src/kernel/lmm/maxmin.cpp

   1 /* Copyright (c) 2004-2019. 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 "src/kernel/lmm/maxmin.hpp"
   7 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
   8 #include "xbt/backtrace.hpp"
   9
  10 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_maxmin, surf, "Logging specific to SURF (maxmin)");
  11
  12 double sg_maxmin_precision = 0.00001; /* Change this with --cfg=maxmin/precision:VALUE */
  13 double sg_surf_precision   = 0.00001; /* Change this with --cfg=surf/precision:VALUE */
  14 int sg_concurrency_limit   = -1;      /* Change this with --cfg=maxmin/concurrency-limit:VALUE */
  15
  16 namespace simgrid {
  17 namespace kernel {
  18 namespace lmm {
  19
  20 typedef std::vector<int> dyn_light_t;
  21
  22 int Variable::next_rank_   = 1;
  23 int Constraint::next_rank_ = 1;
  24
  25 System* make_new_maxmin_system(bool selective_update)
  26 {
  27   return new System(selective_update);
  28 }
  29
  30 int Element::get_concurrency() const
  31 {
  32   // Ignore element with weight less than one (e.g. cross-traffic)
  33   return (consumption_weight >= 1) ? 1 : 0;
  34   // There are other alternatives, but they will change the behavior of the model..
  35   // So do not use it unless you want to make a new model.
  36   // If you do, remember to change the variables concurrency share to reflect it.
  37   // Potential examples are:
  38   // return (elem->weight>0)?1:0;//Include element as soon  as weight is non-zero
  39   // return (int)ceil(elem->weight);//Include element as the rounded-up integer value of the element weight
  40 }
  41
  42 void Element::decrease_concurrency()
  43 {
  44   xbt_assert(constraint->concurrency_current_ >= get_concurrency());
  45   constraint->concurrency_current_ -= get_concurrency();
  46 }
  47
  48 void Element::increase_concurrency()
  49 {
  50   constraint->concurrency_current_ += get_concurrency();
  51
  52   if (constraint->concurrency_current_ > constraint->concurrency_maximum_)
  53     constraint->concurrency_maximum_ = constraint->concurrency_current_;
  54
  55   xbt_assert(constraint->get_concurrency_limit() < 0 ||
  56                  constraint->concurrency_current_ <= constraint->get_concurrency_limit(),
  57              "Concurrency limit overflow!");
  58 }
  59
  60 void System::check_concurrency() const
  61 {
  62   // These checks are very expensive, so do them only if we want to debug SURF LMM
  63   if (not XBT_LOG_ISENABLED(surf_maxmin, xbt_log_priority_debug))
  64     return;
  65
  66   for (Constraint const& cnst : constraint_set) {
  67     int concurrency       = 0;
  68     for (Element const& elem : cnst.enabled_element_set_) {
  69       xbt_assert(elem.variable->sharing_penalty_ > 0);
  70       concurrency += elem.get_concurrency();
  71     }
  72
  73     for (Element const& elem : cnst.disabled_element_set_) {
  74       // We should have staged variables only if concurrency is reached in some constraint
  75       xbt_assert(cnst.get_concurrency_limit() < 0 || elem.variable->staged_penalty_ == 0 ||
  76                      elem.variable->get_min_concurrency_slack() < elem.variable->concurrency_share_,
  77                  "should not have staged variable!");
  78     }
  79
  80     xbt_assert(cnst.get_concurrency_limit() < 0 || cnst.get_concurrency_limit() >= concurrency,
  81                "concurrency check failed!");
  82     xbt_assert(cnst.concurrency_current_ == concurrency, "concurrency_current is out-of-date!");
  83   }
  84
  85   // Check that for each variable, all corresponding elements are in the same state (i.e. same element sets)
  86   for (Variable const& var : variable_set) {
  87     if (var.cnsts_.empty())
  88       continue;
  89
  90     const Element& elem    = var.cnsts_[0];
  91     int belong_to_enabled  = elem.enabled_element_set_hook.is_linked();
  92     int belong_to_disabled = elem.disabled_element_set_hook.is_linked();
  93     int belong_to_active   = elem.active_element_set_hook.is_linked();
  94
  95     for (Element const& elem2 : var.cnsts_) {
  96       xbt_assert(belong_to_enabled == elem2.enabled_element_set_hook.is_linked(),
  97                  "Variable inconsistency (1): enabled_element_set");
  98       xbt_assert(belong_to_disabled == elem2.disabled_element_set_hook.is_linked(),
  99                  "Variable inconsistency (2): disabled_element_set");
 100       xbt_assert(belong_to_active == elem2.active_element_set_hook.is_linked(),
 101                  "Variable inconsistency (3): active_element_set");
 102     }
 103   }
 104 }
 105
 106 void System::var_free(Variable* var)
 107 {
 108   XBT_IN("(sys=%p, var=%p)", this, var);
 109   modified_ = true;
 110
 111   // TODOLATER Can do better than that by leaving only the variable in only one enabled_element_set, call
 112   // update_modified_set, and then remove it..
