include/simgrid/s4u/NetZone.hpp

   1 /* Copyright (c) 2016-2021. 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 #ifndef SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP
   7 #define SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP
   8
   9 #include <simgrid/forward.h>
  10 #include <simgrid/s4u/Link.hpp>
  11 #include <xbt/graph.h>
  12 #include <xbt/signal.hpp>
  13
  14 #include <map>
  15 #include <string>
  16 #include <unordered_map>
  17 #include <utility>
  18 #include <vector>
  19
  20 namespace simgrid {
  21 namespace s4u {
  22
  23 /** @brief Networking Zones
  24  *
  25  * A netzone is a network container, in charge of routing information between elements (hosts) and to the nearby
  26  * netzones. In SimGrid, there is a hierarchy of netzones, with a unique root zone (that you can retrieve from the
  27  * s4u::Engine).
  28  */
  29 class XBT_PUBLIC NetZone {
  30   kernel::routing::NetZoneImpl* const pimpl_;
  31
  32 protected:
  33   friend kernel::routing::NetZoneImpl;
  34
  35   explicit NetZone(kernel::routing::NetZoneImpl* impl) : pimpl_(impl) {}
  36
  37 public:
  38   /** @brief Retrieves the name of that netzone as a C++ string */
  39   const std::string& get_name() const;
  40   /** @brief Retrieves the name of that netzone as a C string */
  41   const char* get_cname() const;
  42
  43   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v331("Please use get_parent()") NetZone* get_father();
  44   NetZone* get_parent() const;
  45   NetZone* set_parent(const NetZone* parent);
  46
  47   std::vector<Host*> get_all_hosts() const;
  48   int get_host_count() const;
  49
  50   kernel::routing::NetZoneImpl* get_impl() const { return pimpl_; }
  51
  52   /** Get the properties assigned to a netzone */
  53   const std::unordered_map<std::string, std::string>* get_properties() const;
  54   /** Retrieve the property value (or nullptr if not set) */
  55   const char* get_property(const std::string& key) const;
  56   void set_property(const std::string& key, const std::string& value);
  57   /** @brief Get the netpoint associated to this netzone */
  58   kernel::routing::NetPoint* get_netpoint();
  59
  60   std::vector<NetZone*> get_children() const;
  61   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332("Please use set_parent() to manage NetZone's relationship") NetZone* add_child(
  62       NetZone* new_zone);
  63
  64   void extract_xbt_graph(const s_xbt_graph_t* graph, std::map<std::string, xbt_node_t, std::less<>>* nodes,
  65                          std::map<std::string, xbt_edge_t, std::less<>>* edges);
  66
  67   /* Add content to the netzone, at parsing time. It should be sealed afterward. */
  68   int add_component(kernel::routing::NetPoint* elm); /* A host, a router or a netzone, whatever */
  69
  70   /**
  71    * @brief Add a route between 2 netpoints
  72    *
  73    * Create a route:
  74    * - route between 2 hosts/routers in same netzone, no gateway is needed
  75    * - route between 2 netzones, connecting 2 gateways.
