src/smpi/smpi_bench.c

   1 /* Copyright (c) 2007, 2009-2013. 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 "private.h"
   8 #include "xbt/dict.h"
   9 #include "xbt/sysdep.h"
  10 #include "xbt/ex.h"
  11 #include "xbt/hash.h"
  12 #include "surf/surf.h"
  13 #include "simgrid/sg_config.h"
  14
  15 #ifndef WIN32
  16 #include <sys/mman.h>
  17 #endif
  18 #include <sys/stat.h>
  19 #include <sys/types.h>
  20 #include <errno.h>
  21 #include <fcntl.h>
  22 #include <math.h> // sqrt
  23 #include <unistd.h>
  24 #include <string.h>
  25 #include <stdio.h>
  26
  27 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(smpi_bench, smpi,
  28                                 "Logging specific to SMPI (benchmarking)");
  29
  30 /* Shared allocations are handled through shared memory segments.
  31  * Associated data and metadata are used as follows:
  32  *
  33  *                                                                    mmap #1
  34  *    `allocs' dict                                                     ---- -.
  35  *    ----------      shared_data_t               shared_metadata_t   / |  |  |
  36  * .->| <name> | ---> -------------------- <--.   -----------------   | |  |  |
  37  * |  ----------      | fd of <name>     |    |   | size of mmap  | --| |  |  |
  38  * |                  | count (2)        |    |-- | data          |   \ |  |  |
  39  * `----------------- | <name>           |    |   -----------------     ----  |
  40  *                    --------------------    |   ^                           |
  41  *                                            |   |                           |
  42  *                                            |   |   `allocs_metadata' dict  |
  43  *                                            |   |   ----------------------  |
  44  *                                            |   `-- | <addr of mmap #1>  |<-'
  45  *                                            |   .-- | <addr of mmap #2>  |<-.
  46  *                                            |   |   ----------------------  |
  47  *                                            |   |                           |
  48  *                                            |   |                           |
  49  *                                            |   |                           |
  50  *                                            |   |                   mmap #2 |
  51  *                                            |   v                     ---- -'
  52  *                                            |   shared_metadata_t   / |  |
  53  *                                            |   -----------------   | |  |
  54  *                                            |   | size of mmap  | --| |  |
  55  *                                            `-- | data          |   | |  |
  56  *                                                -----------------   | |  |
  57  *                                                                    \ |  |
  58  *                                                                      ----
  59  */
  60
  61 #define PTR_STRLEN (2 + 2 * sizeof(void*) + 1)
  62
  63 xbt_dict_t allocs = NULL;          /* Allocated on first use */
  64 xbt_dict_t allocs_metadata = NULL; /* Allocated on first use */
  65 xbt_dict_t samples = NULL;         /* Allocated on first use */
  66 xbt_dict_t calls = NULL;           /* Allocated on first use */
  67 __thread int smpi_current_rank = 0;      /* Updated after each MPI call */
  68
  69 double smpi_cpu_threshold;
  70 double smpi_running_power;
  71
  72 typedef struct {
  73   int fd;
  74   int count;
  75   char* loc;
  76 } shared_data_t;
  77
  78 typedef struct  {
  79   size_t size;
  80   shared_data_t* data;
  81 } shared_metadata_t;
  82
  83 static size_t shm_size(int fd) {
  84   struct stat st;
  85
  86   if(fstat(fd, &st) < 0) {
  87     xbt_die("Could not stat fd %d: %s", fd, strerror(errno));
  88   }
  89   return (size_t)st.st_size;
  90 }
  91
  92 #ifndef WIN32
  93 static void* shm_map(int fd, size_t size, shared_data_t* data) {
  94   void* mem;
  95   char loc[PTR_STRLEN];
  96   shared_metadata_t* meta;
  97
  98   if(size > shm_size(fd)) {
  99     if(ftruncate(fd, (off_t)size) < 0) {