 113   if (not var->cnsts_.empty())
 114     update_modified_set(var->cnsts_[0].constraint);
 115
 116   for (Element& elem : var->cnsts_) {
 117     if (var->sharing_penalty_ > 0)
 118       elem.decrease_concurrency();
 119     if (elem.enabled_element_set_hook.is_linked())
 120       simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->enabled_element_set_, elem);
 121     if (elem.disabled_element_set_hook.is_linked())
 122       simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->disabled_element_set_, elem);
 123     if (elem.active_element_set_hook.is_linked())
 124       simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->active_element_set_, elem);
 125     int nelements = elem.constraint->enabled_element_set_.size() + elem.constraint->disabled_element_set_.size();
 126     if (nelements == 0)
 127       make_constraint_inactive(elem.constraint);
 128     else
 129       on_disabled_var(elem.constraint);
 130   }
 131
 132   var->cnsts_.clear();
 133
 134   check_concurrency();
 135
 136   xbt_mallocator_release(variable_mallocator_, var);
 137   XBT_OUT();
 138 }
 139
 140 System::System(bool selective_update) : selective_update_active(selective_update)
 141 {
 142   XBT_DEBUG("Setting selective_update_active flag to %d", selective_update_active);
 143
 144   if (selective_update)
 145     modified_set_ = new kernel::resource::Action::ModifiedSet();
 146 }
 147
 148 System::~System()
 149 {
 150   Variable* var;
 151   Constraint* cnst;
 152
 153   while ((var = extract_variable())) {
 154     auto demangled = simgrid::xbt::demangle(var->id_ ? typeid(*var->id_).name() : "(unidentified)");
 155     XBT_WARN("Probable bug: a %s variable (#%d) not removed before the LMM system destruction.", demangled.get(),
 156              var->rank_);
 157     var_free(var);
 158   }
 159   while ((cnst = extract_constraint()))
 160     cnst_free(cnst);
 161
 162   xbt_mallocator_free(variable_mallocator_);
 163   delete modified_set_;
 164 }
 165
 166 void System::cnst_free(Constraint* cnst)
 167 {
 168   make_constraint_inactive(cnst);
 169   delete cnst;
 170 }
 171
 172 Constraint::Constraint(resource::Resource* id_value, double bound_value) : bound_(bound_value), id_(id_value)
 173 {
 174   rank_ = next_rank_++;
 175
 176   remaining_           = 0.0;
 177   usage_               = 0.0;
 178   concurrency_limit_   = sg_concurrency_limit;
 179   concurrency_current_ = 0;
 180   concurrency_maximum_ = 0;
 181   sharing_policy_      = s4u::Link::SharingPolicy::SHARED;
 182
 183   lambda_     = 0.0;
 184   new_lambda_ = 0.0;
 185   cnst_light_ = nullptr;
 186 }
 187
 188 Constraint* System::constraint_new(resource::Resource* id, double bound_value)
 189 {
 190   Constraint* cnst = new Constraint(id, bound_value);
 191   insert_constraint(cnst);
 192   return cnst;
 193 }
 194
 195 void* System::variable_mallocator_new_f()
 196 {
 197   return new Variable;
 198 }
 199
 200 void System::variable_mallocator_free_f(void* var)
 201 {
 202   delete static_cast<Variable*>(var);
 203 }
 204
 205 Variable* System::variable_new(resource::Action* id, double sharing_penalty, double bound, size_t number_of_constraints)
 206 {
 207   XBT_IN("(sys=%p, id=%p, penalty=%f, bound=%f, num_cons =%zu)", this, id, sharing_penalty, bound,
 208          number_of_constraints);
 209
 210   Variable* var = static_cast<Variable*>(xbt_mallocator_get(variable_mallocator_));
 211   var->initialize(id, sharing_penalty, bound, number_of_constraints, visited_counter_ - 1);
 212   if (sharing_penalty > 0)
 213     variable_set.push_front(*var);
 214   else
 215     variable_set.push_back(*var);
 216
 217   XBT_OUT(" returns %p", var);
 218   return var;
 219 }
 220
 221 void System::variable_free(Variable* var)
 222 {
 223   remove_variable(var);
 224   var_free(var);
 225 }
 226
 227 void System::variable_free_all()
 228 {
 229   Variable* var;
 230   while ((var = extract_variable()))
 231     variable_free(var);
 232 }
 233
 234 void System::expand(Constraint* cnst, Variable* var, double consumption_weight)
 235 {
 236   modified_ = true;
 237
 238   // Check if this variable already has an active element in this constraint
 239   // If it does, subtract it from the required slack
 240   int current_share = 0;
 241   if (var->concurrency_share_ > 1) {
 242     for (Element& elem : var->cnsts_) {
 243       if (elem.constraint == cnst && elem.enabled_element_set_hook.is_linked())
 244         current_share += elem.get_concurrency();
 245     }
 246   }
 247
 248   // Check if we need to disable the variable
 249   if (var->sharing_penalty_ > 0 && var->concurrency_share_ - current_share > cnst->get_concurrency_slack()) {
 250     double penalty = var->sharing_penalty_;
 251     disable_var(var);
 252     for (Element const& elem : var->cnsts_)
 253       on_disabled_var(elem.constraint);
 254     consumption_weight = 0;
 255     var->staged_penalty_ = penalty;
 256     xbt_assert(not var->sharing_penalty_);
 257   }
 258
 259   xbt_assert(var->cnsts_.size() < var->cnsts_.capacity(), "Too much constraints");
 260
 261   var->cnsts_.resize(var->cnsts_.size() + 1);
 262   Element& elem = var->cnsts_.back();
 263
 264   elem.consumption_weight = consumption_weight;
 265   elem.constraint         = cnst;
 266   elem.variable           = var;
 267
 268   if (var->sharing_penalty_) {
 269     elem.constraint->enabled_element_set_.push_front(elem);
 270     elem.increase_concurrency();
 271   } else
 272     elem.constraint->disabled_element_set_.push_back(elem);
 273
 274   if (not selective_update_active) {
 275     make_constraint_active(cnst);
 276   } else if (elem.consumption_weight > 0 || var->sharing_penalty_ > 0) {
 277     make_constraint_active(cnst);
 278     update_modified_set(cnst);
 279     // TODOLATER: Why do we need this second call?
