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, 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 {
  47 namespace kernel {
  48 namespace resource {
  49
  50 HostL07Model::HostL07Model(const std::string& name, lmm::System* sys) : HostModel(name)
  51 {
  52   set_maxmin_system(sys);
  53
  54   auto net_model = std::make_shared<NetworkL07Model>("Network_Ptask", this, sys);
  55   auto engine    = EngineImpl::get_instance();
  56   engine->add_model(net_model);
  57   engine->get_netzone_root()->set_network_model(net_model);
  58
  59   auto cpu_model = std::make_shared<CpuL07Model>("Cpu_Ptask", this, sys);
  60   engine->add_model(cpu_model);
  61   engine->get_netzone_root()->set_cpu_pm_model(cpu_model);
  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_ = 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_->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.updateBound();
 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       const Resource* constraint_id = cnst->get_id();
 146       if (not constraint_id->is_on()) {
 147         XBT_DEBUG("Action (%p) Failed!!", &action);
 148         action.finish(Action::State::FAILED);
 149         break;
 150       }
 151       cnst = action.get_variable()->get_constraint(i);
 152     }
 153   }
 154 }
 155
 156 CpuAction* HostL07Model::execute_parallel(const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 157                                           const double* bytes_amount, double rate)
 158 {
 159   return new L07Action(this, host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 160 }
 161
 162 L07Action::L07Action(Model* model, const std::vector<s4u::Host*>& host_list, const double* flops_amount,
 163                      const double* bytes_amount, double rate)
 164     : CpuAction(model, 1.0, false), computationAmount_(flops_amount), communicationAmount_(bytes_amount), rate_(rate)
 165 {
 166   size_t link_nb      = 0;
 167   size_t used_host_nb = 0; /* Only the hosts with something to compute (>0 flops) are counted) */
 168   double latency      = 0.0;
 169   this->set_last_update();
 170
 171   hostList_.insert(hostList_.end(), host_list.begin(), host_list.end());
 172
 173   if (flops_amount != nullptr)
 174     used_host_nb += std::count_if(flops_amount, flops_amount + host_list.size(), [](double x) { return x > 0.0; });
 175
 176   /* Compute the number of affected resources... */
 177   if (bytes_amount != nullptr) {
 178     std::unordered_set<const char*> affected_links;
 179
 180     for (size_t k = 0; k < host_list.size() * host_list.size(); k++) {
 181       if (bytes_amount[k] <= 0)
 182         continue;
 183
 184       double lat = 0.0;
 185       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 186       hostList_[k / host_list.size()]->route_to(hostList_[k % host_list.size()], route, &lat);
 187       latency = std::max(latency, lat);
 188
 189       for (auto const& link : route)
 190         affected_links.insert(link->get_cname());
 191     }
 192
 193     link_nb = affected_links.size();
 194   }
 195
 196   XBT_DEBUG("Creating a parallel task (%p) with %zu hosts and %zu unique links.", this, host_list.size(), link_nb);
 197   latency_ = latency;
 198
 199   set_variable(
 200       model->get_maxmin_system()->variable_new(this, 1.0, (rate > 0 ? rate : -1.0), host_list.size() + link_nb));
 201
 202   if (latency_ > 0)
 203     model->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(get_variable(), 0.0);
 204
 205   /* Expand it for the CPUs even if there is nothing to compute, to make sure that it gets expended even if there is no
 206    * communication either */
 207   for (size_t i = 0; i < host_list.size(); i++) {
 208     model->get_maxmin_system()->expand(host_list[i]->get_cpu()->get_constraint(), get_variable(),
 209                                        (flops_amount == nullptr ? 0.0 : flops_amount[i]));
 210   }
 211
 212   if (bytes_amount != nullptr) {
