src/smpi/colls/allreduce/allreduce-smp-binomial-pipeline.cpp

   1 /* Copyright (c) 2013-2019. 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 "../colls_private.hpp"
   8 /* IMPLEMENTED BY PITCH PATARASUK
   9    Non-topoloty-specific (however, number of cores/node need to be changed)
  10    all-reduce operation designed for smp clusters
  11    It uses 2-layer communication: binomial for both intra-communication
  12    inter-communication
  13    The communication are done in a pipeline fashion */
  14
  15
  16
  17 /* this is a default segment size for pipelining,
  18    but it is typically passed as a command line argument */
  19 int allreduce_smp_binomial_pipeline_segment_size = 4096;
  20
  21 /* ** NOTE **
  22    This code is modified from allreduce-smp-binomial.c by wrapping the code with pipeline effect as follow
  23    for (loop over pipelength) {
  24      smp-binomial main code;
  25    }
  26 */
  27
  28 /* ** NOTE **
  29    Use -DMPICH2 if this code does not compile.
  30    MPICH1 code also work on MPICH2 on our cluster and the performance are similar.
  31    This code assume commutative and associative reduce operator (MPI_SUM, MPI_MAX, etc).
  32 */
  33
  34 /*
  35 This fucntion performs all-reduce operation as follow. ** in a pipeline fashion **
  36 1) binomial_tree reduce inside each SMP node
  37 2) binomial_tree reduce intra-communication between root of each SMP node
  38 3) binomial_tree bcast intra-communication between root of each SMP node
  39 4) binomial_tree bcast inside each SMP node
  40 */
  41 namespace simgrid{
  42 namespace smpi{
  43 int Coll_allreduce_smp_binomial_pipeline::allreduce(const void *send_buf,
  44                                                     void *recv_buf, int count,
  45                                                     MPI_Datatype dtype,
  46                                                     MPI_Op op, MPI_Comm comm)
  47 {
  48   int comm_size, rank;
  49   int tag = COLL_TAG_ALLREDUCE;
  50   int mask, src, dst;
  51   MPI_Status status;
  52   if(comm->get_leaders_comm()==MPI_COMM_NULL){
  53     comm->init_smp();
  54   }
  55   int num_core=1;
  56   if (comm->is_uniform()){
  57     num_core = comm->get_intra_comm()->size();
  58   }
  59
  60   comm_size = comm->size();
  61   rank = comm->rank();
  62   MPI_Aint extent;
  63   extent = dtype->get_extent();
  64   unsigned char* tmp_buf = smpi_get_tmp_sendbuffer(count * extent);
  65
  66   int intra_rank, inter_rank;
  67   intra_rank = rank % num_core;
  68   inter_rank = rank / num_core;
  69
  70   int phase;
  71   int send_offset;
  72   int recv_offset;
  73   int pcount = allreduce_smp_binomial_pipeline_segment_size;
  74   if (pcount > count) {
  75     pcount = count;
  76   }
  77
  78   /* size of processes participate in intra communications =>
  79      should be equal to number of machines */
  80   int inter_comm_size = (comm_size + num_core - 1) / num_core;
  81
  82   /* copy input buffer to output buffer */
  83   Request::sendrecv(send_buf, count, dtype, rank, tag,
  84                recv_buf, count, dtype, rank, tag, comm, &status);
  85
  86   /* compute pipe length */
  87   int pipelength;
  88   pipelength = count / pcount;
  89
  90   /* pipelining over pipelength (+3 is because we have 4 stages:
  91      reduce-intra, reduce-inter, bcast-inter, bcast-intra */
  92   for (phase = 0; phase < pipelength + 3; phase++) {
  93
  94     /* start binomial reduce intra communication inside each SMP node */
  95     if (phase < pipelength) {
  96       mask = 1;
  97       while (mask < num_core) {
  98         if ((mask & intra_rank) == 0) {
  99           src = (inter_rank * num_core) + (intra_rank | mask);
 100           if (src < comm_size) {
 101             recv_offset = phase * pcount * extent;
 102             Request::recv(tmp_buf, pcount, dtype, src, tag, comm, &status);
 103             if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, (char *)recv_buf + recv_offset, &pcount, dtype);
