src/smpi/internals/smpi_bench.cpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2021. 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 "getopt.h"
   7 #include "private.hpp"
   8 #include "simgrid/host.h"
   9 #include "simgrid/modelchecker.h"
  10 #include "simgrid/s4u/Engine.hpp"
  11 #include "simgrid/s4u/Exec.hpp"
  12 #include "smpi_comm.hpp"
  13 #include "smpi_utils.hpp"
  14 #include "src/internal_config.h"
  15 #include "src/mc/mc_replay.hpp"
  16 #include "src/surf/surf_interface.hpp" // sg_surf_precision
  17 #include "xbt/config.hpp"
  18 #include "xbt/file.hpp"
  19
  20 #include "src/smpi/include/smpi_actor.hpp"
  21 #include <unordered_map>
  22
  23 #ifndef WIN32
  24 #include <sys/mman.h>
  25 #endif
  26 #include <cerrno>
  27 #include <cmath>
  28
  29 #if HAVE_PAPI
  30 #include <papi.h>
  31 #endif
  32
  33 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(smpi_bench, smpi, "Logging specific to SMPI (benchmarking)");
  34
  35 static simgrid::config::Flag<double>
  36     smpi_wtime_sleep("smpi/wtime",
  37                      "Minimum time to inject inside a call to MPI_Wtime(), gettimeofday() and clock_gettime()",
  38                      1e-8 /* Documented to be 10 ns */);
  39
  40 // Private execute_flops used by smpi_execute and smpi_execute_benched
  41 void private_execute_flops(double flops) {
  42   xbt_assert(flops >= 0, "You're trying to execute a negative amount of flops (%f)!", flops);
  43   XBT_DEBUG("Handle real computation time: %f flops", flops);
  44   simgrid::s4u::this_actor::exec_init(flops)
  45       ->set_name("computation")
  46       ->set_tracing_category(smpi_process()->get_tracing_category())
  47       ->start()
  48       ->wait();
  49   smpi_switch_data_segment(simgrid::s4u::Actor::self());
  50 }
  51
  52 void smpi_execute_flops(double flops)
  53 {
  54   private_execute_flops(flops);
  55 }
  56
  57 void smpi_execute(double duration)
  58 {
  59   if (duration >= smpi_cfg_cpu_thresh()) {
  60     XBT_DEBUG("Sleep for %gs (host time) to handle real computation time", duration);
  61     private_execute_flops(duration * smpi_cfg_host_speed());
  62   } else {
  63     XBT_DEBUG("Real computation took %g while option smpi/cpu-threshold is set to %g => ignore it", duration,
  64               smpi_cfg_cpu_thresh());
  65   }
  66 }
  67
  68 void smpi_execute_benched(double duration)
  69 {
  70   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
  71   double speed = sg_host_get_speed(sg_host_self());
  72   smpi_execute_flops(duration*speed);
  73 }
  74
  75 void smpi_execute_flops_benched(double flops) {
  76   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
  77   smpi_execute_flops(flops);
  78 }
  79
  80 void smpi_bench_begin()
  81 {
  82   smpi_switch_data_segment(simgrid::s4u::Actor::self());
  83
  84   if (MC_is_active() || MC_record_replay_is_active())
  85     return;
  86
  87 #if HAVE_PAPI
  88   if (not smpi_cfg_papi_events_file().empty()) {
  89     int event_set = smpi_process()->papi_event_set();
  90     // PAPI_start sets everything to 0! See man(3) PAPI_start
  91     if (PAPI_LOW_LEVEL_INITED == PAPI_is_initialized() && event_set)
  92       xbt_assert(PAPI_start(event_set) == PAPI_OK,
  93                  "Could not start PAPI counters (TODO: this needs some proper handling).");
  94   }
  95 #endif
  96   xbt_os_threadtimer_start(smpi_process()->timer());
  97 }
  98
  99 double smpi_adjust_comp_speed(){
 100   double speedup=1;
 101   if (smpi_cfg_comp_adjustment_file()[0] != '\0') {
 102     const smpi_trace_call_location_t* loc                      = smpi_process()->call_location();
 103     std::string key                                            = loc->get_composed_key();
 104     std::unordered_map<std::string, double>::const_iterator it = location2speedup.find(key);
 105     if (it != location2speedup.end()) {
 106       speedup = it->second;
 107     }
 108   }
 109   return speedup;
 110 }
 111
 112 void smpi_bench_end()
 113 {
 114   if (MC_is_active() || MC_record_replay_is_active())
 115     return;
 116
 117   xbt_os_timer_t timer = smpi_process()->timer();
 118   xbt_os_threadtimer_stop(timer);
 119
 120 #if HAVE_PAPI
 121   /**
 122    * An MPI function has been called and now is the right time to update
 123    * our PAPI counters for this process.