  76    *
  77    * @param src Source netzone's netpoint
  78    * @param dst Destination netzone' netpoint
  79    * @param src_gw Netpoint of the gateway in the source netzone
  80    * @param dst_gw Netpoint of the gateway in the destination netzone
  81    * @param link_list List of links used in this communication
  82    * @param symmetrical Bi-directional communication
  83    */
  84   void add_route(kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst, kernel::routing::NetPoint* gw_src,
  85                  kernel::routing::NetPoint* gw_dst, const std::vector<Link*>& link_list, bool symmetrical = true);
  86
  87   XBT_ATTRIB_DEPRECATED_v332("Please use add_route() method which uses s4u::Link instead of LinkImpl") void add_route(
  88       kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst, kernel::routing::NetPoint* gw_src,
  89       kernel::routing::NetPoint* gw_dst, const std::vector<kernel::resource::LinkImpl*>& link_list, bool symmetrical);
  90   void add_bypass_route(kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst,
  91                         kernel::routing::NetPoint* gw_src, kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
  92                         std::vector<kernel::resource::LinkImpl*>& link_list, bool symmetrical);
  93
  94   /*** Called on each newly created regular route (not on bypass routes) */
  95   static xbt::signal<void(bool symmetrical, kernel::routing::NetPoint* src, kernel::routing::NetPoint* dst,
  96                           kernel::routing::NetPoint* gw_src, kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
  97                           std::vector<kernel::resource::LinkImpl*> const& link_list)>
  98       on_route_creation;
  99   static xbt::signal<void(NetZone const&)> on_creation;
 100   static xbt::signal<void(NetZone const&)> on_seal;
 101
 102   /**
 103    * @brief Create a host
 104    *
 105    * @param name Host name
 106    * @param speed_per_state Vector of CPU's speeds
 107    */
 108   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::vector<double>& speed_per_pstate);
 109   s4u::Host* create_host(const std::string& name, double speed);
 110   /**
 111    * @brief Create a Host (string version)
 112    *
 113    * @throw std::invalid_argument if speed format is incorrect.
 114    */
 115   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::vector<std::string>& speed_per_pstate);
 116   s4u::Host* create_host(const std::string& name, const std::string& speed);
 117
 118   /**
 119    * @brief Create a link
 120    *
 121    * @param name Link name
 122    * @param bandwidths Link's speed (vector for wifi links)
 123    * @throw std::invalid_argument if bandwidth format is incorrect.
 124    */
 125   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths);
 126   s4u::Link* create_link(const std::string& name, double bandwidth);
 127
 128   /** @brief Create a link (string version) */
 129   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::vector<std::string>& bandwidths);
 130   s4u::Link* create_link(const std::string& name, const std::string& bandwidth);
 131
 132   /**
 133    * @brief Make a router within that NetZone
 134    *
 135    * @param name Router name
 136    */
 137   kernel::routing::NetPoint* create_router(const std::string& name);
 138
 139   /** @brief Seal this netzone configuration */
 140   NetZone* seal();
 141
 142 private:
 143   /** @brief Auxiliary function to get list of LinkImpl */
 144   static std::vector<kernel::resource::LinkImpl*> get_link_list_impl(const std::vector<Link*>& link_list);
 145 };
 146
 147 // External constructors so that the types (and the types of their content) remain hidden
 148 XBT_PUBLIC NetZone* create_full_zone(const std::string& name);
 149 XBT_PUBLIC NetZone* create_star_zone(const std::string& name);
 150 XBT_PUBLIC NetZone* create_dijkstra_zone(const std::string& name, bool cache);
 151 XBT_PUBLIC NetZone* create_empty_zone(const std::string& name);
 152 XBT_PUBLIC NetZone* create_floyd_zone(const std::string& name);
 153 XBT_PUBLIC NetZone* create_vivaldi_zone(const std::string& name);
 154 XBT_PUBLIC NetZone* create_wifi_zone(const std::string& name);
 155
 156 // Extra data structure for complex constructors
 157
 158 /** @brief Aggregates the callbacks used to build clusters netzones (Torus/Dragronfly/Fat-Tree) */
 159 struct ClusterCallbacks {
 160   /**
 161    * @brief Callback used to set the netpoint and gateway located at some leaf of clusters (Torus, FatTree, etc)
 162    *
 163    * The netpoint can be either a host, router or another netzone.
 164    * Gateway must be non-null if netpoint is a netzone
 165    *
 166    * @param zone: The newly create zone, needed for creating new resources (hosts, links)
 167    * @param coord: the coordinates of the element
 168    * @param id: Internal identifier of the element
 169    * @return pair<NetPoint*, NetPoint*>: returns a pair of netpoint and gateway.