 104           }
 105         } else {
 106           send_offset = phase * pcount * extent;
 107           dst = (inter_rank * num_core) + (intra_rank & (~mask));
 108           Request::send((char *)recv_buf + send_offset, pcount, dtype, dst, tag, comm);
 109           break;
 110         }
 111         mask <<= 1;
 112       }
 113     }
 114
 115     /* start binomial reduce inter-communication between each SMP nodes:
 116        each node only have one process that can communicate to other nodes */
 117     if ((phase > 0) && (phase < (pipelength + 1))) {
 118       if (intra_rank == 0) {
 119
 120         mask = 1;
 121         while (mask < inter_comm_size) {
 122           if ((mask & inter_rank) == 0) {
 123             src = (inter_rank | mask) * num_core;
 124             if (src < comm_size) {
 125               recv_offset = (phase - 1) * pcount * extent;
 126               Request::recv(tmp_buf, pcount, dtype, src, tag, comm, &status);
 127               if(op!=MPI_OP_NULL) op->apply( tmp_buf, (char *)recv_buf + recv_offset, &pcount, dtype);
 128             }
 129           } else {
 130             dst = (inter_rank & (~mask)) * num_core;
 131             send_offset = (phase - 1) * pcount * extent;
 132             Request::send((char *)recv_buf + send_offset, pcount, dtype, dst, tag, comm);
 133             break;
 134           }
 135           mask <<= 1;
 136         }
 137       }
 138     }
 139
 140     /* start binomial broadcast inter-communication between each SMP nodes:
 141        each node only have one process that can communicate to other nodes */
 142     if ((phase > 1) && (phase < (pipelength + 2))) {
 143       if (intra_rank == 0) {
 144         mask = 1;
 145         while (mask < inter_comm_size) {
 146           if (inter_rank & mask) {
 147             src = (inter_rank - mask) * num_core;
 148             recv_offset = (phase - 2) * pcount * extent;
 149             Request::recv((char *)recv_buf + recv_offset, pcount, dtype, src, tag, comm,
 150                      &status);
 151             break;
 152           }
 153           mask <<= 1;
 154         }
 155         mask >>= 1;
 156
 157         while (mask > 0) {
 158           if (inter_rank < inter_comm_size) {
 159             dst = (inter_rank + mask) * num_core;
 160             if (dst < comm_size) {
 161               //printf("Node %d send to node %d when mask is %d\n", rank, dst, mask);
 162               send_offset = (phase - 2) * pcount * extent;
 163               Request::send((char *)recv_buf + send_offset, pcount, dtype, dst, tag, comm);
 164             }
 165           }
 166           mask >>= 1;
 167         }
 168       }
 169     }
 170
 171     /* start binomial broadcast intra-communication inside each SMP nodes */
 172     if (phase > 2) {
 173       int num_core_in_current_smp = num_core;
 174       if (inter_rank == (inter_comm_size - 1)) {
 175         num_core_in_current_smp = comm_size - (inter_rank * num_core);
 176       }
 177       mask = 1;
 178       while (mask < num_core_in_current_smp) {
 179         if (intra_rank & mask) {
 180           src = (inter_rank * num_core) + (intra_rank - mask);
 181           recv_offset = (phase - 3) * pcount * extent;
 182           Request::recv((char *)recv_buf + recv_offset, pcount, dtype, src, tag, comm,
 183                    &status);
 184           break;
 185         }
 186         mask <<= 1;
 187       }
 188       mask >>= 1;
 189
 190       while (mask > 0) {
 191         dst = (inter_rank * num_core) + (intra_rank + mask);
 192         if (dst < comm_size) {
 193           send_offset = (phase - 3) * pcount * extent;
 194           Request::send((char *)recv_buf + send_offset, pcount, dtype, dst, tag, comm);
 195         }
 196         mask >>= 1;
 197       }
 198     }
 199   }                             // for phase
 200
 201   smpi_free_tmp_buffer(tmp_buf);
 202   return MPI_SUCCESS;
 203 }
 204 }
 205 }