 280     if (var->cnsts_.size() > 1)
 281       update_modified_set(var->cnsts_[0].constraint);
 282   }
 283
 284   check_concurrency();
 285 }
 286
 287 void System::expand_add(Constraint* cnst, Variable* var, double value)
 288 {
 289   modified_ = true;
 290
 291   check_concurrency();
 292
 293   // BEWARE: In case you have multiple elements in one constraint, this will always add value to the first element.
 294   auto elem_it =
 295       std::find_if(begin(var->cnsts_), end(var->cnsts_), [&cnst](Element const& x) { return x.constraint == cnst; });
 296   if (elem_it != end(var->cnsts_)) {
 297     Element& elem = *elem_it;
 298     if (var->sharing_penalty_)
 299       elem.decrease_concurrency();
 300
 301     if (cnst->sharing_policy_ != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE)
 302       elem.consumption_weight += value;
 303     else
 304       elem.consumption_weight = std::max(elem.consumption_weight, value);
 305
 306     // We need to check that increasing value of the element does not cross the concurrency limit
 307     if (var->sharing_penalty_) {
 308       if (cnst->get_concurrency_slack() < elem.get_concurrency()) {
 309         double penalty = var->sharing_penalty_;
 310         disable_var(var);
 311         for (Element const& elem2 : var->cnsts_)
 312           on_disabled_var(elem2.constraint);
 313         var->staged_penalty_ = penalty;
 314         xbt_assert(not var->sharing_penalty_);
 315       }
 316       elem.increase_concurrency();
 317     }
 318     update_modified_set(cnst);
 319   } else
 320     expand(cnst, var, value);
 321
 322   check_concurrency();
 323 }
 324
 325 Variable* Constraint::get_variable(const Element** elem) const
 326 {
 327   if (*elem == nullptr) {
 328     // That is the first call, pick the first element among enabled_element_set (or disabled_element_set if
 329     // enabled_element_set is empty)
 330     if (not enabled_element_set_.empty())
 331       *elem = &enabled_element_set_.front();
 332     else if (not disabled_element_set_.empty())
 333       *elem = &disabled_element_set_.front();
 334     else
 335       *elem = nullptr;
 336   } else {
 337     // elem is not null, so we carry on
 338     if ((*elem)->enabled_element_set_hook.is_linked()) {
 339       // Look at enabled_element_set, and jump to disabled_element_set when finished
 340       auto iter = std::next(enabled_element_set_.iterator_to(**elem));
 341       if (iter != std::end(enabled_element_set_))
 342         *elem = &*iter;
 343       else if (not disabled_element_set_.empty())
 344         *elem = &disabled_element_set_.front();
 345       else
 346         *elem = nullptr;
 347     } else {
 348       auto iter = std::next(disabled_element_set_.iterator_to(**elem));
 349       *elem     = iter != std::end(disabled_element_set_) ? &*iter : nullptr;
 350     }
 351   }
 352   if (*elem)
 353     return (*elem)->variable;
 354   else
 355     return nullptr;
 356 }
 357
 358 // if we modify the list between calls, normal version may loop forever
 359 // this safe version ensures that we browse the list elements only once
 360 Variable* Constraint::get_variable_safe(const Element** elem, const Element** nextelem, int* numelem) const
 361 {
 362   if (*elem == nullptr) {
 363     *numelem = enabled_element_set_.size() + disabled_element_set_.size() - 1;
 364     if (not enabled_element_set_.empty())
 365       *elem = &enabled_element_set_.front();
 366     else if (not disabled_element_set_.empty())
 367       *elem = &disabled_element_set_.front();
 368     else
 369       *elem = nullptr;
 370   } else {
 371     *elem = *nextelem;
 372     if (*numelem > 0) {
 373       (*numelem)--;
 374     } else
 375       return nullptr;
 376   }
 377   if (*elem) {
 378     // elem is not null, so we carry on
 379     if ((*elem)->enabled_element_set_hook.is_linked()) {
 380       // Look at enabled_element_set, and jump to disabled_element_set when finished
 381       auto iter = std::next(enabled_element_set_.iterator_to(**elem));
 382       if (iter != std::end(enabled_element_set_))
 383         *nextelem = &*iter;
 384       else if (not disabled_element_set_.empty())
 385         *nextelem = &disabled_element_set_.front();
 386       else
 387         *nextelem = nullptr;
 388     } else {
 389       auto iter = std::next(disabled_element_set_.iterator_to(**elem));
 390       *nextelem = iter != std::end(disabled_element_set_) ? &*iter : nullptr;
 391     }
 392     return (*elem)->variable;
 393   } else
 394     return nullptr;
 395 }
 396