 170    */
 171   using ClusterNetPointCb = std::pair<kernel::routing::NetPoint*, kernel::routing::NetPoint*>(
 172       NetZone* zone, const std::vector<unsigned int>& coord, int id);
 173   /**
 174    * @brief Callback used to set the links for some leaf of the cluster (Torus, FatTree, etc)
 175    *
 176    * The coord parameter depends on the cluster being created:
 177    * - Torus: Direct translation of the Torus' dimensions, e.g. (0, 0, 0) for a 3-D Torus
 178    * - Fat-Tree: A pair (level in the tree, id), e.g. (0, 0): first leaf and (1,0): first switch at level 1.
 179    * - Dragonfly: a tuple (group, chassis, blades/routers, nodes), e.g. (0, 0, 0, 0) for first node in the cluster.
 180    * Important: To identify the router inside a "group, chassis, blade", we use MAX_UINT in the last parameter (e.g. 0,
 181    * 0, 0, 4294967295).
 182    *
 183    * @param zone: The newly create zone, needed for creating new resources (hosts, links)
 184    * @param coord: the coordinates of the element
 185    * @param id: Internal identifier of the element
 186    * @return Pointer to the Link
 187    */
 188   using ClusterLinkCb = Link*(NetZone* zone, const std::vector<unsigned int>& coord, int id);
 189
 190   std::function<ClusterNetPointCb> netpoint;
 191   std::function<ClusterLinkCb> loopback = {};
 192   std::function<ClusterLinkCb> limiter  = {};
 193   explicit ClusterCallbacks(const std::function<ClusterNetPointCb>& set_netpoint)
 194       : netpoint(set_netpoint){/*nothing to do */};
 195   ClusterCallbacks(const std::function<ClusterNetPointCb>& set_netpoint,
 196                    const std::function<ClusterLinkCb>& set_loopback, const std::function<ClusterLinkCb>& set_limiter)
 197       : netpoint(set_netpoint), loopback(set_loopback), limiter(set_limiter){/*nothing to do */};
 198 };
 199 /**
 200  * @brief Create a torus zone
 201  *
 202  * Torus clusters are characterized by:
 203  * - dimensions, eg. {3,3,3} creates a torus with X = 3 elements, Y = 3 and Z = 3. In total, this cluster have 27
 204  * elements
 205  * - inter-node communication: (bandwidth, latency, sharing_policy) the elements are connected through regular links
 206  * with these characteristics
 207  * More details in: <a href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html?highlight=torus#torus-cluster">Torus
 208  * Cluster</a>
 209  *
 210  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 211  *
 212  * Note that the all elements in a Torus cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 213  *
 214  * @param name NetZone's name
 215  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 216  * the netzone
 217  * @param dimensions List of positive integers (> 0) which determines the torus' dimensions
 218  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 219  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 220  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 221  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 222  * @return Pointer to new netzone
 223  */
 224 XBT_PUBLIC NetZone* create_torus_zone(const std::string& name, const NetZone* parent,
 225                                       const std::vector<unsigned int>& dimensions,
 226                                       const ClusterCallbacks& set_callbacks, double bandwidth, double latency,
 227                                       Link::SharingPolicy sharing_policy);
 228
 229 /** @brief Aggregates the parameters necessary to build a Fat-tree zone */
 230 struct FatTreeParams {
 231   unsigned int levels;
 232   std::vector<unsigned int> down;
 233   std::vector<unsigned int> up;
 234   std::vector<unsigned int> number;
 235   FatTreeParams(unsigned int n_levels, const std::vector<unsigned int>& down_links,
 236                 const std::vector<unsigned int>& up_links, const std::vector<unsigned int>& links_number);
 237 };
 238 /**
 239  * @brief Create a Fat-Tree zone
 240  *
 241  * Fat-Tree clusters are characterized by:
 242  * - levels: number of levels in the cluster, e.g. 2 (the final tree will have n+1 levels)
 243  * - downlinks: for each level, how many connections between elements below them, e.g. 2, 3: level 1 nodes are connected
 244  * to 2 nodes in level 2, which are connected to 3 nodes below. Determines the number total of leaves in the tree.