 124    */
 125   if (not smpi_cfg_papi_events_file().empty()) {
 126     papi_counter_t& counter_data        = smpi_process()->papi_counters();
 127     int event_set                       = smpi_process()->papi_event_set();
 128     std::vector<long long> event_values(counter_data.size());
 129
 130     if (event_set)
 131       xbt_assert(PAPI_stop(event_set, &event_values[0]) == PAPI_OK, "Could not stop PAPI counters.");
 132     for (unsigned int i = 0; i < counter_data.size(); i++)
 133       counter_data[i].second += event_values[i];
 134   }
 135 #endif
 136
 137   if (smpi_process()->sampling()) {
 138     XBT_CRITICAL("Cannot do recursive benchmarks.");
 139     XBT_CRITICAL("Are you trying to make a call to MPI within an SMPI_SAMPLE_ block?");
 140     xbt_backtrace_display_current();
 141     xbt_die("Aborting.");
 142   }
 143
 144   // Maybe we need to artificially speed up or slow down our computation based on our statistical analysis.
 145   // Simulate the benchmarked computation unless disabled via command-line argument
 146   if (smpi_cfg_simulate_computation()) {
 147     smpi_execute(xbt_os_timer_elapsed(timer)/smpi_adjust_comp_speed());
 148   }
 149
 150 #if HAVE_PAPI
 151   if (not smpi_cfg_papi_events_file().empty() && TRACE_smpi_is_enabled()) {
 152     simgrid::instr::Container* container =
 153         simgrid::instr::Container::by_name(std::string("rank-") + std::to_string(simgrid::s4u::this_actor::get_pid()));
 154     const papi_counter_t& counter_data = smpi_process()->papi_counters();
 155
 156     for (auto const& pair : counter_data) {
 157       container->get_variable(pair.first)->set_event(simgrid::s4u::Engine::get_clock(), pair.second);
 158     }
 159   }
 160 #endif
 161
 162   simgrid::smpi::utils::add_benched_time(xbt_os_timer_elapsed(timer));
 163 }
 164
 165 /* Private sleep function used by smpi_sleep(), smpi_usleep() and friends */
 166 static void private_sleep(double secs)
 167 {
 168   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 169
 170   XBT_DEBUG("Sleep for: %lf secs", secs);
 171   aid_t pid = simgrid::s4u::this_actor::get_pid();
 172   TRACE_smpi_sleeping_in(pid, secs);
 173   simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(secs);
 174   TRACE_smpi_sleeping_out(pid);
 175 }
 176
 177 unsigned int smpi_sleep(unsigned int secs)
 178 {
 179   if (not smpi_process())
 180     return sleep(secs);
 181   private_sleep(secs);
 182   return 0;
 183 }
 184
 185 int smpi_usleep(useconds_t usecs)
 186 {
 187   if (not smpi_process())
 188     return usleep(usecs);
 189   private_sleep(static_cast<double>(usecs) / 1e6);
 190   return 0;
 191 }
 192
 193 #if _POSIX_TIMERS > 0
 194 int smpi_nanosleep(const struct timespec* tp, struct timespec* t)
 195 {
 196   if (not smpi_process())
 197     return nanosleep(tp,t);
 198   private_sleep(static_cast<double>(tp->tv_sec) + static_cast<double>(tp->tv_nsec) / 1e9);
 199   return 0;
 200 }
 201 #endif
 202
 203 int smpi_gettimeofday(struct timeval* tv, struct timezone* tz)
 204 {
 205   if (not smpi_process()->initialized() || smpi_process()->finalized() || smpi_process()->sampling())
 206     return gettimeofday(tv, tz);
 207
 208   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 209   if (tv) {
 210     double now   = simgrid::s4u::Engine::get_clock();
 211     double secs  = trunc(now);
 212     double usecs = (now - secs) * 1e6;
 213     tv->tv_sec   = static_cast<time_t>(secs);
 214     tv->tv_usec  = static_cast<decltype(tv->tv_usec)>(usecs); // suseconds_t (or useconds_t on WIN32)
 215   }
 216   if (smpi_wtime_sleep > 0)
 217     simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 218   return 0;
 219 }
 220
 221 #if _POSIX_TIMERS > 0
 222 int smpi_clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec* tp)
 223 {
 224   if (not tp) {
 225     errno = EFAULT;
 226     return -1;
 227   }
 228   if (not smpi_process()->initialized() || smpi_process()->finalized() || smpi_process()->sampling())
 229     return clock_gettime(clk_id, tp);
 230   //there is only one time in SMPI, so clk_id is ignored.