 397 static inline void saturated_constraints_update(double usage, int cnst_light_num, dyn_light_t& saturated_constraints,
 398                                                 double* min_usage)
 399 {
 400   xbt_assert(usage > 0, "Impossible");
 401
 402   if (*min_usage < 0 || *min_usage > usage) {
 403     *min_usage = usage;
 404     XBT_HERE(" min_usage=%f (cnst->remaining / cnst->usage =%f)", *min_usage, usage);
 405     saturated_constraints.assign(1, cnst_light_num);
 406   } else if (*min_usage == usage) {
 407     saturated_constraints.emplace_back(cnst_light_num);
 408   }
 409 }
 410
 411 static inline void saturated_variable_set_update(ConstraintLight* cnst_light_tab,
 412                                                  const dyn_light_t& saturated_constraints, System* sys)
 413 {
 414   /* Add active variables (i.e. variables that need to be set) from the set of constraints to saturate
 415    * (cnst_light_tab)*/
 416   for (int const& saturated_cnst : saturated_constraints) {
 417     ConstraintLight& cnst = cnst_light_tab[saturated_cnst];
 418     for (Element const& elem : cnst.cnst->active_element_set_) {
 419       xbt_assert(elem.variable->sharing_penalty_ > 0); // All elements of active_element_set should be active
 420       if (elem.consumption_weight > 0 && not elem.variable->saturated_variable_set_hook_.is_linked())
 421         sys->saturated_variable_set.push_back(*elem.variable);
 422     }
 423   }
 424 }
 425
 426 template <class ElemList>
 427 static void format_element_list(const ElemList& elem_list, s4u::Link::SharingPolicy sharing_policy, double& sum,
 428                                 std::string& buf)
 429 {
 430   for (Element const& elem : elem_list) {
 431     buf += std::to_string(elem.consumption_weight) + ".'" + std::to_string(elem.variable->rank_) + "'(" +
 432            std::to_string(elem.variable->value_) + ")" +
 433            (sharing_policy != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE ? " + " : " , ");
 434     if (sharing_policy != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE)
 435       sum += elem.consumption_weight * elem.variable->value_;
 436     else
 437       sum = std::max(sum, elem.consumption_weight * elem.variable->value_);
 438   }
 439 }
 440
 441 void System::print() const
 442 {
 443   std::string buf = std::string("MAX-MIN ( ");
 444
 445   /* Printing Objective */
 446   for (Variable const& var : variable_set)
 447     buf += "'" + std::to_string(var.rank_) + "'(" + std::to_string(var.sharing_penalty_) + ") ";
 448   buf += ")";
 449   XBT_DEBUG("%20s", buf.c_str());
 450   buf.clear();
 451
 452   XBT_DEBUG("Constraints");
 453   /* Printing Constraints */
 454   for (Constraint const& cnst : active_constraint_set) {
 455     double sum            = 0.0;
 456     // Show  the enabled variables
 457     buf += "\t";
 458     buf += cnst.sharing_policy_ != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE ? "(" : "max(";
 459     format_element_list(cnst.enabled_element_set_, cnst.sharing_policy_, sum, buf);
 460     // TODO: Adding disabled elements only for test compatibility, but do we really want them to be printed?
 461     format_element_list(cnst.disabled_element_set_, cnst.sharing_policy_, sum, buf);
 462
 463     buf += "0) <= " + std::to_string(cnst.bound_) + " ('" + std::to_string(cnst.rank_) + "')";
 464
 465     if (cnst.sharing_policy_ == s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE) {
 466       buf += " [MAX-Constraint]";
 467     }
 468     XBT_DEBUG("%s", buf.c_str());
 469     buf.clear();
 470     xbt_assert(not double_positive(sum - cnst.bound_, cnst.bound_ * sg_maxmin_precision),
 471                "Incorrect value (%f is not smaller than %f): %g", sum, cnst.bound_, sum - cnst.bound_);
 472   }
 473
 474   XBT_DEBUG("Variables");
 475   /* Printing Result */
 476   for (Variable const& var : variable_set) {
 477     if (var.bound_ > 0) {
 478       XBT_DEBUG("'%d'(%f) : %f (<=%f)", var.rank_, var.sharing_penalty_, var.value_, var.bound_);
 479       xbt_assert(not double_positive(var.value_ - var.bound_, var.bound_ * sg_maxmin_precision),
 480                  "Incorrect value (%f is not smaller than %f", var.value_, var.bound_);
 481     } else {
 482       XBT_DEBUG("'%d'(%f) : %f", var.rank_, var.sharing_penalty_, var.value_);
 483     }
 484   }
 485 }
 486
 487 void System::lmm_solve()
 488 {
 489   if (modified_) {
 490     XBT_IN("(sys=%p)", this);
 491     /* Compute Usage and store the variables that reach the maximum. If selective_update_active is true, only
 492      * constraints that changed are considered. Otherwise all constraints with active actions are considered.