 100       xbt_die("Could not truncate fd %d to %zu: %s", fd, size, strerror(errno));
 101     }
 102   }
 103
 104   mem = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 105   if(mem == MAP_FAILED) {
 106     xbt_die("Could not map fd %d: %s", fd, strerror(errno));
 107   }
 108   if(!allocs_metadata) {
 109     allocs_metadata = xbt_dict_new_homogeneous(xbt_free);
 110   }
 111   snprintf(loc, PTR_STRLEN, "%p", mem);
 112   meta = xbt_new(shared_metadata_t, 1);
 113   meta->size = size;
 114   meta->data = data;
 115   xbt_dict_set(allocs_metadata, loc, meta, NULL);
 116   XBT_DEBUG("MMAP %zu to %p", size, mem);
 117   return mem;
 118 }
 119 #endif
 120
 121 void smpi_bench_destroy(void)
 122 {
 123   xbt_dict_free(&allocs);
 124   xbt_dict_free(&allocs_metadata);
 125   xbt_dict_free(&samples);
 126   xbt_dict_free(&calls);
 127 }
 128
 129 void smpi_execute_flops(double flops) {
 130   smx_action_t action;
 131   smx_host_t host;
 132   host = SIMIX_host_self();
 133   XBT_DEBUG("Handle real computation time: %g flops", flops);
 134   action = simcall_host_execute("computation", host, flops, 1);
 135 #ifdef HAVE_TRACING
 136   simcall_set_category (action, TRACE_internal_smpi_get_category());
 137 #endif
 138   simcall_host_execution_wait(action);
 139 }
 140
 141 void smpi_execute(double duration)
 142 {
 143   if (duration >= smpi_cpu_threshold) {
 144     XBT_DEBUG("Sleep for %g to handle real computation time", duration);
 145     double flops = duration * smpi_running_power;
 146 #ifdef HAVE_TRACING
 147     int rank = smpi_process_index();
 148     instr_extra_data extra = xbt_new0(s_instr_extra_data_t,1);
 149     extra->type=TRACING_COMPUTING;
 150     extra->comp_size=flops;
 151     TRACE_smpi_computing_in(rank, extra);
 152 #endif
 153     smpi_execute_flops(flops);
 154
 155 #ifdef HAVE_TRACING
 156     TRACE_smpi_computing_out(rank);
 157 #endif
 158
 159   } else {
 160     XBT_DEBUG("Real computation took %g while option smpi/cpu_threshold is set to %g => ignore it",
 161               duration, smpi_cpu_threshold);
 162   }
 163 }
 164
 165 void smpi_bench_begin(void)
 166 {
 167   xbt_os_threadtimer_start(smpi_process_timer());
 168   smpi_current_rank = smpi_process_index();
 169 }
 170
 171 void smpi_bench_end(void)
 172 {
 173   xbt_os_timer_t timer = smpi_process_timer();
 174   xbt_os_threadtimer_stop(timer);
 175   if (smpi_process_get_sampling()) {
 176     XBT_CRITICAL("Cannot do recursive benchmarks.");
 177     XBT_CRITICAL("Are you trying to make a call to MPI within a SMPI_SAMPLE_ block?");
 178     xbt_backtrace_display_current();
 179     xbt_die("Aborting.");
 180   }
 181   smpi_execute(xbt_os_timer_elapsed(timer));
 182 }
 183
 184 unsigned int smpi_sleep(unsigned int secs)
 185 {
 186   smx_action_t action;
 187
 188   smpi_bench_end();
 189
 190   double flops = (double) secs*simcall_host_get_speed(SIMIX_host_self());
 191   XBT_DEBUG("Sleep for: %f flops", flops);
 192   action = simcall_host_execute("computation", SIMIX_host_self(), flops, 1);
 193   #ifdef HAVE_TRACING
 194     simcall_set_category (action, TRACE_internal_smpi_get_category());
 195   #endif
 196   simcall_host_execution_wait(action);
 197
 198   smpi_bench_begin();
 199   return secs;
 200 }
 201
 202 int smpi_gettimeofday(struct timeval *tv)
 203 {
 204   double now;
 205   smpi_bench_end();
 206   now = SIMIX_get_clock();
 207   if (tv) {
 208     tv->tv_sec = (time_t)now;
 209 #ifdef WIN32
 210     tv->tv_usec = (useconds_t)((now - tv->tv_sec) * 1e6);
 211 #else
 212     tv->tv_usec = (suseconds_t)((now - tv->tv_sec) * 1e6);
 213 #endif
 214   }
 215   smpi_bench_begin();
 216   return 0;
 217 }
 218
 219 extern double sg_maxmin_precision;
 220 unsigned long long smpi_rastro_resolution (void)
 221 {
 222   smpi_bench_end();
 223   double resolution = (1/sg_maxmin_precision);
 224   smpi_bench_begin();
 225   return (unsigned long long)resolution;
 226 }
 227
 228 unsigned long long smpi_rastro_timestamp (void)
 229 {
 230   smpi_bench_end();
 231   double now = SIMIX_get_clock();
 232
 233   unsigned long long sec = (unsigned long long)now;
 234   unsigned long long pre = (now - sec) * smpi_rastro_resolution();
 235   smpi_bench_begin();
 236   return (unsigned long long)sec * smpi_rastro_resolution() + pre;