 231   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 232   double now   = simgrid::s4u::Engine::get_clock();
 233   double secs  = trunc(now);
 234   double nsecs = (now - secs) * 1e9;
 235   tp->tv_sec   = static_cast<time_t>(secs);
 236   tp->tv_nsec  = static_cast<long int>(nsecs);
 237   if (smpi_wtime_sleep > 0)
 238     simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 239   return 0;
 240 }
 241 #endif
 242
 243 double smpi_mpi_wtime()
 244 {
 245   double time;
 246   if (smpi_process()->initialized() && not smpi_process()->finalized() && not smpi_process()->sampling()) {
 247     const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 248     time = simgrid::s4u::Engine::get_clock();
 249     if (smpi_wtime_sleep > 0)
 250       simgrid::s4u::this_actor::sleep_for(smpi_wtime_sleep);
 251   } else {
 252     time = simgrid::s4u::Engine::get_clock();
 253   }
 254   return time;
 255 }
 256
 257 // Used by Akypuera (https://github.com/schnorr/akypuera)
 258 unsigned long long smpi_rastro_resolution ()
 259 {
 260   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 261   return static_cast<unsigned long long>(1.0 / sg_surf_precision);
 262 }
 263
 264 unsigned long long smpi_rastro_timestamp ()
 265 {
 266   const SmpiBenchGuard suspend_bench;
 267   return static_cast<unsigned long long>(simgrid::s4u::Engine::get_clock() / sg_surf_precision);
 268 }
 269
 270 /* ****************************** Functions related to the SMPI_SAMPLE_ macros ************************************/
 271 namespace {
 272 class SampleLocation : public std::string {
 273 public:
 274   SampleLocation(bool global, const char* file, const char* tag) : std::string(std::string(file) + ":" + std::string(tag))
 275   {
 276     if (not global)
 277       this->append(":" + std::to_string(simgrid::s4u::this_actor::get_pid()));
 278   }
 279 };
 280
 281 class LocalData {
 282 public:
 283   double threshold; /* maximal stderr requested (if positive) */
 284   double relstderr; /* observed stderr so far */
 285   double mean;      /* mean of benched times, to be used if the block is disabled */
 286   double sum;       /* sum of benched times (to compute the mean and stderr) */
 287   double sum_pow2;  /* sum of the square of the benched times (to compute the stderr) */
 288   int iters;        /* amount of requested iterations */
 289   int count;        /* amount of iterations done so far */
 290   bool benching;    /* true: we are benchmarking; false: we have enough data, no bench anymore */
 291
 292   bool need_more_benchs() const;
 293 };
 294
 295 bool LocalData::need_more_benchs() const
 296 {
 297   bool res = (count < iters) && (threshold < 0.0 || count < 2 ||          // not enough data
 298                                                   relstderr >= threshold); // stderr too high yet
 299   XBT_DEBUG("%s (count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f mean:%fs)",
 300             (res ? "need more data" : "enough benchs"), count, iters, relstderr, threshold, mean);
 301   return res;
 302 }
 303
 304 std::unordered_map<SampleLocation, LocalData, std::hash<std::string>> samples;
 305 }
 306
 307 void smpi_sample_1(int global, const char *file, const char *tag, int iters, double threshold)
 308 {
 309   SampleLocation loc(global, file, tag);
 310   if (not smpi_process()->sampling()) { /* Only at first call when benchmarking, skip for next ones */