 493      */
 494     if (selective_update_active)
 495       lmm_solve(modified_constraint_set);
 496     else
 497       lmm_solve(active_constraint_set);
 498     XBT_OUT();
 499   }
 500 }
 501
 502 template <class CnstList> void System::lmm_solve(CnstList& cnst_list)
 503 {
 504   double min_usage = -1;
 505   double min_bound = -1;
 506
 507   XBT_DEBUG("Active constraints : %zu", cnst_list.size());
 508   cnst_light_vec.reserve(cnst_list.size());
 509   ConstraintLight* cnst_light_tab = cnst_light_vec.data();
 510   int cnst_light_num              = 0;
 511
 512   for (Constraint& cnst : cnst_list) {
 513     /* INIT: Collect constraints that actually need to be saturated (i.e remaining  and usage are strictly positive)
 514      * into cnst_light_tab. */
 515     cnst.remaining_ = cnst.bound_;
 516     if (not double_positive(cnst.remaining_, cnst.bound_ * sg_maxmin_precision))
 517       continue;
 518     cnst.usage_ = 0;
 519     for (Element& elem : cnst.enabled_element_set_) {
 520       xbt_assert(elem.variable->sharing_penalty_ > 0.0);
 521       elem.variable->value_ = 0.0;
 522       if (elem.consumption_weight > 0) {
 523         if (cnst.sharing_policy_ != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE)
 524           cnst.usage_ += elem.consumption_weight / elem.variable->sharing_penalty_;
 525         else if (cnst.usage_ < elem.consumption_weight / elem.variable->sharing_penalty_)
 526           cnst.usage_ = elem.consumption_weight / elem.variable->sharing_penalty_;
 527
 528         elem.make_active();
 529         resource::Action* action = static_cast<resource::Action*>(elem.variable->id_);
 530         if (modified_set_ && not action->is_within_modified_set())
 531           modified_set_->push_back(*action);
 532       }
 533     }
 534     XBT_DEBUG("Constraint '%d' usage: %f remaining: %f concurrency: %i<=%i<=%i", cnst.rank_, cnst.usage_,
 535               cnst.remaining_, cnst.concurrency_current_, cnst.concurrency_maximum_, cnst.get_concurrency_limit());
 536     /* Saturated constraints update */
 537
 538     if (cnst.usage_ > 0) {
 539       cnst_light_tab[cnst_light_num].cnst                 = &cnst;
 540       cnst.cnst_light_                                    = &cnst_light_tab[cnst_light_num];
 541       cnst_light_tab[cnst_light_num].remaining_over_usage = cnst.remaining_ / cnst.usage_;
 542       saturated_constraints_update(cnst_light_tab[cnst_light_num].remaining_over_usage, cnst_light_num,
 543                                    saturated_constraints, &min_usage);
 544       xbt_assert(not cnst.active_element_set_.empty(),
 545                  "There is no sense adding a constraint that has no active element!");
 546       cnst_light_num++;
 547     }
 548   }
 549
 550   saturated_variable_set_update(cnst_light_tab, saturated_constraints, this);
 551
 552   /* Saturated variables update */
 553   do {
 554     /* Fix the variables that have to be */
 555     auto& var_list = saturated_variable_set;
 556     for (Variable const& var : var_list) {
 557       if (var.sharing_penalty_ <= 0.0)
 558         DIE_IMPOSSIBLE;
 559       /* First check if some of these variables could reach their upper bound and update min_bound accordingly. */
 560       XBT_DEBUG("var=%d, var.bound=%f, var.penalty=%f, min_usage=%f, var.bound*var.penalty=%f", var.rank_, var.bound_,
 561                 var.sharing_penalty_, min_usage, var.bound_ * var.sharing_penalty_);
 562       if ((var.bound_ > 0) && (var.bound_ * var.sharing_penalty_ < min_usage)) {
 563         if (min_bound < 0)
 564           min_bound = var.bound_ * var.sharing_penalty_;
 565         else
 566           min_bound = std::min(min_bound, (var.bound_ * var.sharing_penalty_));
 567         XBT_DEBUG("Updated min_bound=%f", min_bound);
 568       }
 569     }
 570
 571     while (not var_list.empty()) {
 572       Variable& var = var_list.front();
 573       if (min_bound < 0) {
 574         // If no variable could reach its bound, deal iteratively the constraints usage ( at worst one constraint is
 575         // saturated at each cycle)
 576         var.value_ = min_usage / var.sharing_penalty_;
 577         XBT_DEBUG("Setting var (%d) value to %f\n", var.rank_, var.value_);
 578       } else {
 579         // If there exist a variable that can reach its bound, only update it (and other with the same bound) for now.
 580         if (double_equals(min_bound, var.bound_ * var.sharing_penalty_, sg_maxmin_precision)) {
 581           var.value_ = var.bound_;
 582           XBT_DEBUG("Setting %p (%d) value to %f\n", &var, var.rank_, var.value_);
 583         } else {
 584           // Variables which bound is different are not considered for this cycle, but they will be afterwards.