 213     for (size_t k = 0; k < host_list.size() * host_list.size(); k++) {
 214       if (bytes_amount[k] <= 0.0)
 215         continue;
 216       std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 217       hostList_[k / host_list.size()]->route_to(hostList_[k % host_list.size()], route, nullptr);
 218
 219       for (auto const& link : route)
 220         model->get_maxmin_system()->expand(link->get_constraint(), this->get_variable(), bytes_amount[k]);
 221     }
 222   }
 223
 224   if (link_nb + used_host_nb == 0) {
 225     this->set_cost(1.0);
 226     this->set_remains(0.0);
 227   }
 228   /* finally calculate the initial bound value */
 229   updateBound();
 230 }
 231
 232 Action* NetworkL07Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
 233 {
 234   std::vector<s4u::Host*> host_list = {src, dst};
 235   const auto* flops_amount          = new double[2]();
 236   auto* bytes_amount                = new double[4]();
 237
 238   bytes_amount[1] = size;
 239
 240   Action* res = hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, bytes_amount, rate);
 241   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 242   return res;
 243 }
 244
 245 CpuImpl* CpuL07Model::create_cpu(s4u::Host* host, const std::vector<double>& speed_per_pstate)
 246 {
 247   return (new CpuL07(host, speed_per_pstate))->set_model(this);
 248 }
 249
 250 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 251 {
 252   xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "Non WIFI link must have only 1 bandwidth.");
 253   auto link = new LinkL07(name, bandwidths[0], get_maxmin_system());
 254   link->set_model(this);
 255   return link;
 256 }
 257
 258 StandardLinkImpl* NetworkL07Model::create_wifi_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths)
 259 {
 260   THROW_UNIMPLEMENTED;
 261 }
 262
 263 /************
 264  * Resource *
 265  ************/
 266
 267 CpuAction* CpuL07::execution_start(double size, double user_bound)
 268 {
 269   std::vector<s4u::Host*> host_list = {get_iface()};
 270   xbt_assert(user_bound <= 0, "User bound not supported by ptask model");
 271
 272   auto* flops_amount = new double[host_list.size()]();
 273   flops_amount[0]    = size;
 274
 275   CpuAction* res =
 276       static_cast<CpuL07Model*>(get_model())->hostModel_->execute_parallel(host_list, flops_amount, nullptr, -1);
 277   static_cast<L07Action*>(res)->free_arrays_ = true;
 278   return res;
 279 }
 280
 281 CpuAction* CpuL07::sleep(double duration)
 282 {
 283   auto* action = static_cast<L07Action*>(execution_start(1.0, -1));
 284   action->set_max_duration(duration);
 285   action->set_suspend_state(Action::SuspendStates::SLEEPING);
 286   get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_penalty(action->get_variable(), 0.0);
 287
 288   return action;
 289 }
 290
 291 /** @brief take into account changes of speed (either load or max) */
 292 void CpuL07::on_speed_change()
 293 {
 294   const lmm::Element* elem = nullptr;
 295
 296   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), get_core_count() * speed_.peak * speed_.scale);
 297
 298   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 299     auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 300     action->updateBound();
 301   }
 302
 303   CpuImpl::on_speed_change();
 304 }
 305
 306 LinkL07::LinkL07(const std::string& name, double bandwidth, lmm::System* system) : StandardLinkImpl(name)
 307 {
 308   this->set_constraint(system->constraint_new(this, bandwidth));
 309   bandwidth_.peak = bandwidth;
 310 }
 311
 312 void CpuL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 313 {
 314   XBT_DEBUG("Updating cpu %s (%p) with value %g", get_cname(), this, value);
 315   if (triggered == speed_.event) {
 316     speed_.scale = value;
 317     on_speed_change();
 318     tmgr_trace_event_unref(&speed_.event);
 319
 320   } else if (triggered == get_state_event()) {
 321     if (value > 0) {
 322       if (not is_on()) {