 245  * - uplinks: for each level, how nodes are connected, e.g. 1, 2
 246  * - link count: for each level, number of links connecting the nodes, e.g. 1, 1
 247  *
 248  * The best way to understand it is looking to the doc available in: <a
 249  * href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html#fat-tree-cluster">Fat Tree Cluster</a>
 250  *
 251  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 252  *
 253  * Note that the all elements in a Fat-Tree cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 254  *
 255  * @param name NetZone's name
 256  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 257  * the netzone
 258  * @param parameters Characteristics of this Fat-Tree
 259  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 260  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 261  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 262  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 263  * @return Pointer to new netzone
 264  */
 265 XBT_PUBLIC NetZone* create_fatTree_zone(const std::string& name, const NetZone* parent, const FatTreeParams& parameters,
 266                                         const ClusterCallbacks& set_callbacks, double bandwidth, double latency,
 267                                         Link::SharingPolicy sharing_policy);
 268
 269 /** @brief Aggregates the parameters necessary to build a Dragonfly zone */
 270 struct DragonflyParams {
 271   std::pair<unsigned int, unsigned int> groups;
 272   std::pair<unsigned int, unsigned int> chassis;
 273   std::pair<unsigned int, unsigned int> routers;
 274   unsigned int nodes;
 275   DragonflyParams(const std::pair<unsigned int, unsigned int>& groups,
 276                   const std::pair<unsigned int, unsigned int>& chassis,
 277                   const std::pair<unsigned int, unsigned int>& routers, unsigned int nodes);
 278 };
 279 /**
 280  * @brief Create a Dragonfly zone
 281  *
 282  * Dragonfly clusters are characterized by:
 283  * - groups: number of groups and links between each group, e.g. 2,2.
 284  * - chassis: number of chassis in each group and the number of links used to connect the chassis, e.g. 2,3
 285  * - routers: number of routers in each chassis and their links, e.g. 3,1
 286  * - nodes: number of nodes connected to each router using a single link, e.g. 2
 287  *
 288  * In total, the cluster will have groups * chassis * routers * nodes elements/leaves.
 289  *
 290  * The best way to understand it is looking to the doc available in: <a
 291  * href="https://simgrid.org/doc/latest/Platform_examples.html#dragonfly-cluster">Dragonfly Cluster</a>
 292  *
 293  * Moreover, this method accepts 3 callbacks to populate the cluster: set_netpoint, set_loopback and set_limiter .
 294  *
 295  * Note that the all elements in a Dragonfly cluster must have (or not) the same elements (loopback and limiter)
 296  *
 297  * @param name NetZone's name
 298  * @param parent Pointer to parent's netzone (nullptr if root netzone). Needed to be able to create the resources inside
 299  * the netzone
 300  * @param parameters Characteristics of this Dragonfly
 301  * @param set_callbacks Callbacks to set properties from cluster elements (netpoint, loopback and limiter)
 302  * @param bandwidth Characteristics of the inter-nodes link
 303  * @param latency Characteristics of the inter-nodes link
 304  * @param sharing_policy Characteristics of the inter-nodes link
 305  * @return Pointer to new netzone
 306  */
 307 XBT_PUBLIC NetZone* create_dragonfly_zone(const std::string& name, const NetZone* parent,
 308                                           const DragonflyParams& parameters, const ClusterCallbacks& set_callbacks,
 309                                           double bandwidth, double latency, Link::SharingPolicy sharing_policy);
 310
 311 } // namespace s4u
 312 } // namespace simgrid
 313
 314 #endif /* SIMGRID_S4U_NETZONE_HPP */