 585           XBT_DEBUG("Do not consider %p (%d) \n", &var, var.rank_);
 586           var_list.pop_front();
 587           continue;
 588         }
 589       }
 590       XBT_DEBUG("Min usage: %f, Var(%d).penalty: %f, Var(%d).value: %f ", min_usage, var.rank_, var.sharing_penalty_,
 591                 var.rank_, var.value_);
 592
 593       /* Update the usage of constraints where this variable is involved */
 594       for (Element& elem : var.cnsts_) {
 595         Constraint* cnst = elem.constraint;
 596         if (cnst->sharing_policy_ != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE) {
 597           // Remember: shared constraints require that sum(elem.value * var.value) < cnst->bound
 598           double_update(&(cnst->remaining_), elem.consumption_weight * var.value_, cnst->bound_ * sg_maxmin_precision);
 599           double_update(&(cnst->usage_), elem.consumption_weight / var.sharing_penalty_, sg_maxmin_precision);
 600           // If the constraint is saturated, remove it from the set of active constraints (light_tab)
 601           if (not double_positive(cnst->usage_, sg_maxmin_precision) ||
 602               not double_positive(cnst->remaining_, cnst->bound_ * sg_maxmin_precision)) {
 603             if (cnst->cnst_light_) {
 604               int index = (cnst->cnst_light_ - cnst_light_tab);
 605               XBT_DEBUG("index: %d \t cnst_light_num: %d \t || usage: %f remaining: %f bound: %f  ", index,
 606                         cnst_light_num, cnst->usage_, cnst->remaining_, cnst->bound_);
 607               cnst_light_tab[index]                  = cnst_light_tab[cnst_light_num - 1];
 608               cnst_light_tab[index].cnst->cnst_light_ = &cnst_light_tab[index];
 609               cnst_light_num--;
 610               cnst->cnst_light_ = nullptr;
 611             }
 612           } else {
 613             if (cnst->cnst_light_) {
 614               cnst->cnst_light_->remaining_over_usage = cnst->remaining_ / cnst->usage_;
 615             }
 616           }
 617           elem.make_inactive();
 618         } else {
 619           // Remember: non-shared constraints only require that max(elem.value * var.value) < cnst->bound
 620           cnst->usage_ = 0.0;
 621           elem.make_inactive();
 622           for (Element& elem2 : cnst->enabled_element_set_) {
 623             xbt_assert(elem2.variable->sharing_penalty_ > 0);
 624             if (elem2.variable->value_ > 0)
 625               continue;
 626             if (elem2.consumption_weight > 0)
 627               cnst->usage_ = std::max(cnst->usage_, elem2.consumption_weight / elem2.variable->sharing_penalty_);
 628           }
 629           // If the constraint is saturated, remove it from the set of active constraints (light_tab)
 630           if (not double_positive(cnst->usage_, sg_maxmin_precision) ||
 631               not double_positive(cnst->remaining_, cnst->bound_ * sg_maxmin_precision)) {
 632             if (cnst->cnst_light_) {
 633               int index = (cnst->cnst_light_ - cnst_light_tab);
 634               XBT_DEBUG("index: %d \t cnst_light_num: %d \t || \t cnst: %p \t cnst->cnst_light: %p "
 635                         "\t cnst_light_tab: %p usage: %f remaining: %f bound: %f  ",
 636                         index, cnst_light_num, cnst, cnst->cnst_light_, cnst_light_tab, cnst->usage_, cnst->remaining_,
 637                         cnst->bound_);
 638               cnst_light_tab[index]                  = cnst_light_tab[cnst_light_num - 1];
 639               cnst_light_tab[index].cnst->cnst_light_ = &cnst_light_tab[index];
 640               cnst_light_num--;
 641               cnst->cnst_light_ = nullptr;
 642             }
 643           } else {
 644             if (cnst->cnst_light_) {
 645               cnst->cnst_light_->remaining_over_usage = cnst->remaining_ / cnst->usage_;
 646               xbt_assert(not cnst->active_element_set_.empty(),
 647                          "Should not keep a maximum constraint that has no active"
 648                          " element! You want to check the maxmin precision and possible rounding effects.");
 649             }
 650           }
 651         }
 652       }
 653       var_list.pop_front();
 654     }
 655
 656     /* Find out which variables reach the maximum */
 657     min_usage = -1;
 658     min_bound = -1;
 659     saturated_constraints.clear();
 660     int pos;
 661     for (pos = 0; pos < cnst_light_num; pos++) {
 662       xbt_assert(not cnst_light_tab[pos].cnst->active_element_set_.empty(),
 663                  "Cannot saturate more a constraint that has"
 664                  " no active element! You may want to change the maxmin precision (--cfg=maxmin/precision:<new_value>)"
 665                  " because of possible rounding effects.\n\tFor the record, the usage of this constraint is %g while "
 666                  "the maxmin precision to which it is compared is %g.\n\tThe usage of the previous constraint is %g.",
 667                  cnst_light_tab[pos].cnst->usage_, sg_maxmin_precision, cnst_light_tab[pos - 1].cnst->usage_);
 668       saturated_constraints_update(cnst_light_tab[pos].remaining_over_usage, pos, saturated_constraints, &min_usage);
 669     }
 670
 671     saturated_variable_set_update(cnst_light_tab, saturated_constraints, this);
 672
 673   } while (cnst_light_num > 0);
 674
 675   modified_ = false;
 676   if (selective_update_active)
 677     remove_all_modified_set();
 678
 679   if (XBT_LOG_ISENABLED(surf_maxmin, xbt_log_priority_debug)) {
 680     print();
 681   }
 682
 683   check_concurrency();
 684
 685 }
 686
 687 /** @brief Attribute the value bound to var->bound.
 688  *
 689  *  @param var the Variable*
 690  *  @param bound the new bound to associate with var
 691  *
 692  *  Makes var->bound equal to bound. Whenever this function is called a change is  signed in the system. To
 693  *  avoid false system changing detection it is a good idea to test (bound != 0) before calling it.