 237 }
 238
 239 /* ****************************** Functions related to the SMPI_SAMPLE_ macros ************************************/
 240 typedef struct {
 241   double threshold; /* maximal stderr requested (if positive) */
 242   double relstderr; /* observed stderr so far */
 243   double mean;      /* mean of benched times, to be used if the block is disabled */
 244   double sum;       /* sum of benched times (to compute the mean and stderr) */
 245   double sum_pow2;  /* sum of the square of the benched times (to compute the stderr) */
 246   int iters;        /* amount of requested iterations */
 247   int count;        /* amount of iterations done so far */
 248   int benching;     /* 1: we are benchmarking; 0: we have enough data, no bench anymore */
 249 } local_data_t;
 250
 251 static char *sample_location(int global, const char *file, int line) {
 252   if (global) {
 253     return bprintf("%s:%d", file, line);
 254   } else {
 255     return bprintf("%s:%d:%d", file, line, smpi_process_index());
 256   }
 257 }
 258 static int sample_enough_benchs(local_data_t *data) {
 259   int res = data->count >= data->iters;
 260   if (data->threshold>0.0) {
 261     if (data->count <2)
 262       res = 0; // not enough data
 263     if (data->relstderr > data->threshold)
 264       res = 0; // stderr too high yet
 265   }
 266   XBT_DEBUG("%s (count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f mean:%fs)",
 267       (res?"enough benchs":"need more data"),
 268       data->count, data->iters, data->relstderr, data->threshold, data->mean);
 269   return res;
 270 }
 271
 272 void smpi_sample_1(int global, const char *file, int line, int iters, double threshold)
 273 {
 274   char *loc = sample_location(global, file, line);
 275   local_data_t *data;
 276
 277   smpi_bench_end();     /* Take time from previous, unrelated computation into account */
 278   smpi_process_set_sampling(1);
 279
 280   if (!samples)
 281     samples = xbt_dict_new_homogeneous(free);
 282
 283   data = xbt_dict_get_or_null(samples, loc);
 284   if (!data) {
 285     xbt_assert(threshold>0 || iters>0,
 286         "You should provide either a positive amount of iterations to bench, or a positive maximal stderr (or both)");
 287     data = (local_data_t *) xbt_new(local_data_t, 1);
 288     data->count = 0;
 289     data->sum = 0.0;
 290     data->sum_pow2 = 0.0;
 291     data->iters = iters;
 292     data->threshold = threshold;
 293     data->benching = 1; // If we have no data, we need at least one
 294     data->mean = 0;
 295     xbt_dict_set(samples, loc, data, NULL);
 296     XBT_DEBUG("XXXXX First time ever on benched nest %s.",loc);
 297   } else {
 298     if (data->iters != iters || data->threshold != threshold) {
 299       XBT_ERROR("Asked to bench block %s with different settings %d, %f is not %d, %f. How did you manage to give two numbers at the same line??",
 300           loc, data->iters, data->threshold, iters,threshold);
 301       THROW_IMPOSSIBLE;
 302     }
 303
 304     // if we already have some data, check whether sample_2 should get one more bench or whether it should emulate the computation instead
 305     data->benching = !sample_enough_benchs(data);
 306     XBT_DEBUG("XXXX Re-entering the benched nest %s. %s",loc, (data->benching?"more benching needed":"we have enough data, skip computes"));
 307   }
 308   xbt_free(loc);
 309 }
 310
 311 int smpi_sample_2(int global, const char *file, int line)
 312 {
 313   char *loc = sample_location(global, file, line);
 314   local_data_t *data;
 315   int res;
 316
 317   xbt_assert(samples, "Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 318   data = xbt_dict_get(samples, loc);
 319   XBT_DEBUG("sample2 %s",loc);
 320   xbt_free(loc);
 321
 322   if (data->benching==1) {
 323     // we need to run a new bench
 324     XBT_DEBUG("benchmarking: count:%d iter:%d stderr:%f thres:%f; mean:%f",
 325         data->count, data->iters, data->relstderr, data->threshold, data->mean);
 326     res = 1;
 327   } else {
 328     // Enough data, no more bench (either we got enough data from previous visits to this benched nest, or we just ran one bench and need to bail out now that our job is done).