 323         XBT_VERB("Restart actors on host %s", get_iface()->get_cname());
 324         get_iface()->turn_on();
 325       }
 326     } else
 327       get_iface()->turn_off();
 328
 329     unref_state_event();
 330   } else {
 331     xbt_die("Unknown event!\n");
 332   }
 333 }
 334
 335 void LinkL07::apply_event(profile::Event* triggered, double value)
 336 {
 337   XBT_DEBUG("Updating link %s (%p) with value=%f", get_cname(), this, value);
 338   if (triggered == bandwidth_.event) {
 339     set_bandwidth(value);
 340     tmgr_trace_event_unref(&bandwidth_.event);
 341
 342   } else if (triggered == latency_.event) {
 343     set_latency(value);
 344     tmgr_trace_event_unref(&latency_.event);
 345
 346   } else if (triggered == get_state_event()) {
 347     if (value > 0)
 348       turn_on();
 349     else
 350       turn_off();
 351     unref_state_event();
 352   } else {
 353     xbt_die("Unknown event ! \n");
 354   }
 355 }
 356
 357 void LinkL07::set_bandwidth(double value)
 358 {
 359   bandwidth_.peak = value;
 360   StandardLinkImpl::on_bandwidth_change();
 361
 362   get_model()->get_maxmin_system()->update_constraint_bound(get_constraint(), bandwidth_.peak * bandwidth_.scale);
 363 }
 364
 365 void LinkL07::set_latency(double value)
 366 {
 367   latency_check(value);
 368   const lmm::Element* elem = nullptr;
 369
 370   latency_.peak = value;
 371   while (const auto* var = get_constraint()->get_variable(&elem)) {
 372     auto* action = static_cast<L07Action*>(var->get_id());
 373     action->updateBound();
 374   }
 375 }
 376 LinkL07::~LinkL07() = default;
 377
 378 /**********
 379  * Action *
 380  **********/
 381
 382 L07Action::~L07Action()
 383 {
 384   if (free_arrays_) {
 385     delete[] computationAmount_;
 386     delete[] communicationAmount_;
 387   }
 388 }
 389
 390 double L07Action::calculateNetworkBound()
 391 {
 392   double lat_current = 0.0;
 393   double lat_bound   = std::numeric_limits<double>::max();
 394
 395   size_t host_count = hostList_.size();
 396
 397   if (communicationAmount_ == nullptr) {
 398     return lat_bound;
 399   }
 400
 401   for (size_t i = 0; i < host_count; i++) {
 402     for (size_t j = 0; j < host_count; j++) {
 403       if (communicationAmount_[i * host_count + j] > 0) {
 404         double lat = 0.0;
 405         std::vector<StandardLinkImpl*> route;
 406         hostList_.at(i)->route_to(hostList_.at(j), route, &lat);
 407
 408         lat_current = std::max(lat_current, lat * communicationAmount_[i * host_count + j]);
 409       }
 410     }
 411   }
 412   if (lat_current > 0) {
 413     lat_bound = NetworkModel::cfg_tcp_gamma / (2.0 * lat_current);
 414   }
 415   return lat_bound;
 416 }
 417
 418 double L07Action::calculateCpuBound()
 419 {
 420   double cpu_bound = std::numeric_limits<double>::max();
 421
 422   if (computationAmount_ == nullptr) {
 423     return cpu_bound;
 424   }
 425
 426   for (size_t i = 0; i < hostList_.size(); i++) {
 427     if (computationAmount_[i] > 0) {
 428       cpu_bound = std::min(cpu_bound, hostList_[i]->get_cpu()->get_speed(1.0) *
 429                                           hostList_[i]->get_cpu()->get_speed_ratio() / computationAmount_[i]);
 430     }
 431   }
 432   return cpu_bound;
 433 }
 434
 435 void L07Action::updateBound()
 436 {
 437   double bound = std::min(calculateNetworkBound(), calculateCpuBound());
 438
 439   XBT_DEBUG("action (%p) : bound = %g", this, bound);
 440
 441   /* latency has been paid (or no latency), we can set the appropriate bound for multicore or network limit */
 442   if ((bound < std::numeric_limits<double>::max()) && (latency_ <= 0.0)) {
 443     if (rate_ < 0)
 444       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), bound);
 445     else
 446       get_model()->get_maxmin_system()->update_variable_bound(get_variable(), std::min(rate_, bound));
 447   }
 448 }
 449
 450 } // namespace resource
 451 } // namespace kernel
 452 } // namespace simgrid