 311     smpi_bench_end();     /* Take time from previous, unrelated computation into account */
 312     smpi_process()->set_sampling(1);
 313   }
 314
 315   auto insert = samples.emplace(loc, LocalData{
 316                                          threshold, // threshold
 317                                          0.0,       // relstderr
 318                                          0.0,       // mean
 319                                          0.0,       // sum
 320                                          0.0,       // sum_pow2
 321                                          iters,     // iters
 322                                          0,         // count
 323                                          true       // benching (if we have no data, we need at least one)
 324                                      });
 325   if (insert.second) {
 326     XBT_DEBUG("XXXXX First time ever on benched nest %s.", loc.c_str());
 327     xbt_assert(threshold > 0 || iters > 0,
 328         "You should provide either a positive amount of iterations to bench, or a positive maximal stderr (or both)");
 329   } else {
 330     LocalData& data = insert.first->second;
 331     if (data.iters != iters || data.threshold != threshold) {
 332       XBT_ERROR("Asked to bench block %s with different settings %d, %f is not %d, %f. "
 333                 "How did you manage to give two numbers at the same line??",
 334                 loc.c_str(), data.iters, data.threshold, iters, threshold);
 335       THROW_IMPOSSIBLE;
 336     }
 337
 338     // if we already have some data, check whether sample_2 should get one more bench or whether it should emulate
 339     // the computation instead
 340     data.benching = data.need_more_benchs();
 341     XBT_DEBUG("XXXX Re-entering the benched nest %s. %s", loc.c_str(),
 342               (data.benching ? "more benching needed" : "we have enough data, skip computes"));
 343   }
 344 }
 345
 346 int smpi_sample_2(int global, const char *file,const char *tag, int iter_count)
 347 {
 348   SampleLocation loc(global, file, tag);
 349
 350   XBT_DEBUG("sample2 %s %d", loc.c_str(), iter_count);
 351   auto sample = samples.find(loc);
 352   xbt_assert(sample != samples.end(),
 353              "Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 354   const LocalData& data = sample->second;
 355
 356   if (data.benching) {
 357     // we need to run a new bench
 358     XBT_DEBUG("benchmarking: count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f; mean:%f; total:%f",
 359               data.count, data.iters, data.relstderr, data.threshold, data.mean, data.sum);
 360     smpi_bench_begin();
 361   } else {
 362     // Enough data, no more bench (either we got enough data from previous visits to this benched nest, or we just
 363     //ran one bench and need to bail out now that our job is done). Just sleep instead
 364     if (not data.need_more_benchs()){
 365       XBT_DEBUG("No benchmark (either no need, or just ran one): count (%d) >= iter (%d) (or <2) or stderr (%f) < thres (%f), or thresh is negative and ignored. "
 366               "Mean is %f, will be injected %d times",
 367               data.count, data.iters, data.relstderr, data.threshold, data.mean, iter_count);
 368
 369       //we ended benchmarking, let's inject all the time, now, and fast forward out of the loop.
