src/surf/surf_routing_cluster_fat_tree.hpp

   1 /* Copyright (c) 2014-2015. 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 #ifndef SURF_ROUTING_CLUSTER_FAT_TREE_HPP_
   8 #define SURF_ROUTING_CLUSTER_FAT_TREE_HPP_
   9
  10 #include <string>
  11 #include <map>
  12 #include <vector>
  13
  14 #include <xbt/base.h>
  15
  16 #include "surf_routing_cluster.hpp"
  17
  18 namespace simgrid {
  19 namespace surf {
  20
  21 /** \file surf_routing_cluster_fat_tree.cpp
  22  *  The class AsClusterFatTree describes PGFT, as introduced by Eitan Zahavi
  23  * in "D-Mod-K Routing Providing Non-Blocking Traffic for Shift Permutations
  24  * on Real Life Fat Trees" (2010). RLFT are PGFT with some restrictions to
  25  * address real world constraints, which are not currently enforced.
  26  */
  27
  28 class XBT_PRIVATE FatTreeNode;
  29 class XBT_PRIVATE FatTreeLink;
  30
  31 /** \brief A node in a fat tree.
  32  * A FatTreeNode can either be a switch or a processing node. Switches are
  33  * identified by a negative ID. This class is closely related to fat
  34  */
  35 class FatTreeNode {
  36 public:
  37   /** Unique ID which identifies every node. */
  38   int id;
  39   /* Level into the tree, with 0 being the leafs.
  40    */
  41   unsigned int level;
  42   /* \brief Position into the level, starting from 0.
  43    */
  44   unsigned int position;
  45   /** In order to link nodes between them, each one must be assigned a label,
  46    * consisting of l integers, l being the levels number of the tree. Each label
  47    * is unique in the level, and the way it is generated allows the construction
  48    * of a fat tree which fits the desired topology.
  49    */
  50   std::vector<unsigned int> label;
  51
  52   /** Links to the lower level, where the position in the vector corresponds to
  53    * a port number.
  54    */
  55   std::vector<FatTreeLink*> children;
  56   /** Links to the upper level, where the position in the vector corresponds to
  57    * a port number.
  58    */
  59   std::vector<FatTreeLink*> parents;
  60
  61   /** Virtual link standing for the node global capacity.
  62    */
  63   Link* limiterLink;
  64   /** If present, communications from this node to this node will pass through it
  65    * instead of passing by an upper level switch.
  66    */
  67   Link* loopback;
  68   FatTreeNode(sg_platf_cluster_cbarg_t cluster, int id, int level,
  69               int position);
  70 };
  71
  72
  73
  74 /** \brief Link in a fat tree.
  75  *
  76  * Represents a single, duplex link in a fat tree. This is necessary to have a tree.
  77  * It is equivalent to a physical link.
  78  */
  79 class FatTreeLink {
  80 public:
  81   FatTreeLink(sg_platf_cluster_cbarg_t cluster, FatTreeNode *source,
  82               FatTreeNode *destination);
  83   /** Link going up in the tree */
  84   Link *upLink;
  85   /** Link going down in the tree */
  86   Link *downLink;
  87   /** Upper end of the link */
  88   FatTreeNode *upNode;
  89   /** Lower end of the link */
  90   FatTreeNode *downNode;
  91 };
  92
  93
  94 /** \brief Fat tree representation and routing.
  95  *
  96  * Generate fat trees according to the topology asked for. Almost everything
  97  * is based on the work of Eitan Zahavi in "D-Mod-K Routing Providing
  98  * Non-Blocking Traffic for Shift Permutations on Real Life Fat Trees" (2010).
  99  *
 100  * The exact topology is described in the mandatory topo_parameters
 101  * field, and follow the "h ; m_h, ..., m_1 ; w_h, ..., w_1 ; p_h, ..., p_1" format.
 102  * h stands for the switches levels number, i.e. the fat tree is of height h,
 103  * without the processing nodes. m_i stands for the number of lower level nodes
 104  * connected to a node in level i. w_i stands for the number of upper levels
 105  * nodes connected to a node in level i-1. p_i stands for the number of
 106  * parallel links connecting two nodes between level i and i - 1. Level h is
 107  * the topmost switch level, level 1 is the lowest switch level, and level 0
 108  * represents the processing nodes. The number of provided nodes must be exactly
 109  * the number of processing nodes required to fit the topology, which is the
 110  * product of the m_i's.
 111  *
 112  * Routing is made using a destination-mod-k scheme.
 113  */
 114 class XBT_PRIVATE AsClusterFatTree : public AsCluster {
 115 public:
 116   AsClusterFatTree();
 117   ~AsClusterFatTree();
 118   virtual void getRouteAndLatency(NetCard *src, NetCard *dst,
 119                                   sg_platf_route_cbarg_t into,
 120                                   double *latency) override;
 121
 122   /** \brief Generate the fat tree
 123    *
 124    * Once all processing nodes have been added, this will make sure the fat
 125    * tree is generated by calling generateLabels(), generateSwitches() and
 126    * then connection all nodes between them, using their label.
 127    */
 128   virtual void create_links();
 129   /** \brief Read the parameters in topo_parameters field.
 130    *
 131    * It will also store the cluster for future use.
 132    */
 133   void parse_specific_arguments(sg_platf_cluster_cbarg_t cluster);
 134   void addProcessingNode(int id);
 135   void generateDotFile(const std::string& filename = "fatTree.dot") const;
 136
 137 private:
 138
 139   //description of a PGFT (TODO : better doc)
 140   unsigned int levels;
 141   std::vector<unsigned int> lowerLevelNodesNumber; // number of children by node
 142   std::vector<unsigned int> upperLevelNodesNumber; // number of parents by node
 143   std::vector<unsigned int> lowerLevelPortsNumber; // ports between each level l and l-1
 144
 145   std::map<int, FatTreeNode*> computeNodes;
 146   std::vector<FatTreeNode*> nodes;
 147   std::vector<FatTreeLink*> links;
 148   std::vector<unsigned int> nodesByLevel;
 149
 150   sg_platf_cluster_cbarg_t cluster;
 151
 152   void addLink(FatTreeNode *parent, unsigned int parentPort,
 153                FatTreeNode *child, unsigned int childPort);
 154   int getLevelPosition(const unsigned int level);
 155   void generateLabels();
 156   void generateSwitches();
 157   int connectNodeToParents(FatTreeNode *node);
 158   bool areRelated(FatTreeNode *parent, FatTreeNode *child);
 159   bool isInSubTree(FatTreeNode *root, FatTreeNode *node);
 160 };
 161
 162 }
 163 }
 164
 165 #endif