 329     // Just sleep instead
 330     XBT_DEBUG("No benchmark (either no need, or just ran one): count >= iter (%d >= %d) or stderr<thres (%f<=%f). apply the %fs delay instead",
 331         data->count, data->iters, data->relstderr, data->threshold, data->mean);
 332     smpi_execute(data->mean);
 333     smpi_process_set_sampling(0);
 334     res = 0; // prepare to capture future, unrelated computations
 335   }
 336   smpi_bench_begin();
 337   return res;
 338 }
 339
 340
 341 void smpi_sample_3(int global, const char *file, int line)
 342 {
 343   char *loc = sample_location(global, file, line);
 344   local_data_t *data;
 345
 346   xbt_assert(samples, "Y U NO use SMPI_SAMPLE_* macros? Stop messing directly with smpi_sample_* functions!");
 347   data = xbt_dict_get(samples, loc);
 348   XBT_DEBUG("sample3 %s",loc);
 349   xbt_free(loc);
 350
 351   if (data->benching==0) {
 352     THROW_IMPOSSIBLE;
 353   }
 354
 355   // ok, benchmarking this loop is over
 356   xbt_os_threadtimer_stop(smpi_process_timer());
 357
 358   // update the stats
 359   double sample, n;
 360   data->count++;
 361   sample = xbt_os_timer_elapsed(smpi_process_timer());
 362   data->sum += sample;
 363   data->sum_pow2 += sample * sample;
 364   n = (double)data->count;
 365   data->mean = data->sum / n;
 366   data->relstderr = sqrt((data->sum_pow2 / n - data->mean * data->mean) / n) / data->mean;
 367   if (!sample_enough_benchs(data)) {
 368     data->mean = sample; // Still in benching process; We want sample_2 to simulate the exact time of this loop occurrence before leaving, not the mean over the history
 369   }
 370   XBT_DEBUG("Average mean after %d steps is %f, relative standard error is %f (sample was %f)", data->count,
 371       data->mean, data->relstderr, sample);
 372
 373   // That's enough for now, prevent sample_2 to run the same code over and over
 374   data->benching = 0;
 375 }
 376
 377 #ifndef WIN32
 378 static void smpi_shared_alloc_free(void *p)
 379 {
 380   shared_data_t *data = p;
 381   xbt_free(data->loc);
 382   xbt_free(data);
 383 }
 384
 385 static char *smpi_shared_alloc_hash(char *loc)
 386 {
 387   char hash[42];
 388   char s[7];
 389   unsigned val;
 390   int i, j;
 391
 392   xbt_sha(loc, hash);
 393   hash[41] = '\0';
 394   s[6] = '\0';
 395   loc = xbt_realloc(loc, 30);
 396   loc[0] = '/';
 397   for (i = 0; i < 40; i += 6) { /* base64 encode */
 398     memcpy(s, hash + i, 6);
 399     val = strtoul(s, NULL, 16);
 400     for (j = 0; j < 4; j++) {
 401       unsigned char x = (val >> (18 - 3 * j)) & 0x3f;
 402       loc[1 + 4 * i / 6 + j] =
 403         "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVZXYZabcdefghijklmnopqrstuvzxyz0123456789-_"[x];
 404     }
 405   }
 406   loc[29] = '\0';
 407   return loc;
 408 }
 409
 410 void *smpi_shared_malloc(size_t size, const char *file, int line)
 411 {
 412   void* mem;
 413   if (sg_cfg_get_boolean("smpi/use_shared_malloc")){
 414     char *loc = bprintf("%zu_%s_%d", (size_t)getpid(), file, line);
 415     int fd;
 416     shared_data_t *data;
 417     loc = smpi_shared_alloc_hash(loc); /* hash loc, in order to have something
 418                                         * not too long */
 419     if (!allocs) {
 420       allocs = xbt_dict_new_homogeneous(smpi_shared_alloc_free);
 421     }
 422     data = xbt_dict_get_or_null(allocs, loc);
 423     if (!data) {
 424       fd = shm_open(loc, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL,
 425                     S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
 426       if (fd < 0) {
 427         switch(errno) {