 370       smpi_process()->set_sampling(0);
 371       smpi_execute(data.mean*iter_count);
 372       smpi_bench_begin();
 373       return 0;
 374     } else {
 375       XBT_DEBUG("Skipping - Benchmark already performed - accumulating time");
 376       xbt_os_threadtimer_start(smpi_process()->timer());
 377     }
 378   }
 379   return 1;
 380 }
 381
 382 void smpi_sample_3(int global, const char *file, const char* tag)
 383 {
 384   SampleLocation loc(global, file, tag);
 385
 386   XBT_DEBUG("sample3 %s", loc.c_str());
 387   auto sample = samples.find(loc);
 388   xbt_assert(sample != samples.end(),
 389              "Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 390   LocalData& data = sample->second;
 391
 392   if (not data.benching)
 393     THROW_IMPOSSIBLE;
 394
 395   // ok, benchmarking this loop is over
 396   xbt_os_threadtimer_stop(smpi_process()->timer());
 397
 398   // update the stats
 399   data.count++;
 400   double period  = xbt_os_timer_elapsed(smpi_process()->timer());
 401   data.sum      += period;
 402   data.sum_pow2 += period * period;
 403   double n       = data.count;
 404   data.mean      = data.sum / n;
 405   data.relstderr = sqrt((data.sum_pow2 / n - data.mean * data.mean) / n) / data.mean;
 406
 407   XBT_DEBUG("Average mean after %d steps is %f, relative standard error is %f (sample was %f)",
 408             data.count, data.mean, data.relstderr, period);
 409
 410   // That's enough for now, prevent sample_2 to run the same code over and over
 411   data.benching = false;
 412 }
 413
 414 int smpi_sample_exit(int global, const char *file, const char* tag, int iter_count){
 415   if (smpi_process()->sampling()){
 416     SampleLocation loc(global, file, tag);
 417
 418     XBT_DEBUG("sample exit %s", loc.c_str());
 419     auto sample = samples.find(loc);
 420     xbt_assert(sample != samples.end(),
 421                "Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 422
 423     if (smpi_process()->sampling()){//end of loop, but still sampling needed
 424       const LocalData& data = sample->second;
 425       smpi_process()->set_sampling(0);
 426       smpi_execute(data.mean * iter_count);
 427       smpi_bench_begin();
 428     }
 429   }
 430   return 0;
 431 }
 432
 433 smpi_trace_call_location_t* smpi_trace_get_call_location()
 434 {
 435   return smpi_process()->call_location();
 436 }
 437
 438 void smpi_trace_set_call_location(const char* file, const int line)
 439 {
 440   smpi_trace_call_location_t* loc = smpi_process()->call_location();
 441
 442   loc->previous_filename   = loc->filename;
 443   loc->previous_linenumber = loc->linenumber;
 444   if(not smpi_cfg_trace_call_use_absolute_path())
 445     loc->filename = simgrid::xbt::Path(file).get_base_name();
 446   else
 447     loc->filename = file;
 448   loc->linenumber = line;
 449 }
 450
 451 /** Required for Fortran bindings */
 452 void smpi_trace_set_call_location_(const char* file, const int* line)
 453 {
 454   smpi_trace_set_call_location(file, *line);
 455 }
 456
 457 /** Required for Fortran if -fsecond-underscore is activated */
 458 void smpi_trace_set_call_location__(const char* file, const int* line)
 459 {
 460   smpi_trace_set_call_location(file, *line);
 461 }
 462
 463 void smpi_bench_destroy()
 464 {
 465   samples.clear();
 466 }
 467
 468 int smpi_getopt_long_only (int argc,  char *const *argv,  const char *options,
 469                       const struct option * long_options, int *opt_index)
 470 {
 471   if (smpi_process())
 472     optind = smpi_process()->get_optind();
 473   int ret = getopt_long_only (argc,  argv,  options, long_options, opt_index);
 474   if (smpi_process())
 475     smpi_process()->set_optind(optind);
 476   return ret;
 477 }
 478
 479 int smpi_getopt_long (int argc,  char *const *argv,  const char *options,
 480                       const struct option * long_options, int *opt_index)
 481 {
 482   if (smpi_process())
 483     optind = smpi_process()->get_optind();
 484   int ret = getopt_long (argc,  argv,  options, long_options, opt_index);
 485   if (smpi_process())
 486     smpi_process()->set_optind(optind);
 487   return ret;
 488 }
 489
 490 int smpi_getopt (int argc,  char *const *argv,  const char *options)
 491 {
 492   if (smpi_process())
 493     optind = smpi_process()->get_optind();
 494   int ret = getopt (argc,  argv,  options);
 495   if (smpi_process())
 496     smpi_process()->set_optind(optind);
 497   return ret;
 498 }