 694  */
 695 void System::update_variable_bound(Variable* var, double bound)
 696 {
 697   modified_  = true;
 698   var->bound_ = bound;
 699
 700   if (not var->cnsts_.empty())
 701     update_modified_set(var->cnsts_[0].constraint);
 702 }
 703
 704 void Variable::initialize(resource::Action* id_value, double sharing_penalty, double bound_value,
 705                           int number_of_constraints, unsigned visited_value)
 706 {
 707   id_     = id_value;
 708   rank_   = next_rank_++;
 709   cnsts_.reserve(number_of_constraints);
 710   sharing_penalty_   = sharing_penalty;
 711   staged_penalty_    = 0.0;
 712   bound_             = bound_value;
 713   concurrency_share_ = 1;
 714   value_             = 0.0;
 715   visited_           = visited_value;
 716   mu_                = 0.0;
 717
 718   xbt_assert(not variable_set_hook_.is_linked());
 719   xbt_assert(not saturated_variable_set_hook_.is_linked());
 720 }
 721
 722 int Variable::get_min_concurrency_slack() const
 723 {
 724   int minslack = std::numeric_limits<int>::max();
 725   for (Element const& elem : cnsts_) {
 726     int slack = elem.constraint->get_concurrency_slack();
 727     if (slack < minslack) {
 728       // This is only an optimization, to avoid looking at more constraints when slack is already zero
 729       if (slack == 0)
 730         return 0;
 731       minslack = slack;
 732     }
 733   }
 734   return minslack;
 735 }
 736
 737 // Small remark: In this implementation of System::enable_var() and System::disable_var(), we will meet multiple times
 738 // with var when running System::update_modified_set().
 739 // A priori not a big performance issue, but we might do better by calling System::update_modified_set() within the for
 740 // loops (after doing the first for enabling==1, and before doing the last for disabling==1)
 741 void System::enable_var(Variable* var)
 742 {
 743   xbt_assert(not XBT_LOG_ISENABLED(surf_maxmin, xbt_log_priority_debug) || var->can_enable());
 744
 745   var->sharing_penalty_ = var->staged_penalty_;
 746   var->staged_penalty_  = 0;
 747
 748   // Enabling the variable, move var to list head. Subtlety is: here, we need to call update_modified_set AFTER
 749   // moving at least one element of var.
 750
 751   simgrid::xbt::intrusive_erase(variable_set, *var);
 752   variable_set.push_front(*var);
 753   for (Element& elem : var->cnsts_) {
 754     simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->disabled_element_set_, elem);
 755     elem.constraint->enabled_element_set_.push_front(elem);
 756     elem.increase_concurrency();
 757   }
 758   if (not var->cnsts_.empty())
 759     update_modified_set(var->cnsts_[0].constraint);
 760
 761   // When used within on_disabled_var, we would get an assertion fail, because transiently there can be variables
 762   // that are staged and could be activated.
 763   // Anyway, caller functions all call check_concurrency() in the end.
 764 }
 765
 766 void System::disable_var(Variable* var)
 767 {
 768   xbt_assert(not var->staged_penalty_, "Staged penalty should have been cleared");
 769   // Disabling the variable, move to var to list tail. Subtlety is: here, we need to call update_modified_set
 770   // BEFORE moving the last element of var.
 771   simgrid::xbt::intrusive_erase(variable_set, *var);
 772   variable_set.push_back(*var);
 773   if (not var->cnsts_.empty())
 774     update_modified_set(var->cnsts_[0].constraint);
 775   for (Element& elem : var->cnsts_) {
 776     simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->enabled_element_set_, elem);
 777     elem.constraint->disabled_element_set_.push_back(elem);
 778     if (elem.active_element_set_hook.is_linked())
 779       simgrid::xbt::intrusive_erase(elem.constraint->active_element_set_, elem);
 780     elem.decrease_concurrency();
 781   }
 782
 783   var->sharing_penalty_ = 0.0;
 784   var->staged_penalty_  = 0.0;
 785   var->value_          = 0.0;
 786   check_concurrency();
 787 }
 788
 789 /* /brief Find variables that can be enabled and enable them.
 790  *
 791  * Assuming that the variable has already been removed from non-zero penalties
 792  * Can we find a staged variable to add?
 793  * If yes, check that none of the constraints that this variable is involved in is at the limit of its concurrency
 794  * And then add it to enabled variables
 795  */
 796 void System::on_disabled_var(Constraint* cnstr)
 797 {
 798   if (cnstr->get_concurrency_limit() < 0)
 799     return;
 800
 801   int numelem = cnstr->disabled_element_set_.size();
 802   if (not numelem)
 803     return;
 804
 805   Element* elem = &cnstr->disabled_element_set_.front();
 806
 807   // Cannot use foreach loop, because System::enable_var() will modify disabled_element_set.. within the loop
 808   while (numelem-- && elem) {
 809
 810     Element* nextelem;
 811     if (elem->disabled_element_set_hook.is_linked()) {
 812       auto iter = std::next(cnstr->disabled_element_set_.iterator_to(*elem));
 813       nextelem  = iter != std::end(cnstr->disabled_element_set_) ? &*iter : nullptr;
 814     } else {
 815       nextelem = nullptr;
 816     }
 817
 818     if (elem->variable->staged_penalty_ > 0 && elem->variable->can_enable()) {
 819       // Found a staged variable
 820       // TODOLATER: Add random timing function to model reservation protocol fuzziness? Then how to make sure that
 821       // staged variables will eventually be called?
 822       enable_var(elem->variable);
 823     }
 824
 825     xbt_assert(cnstr->concurrency_current_ <= cnstr->get_concurrency_limit(), "Concurrency overflow!");
 826     if (cnstr->concurrency_current_ == cnstr->get_concurrency_limit())
 827       break;
 828
 829     elem = nextelem;
 830   }
 831
 832   // We could get an assertion fail, because transiently there can be variables that are staged and could be activated.