 428           case EEXIST:
 429             xbt_die("Please cleanup /dev/shm/%s", loc);
 430           default:
 431             xbt_die("An unhandled error occured while opening %s. shm_open: %s", loc, strerror(errno));
 432         }
 433       }
 434       data = xbt_new(shared_data_t, 1);
 435       data->fd = fd;
 436       data->count = 1;
 437       data->loc = loc;
 438       mem = shm_map(fd, size, data);
 439       if (shm_unlink(loc) < 0) {
 440         XBT_WARN("Could not early unlink %s. shm_unlink: %s", loc, strerror(errno));
 441       }
 442       xbt_dict_set(allocs, loc, data, NULL);
 443       XBT_DEBUG("Mapping %s at %p through %d", loc, mem, fd);
 444     } else {
 445       xbt_free(loc);
 446       mem = shm_map(data->fd, size, data);
 447       data->count++;
 448     }
 449     XBT_DEBUG("Shared malloc %zu in %p (metadata at %p)", size, mem, data);
 450   } else {
 451     mem = xbt_malloc(size);
 452     XBT_DEBUG("Classic malloc %zu in %p", size, mem);
 453   }
 454
 455   return mem;
 456 }
 457 void smpi_shared_free(void *ptr)
 458 {
 459   char loc[PTR_STRLEN];
 460   shared_metadata_t* meta;
 461   shared_data_t* data;
 462   if (sg_cfg_get_boolean("smpi/use_shared_malloc")){
 463
 464     if (!allocs) {
 465       XBT_WARN("Cannot free: nothing was allocated");
 466       return;
 467     }
 468     if(!allocs_metadata) {
 469       XBT_WARN("Cannot free: no metadata was allocated");
 470     }
 471     snprintf(loc, PTR_STRLEN, "%p", ptr);
 472     meta = (shared_metadata_t*)xbt_dict_get_or_null(allocs_metadata, loc);
 473     if (!meta) {
 474       XBT_WARN("Cannot free: %p was not shared-allocated by SMPI", ptr);
 475       return;
 476     }
 477     data = meta->data;
 478     if(!data) {
 479       XBT_WARN("Cannot free: something is broken in the metadata link");
 480       return;
 481     }
 482     if(munmap(ptr, meta->size) < 0) {
 483       XBT_WARN("Unmapping of fd %d failed: %s", data->fd, strerror(errno));
 484     }
 485     data->count--;
 486     XBT_DEBUG("Shared free - no removal - of %p, count = %d", ptr, data->count);
 487     if (data->count <= 0) {
 488       close(data->fd);
 489       xbt_dict_remove(allocs, data->loc);
 490       XBT_DEBUG("Shared free - with removal - of %p", ptr);
 491     }
 492   }else{
 493     XBT_DEBUG("Classic free of %p", ptr);
 494     xbt_free(ptr);
 495   }
 496 }
 497 #endif
 498
 499 int smpi_shared_known_call(const char* func, const char* input)
 500 {
 501   char* loc = bprintf("%s:%s", func, input);
 502   xbt_ex_t ex;
 503   int known = 0;
 504
 505   if (!calls) {
 506     calls = xbt_dict_new_homogeneous(NULL);
 507   }
 508   TRY {
 509     xbt_dict_get(calls, loc); /* Succeed or throw */
 510     known = 1;
 511   }
 512   TRY_CLEANUP {
 513     xbt_free(loc);
 514   }
 515   CATCH(ex) {
 516     if (ex.category != not_found_error)
 517       RETHROW;
 518     xbt_ex_free(ex);
 519   }
 520   return known;
 521 }
 522
 523 void* smpi_shared_get_call(const char* func, const char* input) {
 524    char* loc = bprintf("%s:%s", func, input);
 525    void* data;
 526
 527    if(!calls) {
 528       calls = xbt_dict_new_homogeneous(NULL);
 529    }
 530    data = xbt_dict_get(calls, loc);
 531    free(loc);
 532    return data;
 533 }
 534
 535 void* smpi_shared_set_call(const char* func, const char* input, void* data) {
 536    char* loc = bprintf("%s:%s", func, input);
 537
 538    if(!calls) {
 539       calls = xbt_dict_new_homogeneous(NULL);
 540    }
 541    xbt_dict_set(calls, loc, data, NULL);
 542    free(loc);
 543    return data;
 544 }