2]();
 237   auto* bytes_amount                = new double[4]();
 238
 239   bytes_amount[1] = size;
 240
 241   Action* res = hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 242   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 243   return res;
 244 }
 245
 246 CpuImpl* CpuL07Model::create_cpu(s4u::Host* host, const std::vector<double>& speed_per_pstate)
 247 {
 248   return (new CpuL07(host, speed_per_pstate))->set_model(this);
 249 }
 250
 251 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 252 {
 253   xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "Non WIFI link must have only 1 bandwidth.");
 254   auto link = new LinkL07(name, bandwidths[0], get_maxmin_system());
 255   link->set_model(this);
 256   return link;
 257 }
 258
 259 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_wifi_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 260 {
 261   THROW_UNIMPLEMENTED;
 262 }
 263
 264 /************
 265  * Resource *
 266  ************/
 267
 268 CpuAction* CpuL07::execution_start(double size, double user_bound)
 269 {
 270   std::vector<s4u::Host*> host_list = {get_iface()};
 271   xbt_assert(user_bound <= 0, "User bound not supported by ptask model");
 272
 273   auto* flops_amount = new double[host_list.size()]();
 274   flops_amount[0]    = size;
 275
 276   CpuAction* res =
 277       static_cast<CpuL07Model*>(get_model())->hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, nullptr, -1);
 278   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 279   return res;
 280 }
 281
 282 CpuAction* CpuL07::sleep(double duration)
 283 {
 284   auto* action = static_cast<L07Action*>(execution_start(1.0, -1));
 285   action->set_max_duration(duration);
 286   action->set_suspend_state(Action::SuspendStates::SLEEPING);
 287   get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action->get_variable(), 0.0);
 288
 289   return action;
 290 }
 291
 292 /** @brief take into account changes of speed (either load or max) */
 293 void CpuL07::on_speed_change()
 294 {
 295   const lmm::Element* elem = nullptr;
 296
 297   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), get_core_count() * speed_.peak * speed_.scale);
 298
 299   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 300     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 301     action->update_bound();
 302   }
 303
 304   CpuImpl::on_speed_change();
 305 }
 306
 307 LinkL07::LinkL07(const std::string& name, double bandwidth, lmm::System* system) : StandardLinkImpl(name)
 308 {
 309   this->set_constraint(system->constraint_new(this, bandwidth));
 310   bandwidth_.peak = bandwidth;
 311 }
 312
 313 void CpuL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 314 {
 315   XBT_DEBUG("Updating cpu %s (%p) with value %g", get_cname(), this, value);
 316   if (triggered == speed_.event) {
 317     speed_.scale = value;
 318     on_speed_change();
 319     tmgr_trace_event_unref(&speed_.event);
 320
 321   } else if (triggered == get_state_event()) {
 322     if (value > 0) {
 323       if (not is_on()) {
 324         XBT_VERB("Restart actors on host %s", get_iface()->get_cname());
 325         get_iface()->turn_on();
 326       }
 327     } else
 328       get_iface()->turn_off();
 329
 330     unref_state_event();
 331   } else {
 332     xbt_die("Unknown event!\n");
 333   }
 334 }
 335
 336 void LinkL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 337 {
 338   XBT_DEBUG("Updating link %s (%p) with value=%f", get_cname(), this, value);
 339   if (triggered == bandwidth_.event) {
 340     set_bandwidth(value);
 341     tmgr_trace_event_unref(&bandwidth_.event);
 342
 343   } else if (triggered == latency_.event) {
 344     set_latency(value);
 345     tmgr_trace_event_unref(&latency_.event);
 346
 347   } else if (triggered == get_state_event()) {
 348     if (value > 0)
 349       turn_on();
 350     else
 351       turn_off();
 352     unref_state_event();
 353   } else {
 354     xbt_die("Unknown event ! \n");
 355   }
 356 }
 357
 358 void LinkL07::set_bandwidth(double value)
 359 {
 360   bandwidth_.peak = value;
 361   StandardLinkImpl::on_bandwidth_change();
 362
 363   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), bandwidth_.peak * bandwidth_.scale);
 364 }
 365
 366 void LinkL07::set_latency(double value)
 367 {
 368   latency_check(value);
 369   const lmm::Element* elem = nullptr;
 370
 371   latency_.peak = value;
 372   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 373     const auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 374     action->update_bound();
 375   }
 376 }
 377 LinkL07::~LinkL07() = default;
 378
 379 /**********
 380  * Action *
 381  **********/
 382
 383 L07Action::~L07Action()
 384 {
 385   if (free_arrays_) {
 386     delete[] computation_amount_;
 387     delete[] communication_amount_;
 388   }
 389 }
 390
 391 double L07Action::calculate_network_bound() const
 392 {
 393   double lat_current = 0.0;
 394   double lat_bound   = std::numeric_limits<double>::max();
 395
 396   size_t host_count = host_list_.size();
 397
 398   if (communication_amount_ == nullptr) {
 399     return lat_bound;
 400   }
 401
 402   for (size_t i = 0; i < host_count; i++) {
 403     for (size_t j = 0; j < host_count; j++) {
 404       if (communication_amount_[i * host_count + j] > 0) {
 405         double lat = 0.0;
 406         std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 407         host_list_.at(i)->route_to(host_list_.at(j), route, &lat);
 408
 409         lat_current = std::max(lat_current, lat * communication_amount_[i * host_count + j]);
 410       }
 411     }
 412   }
 413   if (lat_current > 0) {
 414     lat_bound = NetworkModel::cfg_tcp_gamma / (2.0 * lat_current);
 415   }
 416   return lat_bound;
 417 }
 418
 419 double L07Action::calculate_cpu_bound() const
 420 {
 421   double cpu_bound = std::numeric_limits<double>::max();
 422
 423   if (computation_amount_ == nullptr) {
 424     return cpu_bound;
 425   }
 426
 427   for (size_t i = 0; i < host_list_.size(); i++) {
 428     if (computation_amount_[i] > 0) {
 429       cpu_bound = std::min(cpu_bound, host_list_[i]->get_cpu()->get_speed(1.0) *
 430                                           host_list_[i]->get_cpu()->get_speed_ratio() / computation_amount_[i]);
 431     }
 432   }
 433   return cpu_bound;
 434 }
 435
 436 void L07Action::update_bound() const
 437 {
 438   double bound = std::min(calculate_network_bound(), calculate_cpu_bound());
 439
 440   XBT_DEBUG("action (%p) : bound = %g", this, bound);
 441
 442   /* latency has been paid (or no latency), we can set the appropriate bound for multicore or network limit */
 443   if ((bound < std::numeric_limits<double>::max()) && (latency_ <= 0.0)) {
 444     if (rate_ < 0)
 445       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), bound);
 446     else
 447       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), std::min(rate_, bound));
 448   }
 449 }
 450
 451 } // namespace simgrid::kernel::resource