 833   // And we need to go through all constraints of the disabled var before getting back a coherent state.
 834   // Anyway, caller functions all call check_concurrency() in the end.
 835 }
 836
 837 /** @brief update the penalty of a variable (disable it by passing 0 as a penalty) */
 838 void System::update_variable_penalty(Variable* var, double penalty)
 839 {
 840   xbt_assert(penalty >= 0, "Variable penalty should not be negative!");
 841
 842   if (penalty == var->sharing_penalty_)
 843     return;
 844
 845   int enabling_var  = (penalty > 0 && var->sharing_penalty_ <= 0);
 846   int disabling_var = (penalty <= 0 && var->sharing_penalty_ > 0);
 847
 848   XBT_IN("(sys=%p, var=%p, penalty=%f)", this, var, penalty);
 849
 850   modified_ = true;
 851
 852   // Are we enabling this variable?
 853   if (enabling_var) {
 854     var->staged_penalty_ = penalty;
 855     int minslack       = var->get_min_concurrency_slack();
 856     if (minslack < var->concurrency_share_) {
 857       XBT_DEBUG("Staging var (instead of enabling) because min concurrency slack %i, with penalty %f and concurrency"
 858                 " share %i",
 859                 minslack, penalty, var->concurrency_share_);
 860       return;
 861     }
 862     XBT_DEBUG("Enabling var with min concurrency slack %i", minslack);
 863     enable_var(var);
 864   } else if (disabling_var) {
 865     disable_var(var);
 866   } else {
 867     var->sharing_penalty_ = penalty;
 868   }
 869
 870   check_concurrency();
 871
 872   XBT_OUT();
 873 }
 874
 875 void System::update_constraint_bound(Constraint* cnst, double bound)
 876 {
 877   modified_ = true;
 878   update_modified_set(cnst);
 879   cnst->bound_ = bound;
 880 }
 881
 882 /** @brief Update the constraint set propagating recursively to other constraints so the system should not be entirely
 883  *  computed.
 884  *
 885  *  @param cnst the Constraint* affected by the change
 886  *
 887  *  A recursive algorithm to optimize the system recalculation selecting only constraints that have changed. Each
 888  *  constraint change is propagated to the list of constraints for each variable.
 889  */
 890 void System::update_modified_set_rec(Constraint* cnst)
 891 {
 892   for (Element const& elem : cnst->enabled_element_set_) {
 893     Variable* var = elem.variable;
 894     for (Element const& elem2 : var->cnsts_) {
 895       if (var->visited_ == visited_counter_)
 896         break;
 897       if (elem2.constraint != cnst && not elem2.constraint->modified_constraint_set_hook_.is_linked()) {
 898         modified_constraint_set.push_back(*elem2.constraint);
 899         update_modified_set_rec(elem2.constraint);
 900       }
 901     }
 902     // var will be ignored in later visits as long as sys->visited_counter does not move
 903     var->visited_ = visited_counter_;
 904   }
 905 }
 906
 907 void System::update_modified_set(Constraint* cnst)
 908 {
 909   /* nothing to do if selective update isn't active */
 910   if (selective_update_active && not cnst->modified_constraint_set_hook_.is_linked()) {
 911     modified_constraint_set.push_back(*cnst);
 912     update_modified_set_rec(cnst);
 913   }
 914 }
 915
 916 void System::remove_all_modified_set()
 917 {
 918   // We cleverly un-flag all variables just by incrementing visited_counter
 919   // In effect, the var->visited value will no more be equal to visited counter
 920   // To be clean, when visited counter has wrapped around, we force these var->visited values so that variables that
 921   // were in the modified a long long time ago are not wrongly skipped here, which would lead to very nasty bugs
 922   // (i.e. not readily reproducible, and requiring a lot of run time before happening).
 923   if (++visited_counter_ == 1) {
 924     /* the counter wrapped around, reset each variable->visited */
 925     for (Variable& var : variable_set)
 926       var.visited_ = 0;
 927   }
 928   modified_constraint_set.clear();
 929 }
 930
 931 /**
 932  * Returns resource load (in flop per second, or byte per second, or similar)
 933  *
 934  * If the resource is shared (the default case), the load is sum of resource usage made by
 935  * every variables located on this resource.
 936  *
 937  * If the resource is not shared (ie in FATPIPE mode), then the load is the max (not the sum)
 938  * of all resource usages located on this resource.
 939  */
 940 double Constraint::get_usage() const
 941 {
 942   double result              = 0.0;
 943   if (sharing_policy_ != s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE) {
 944     for (Element const& elem : enabled_element_set_)
 945       if (elem.consumption_weight > 0)
 946         result += elem.consumption_weight * elem.variable->value_;
 947   } else {
 948     for (Element const& elem : enabled_element_set_)
 949       if (elem.consumption_weight > 0)
 950         result = std::max(result, elem.consumption_weight * elem.variable->value_);
 951   }
 952   return result;
 953 }
 954
 955 int Constraint::get_variable_amount() const
 956 {
 957   return std::count_if(std::begin(enabled_element_set_), std::end(enabled_element_set_),
 958                        [](const Element& elem) { return elem.consumption_weight > 0; });
 959 }
 960 }
 961 }
 962 }