src/plugins/host_load.cpp

   1 /* Copyright (c) 2010-2019. 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 "simgrid/plugins/load.h"
   7 #include "src/include/surf/surf.hpp"
   8 #include "src/kernel/activity/ExecImpl.hpp"
   9 #include "src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp"
  10 #include <simgrid/s4u.hpp>
  11
  12 SIMGRID_REGISTER_PLUGIN(host_load, "Cpu load", &sg_host_load_plugin_init)
  13
  14 /** @addtogroup plugin_load
  15
  16 This plugin makes it very simple for users to obtain the current load for each host.
  17
  18 */
  19
  20 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_plugin_load, surf, "Logging specific to the HostLoad plugin");
  21
  22 namespace simgrid {
  23 namespace plugin {
  24
  25 static const double activity_uninitialized_remaining_cost = -1;
  26
  27 class HostLoad {
  28 public:
  29   static simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostLoad> EXTENSION_ID;
  30
  31   explicit HostLoad(simgrid::s4u::Host* ptr)
  32       : host_(ptr)
  33       , last_updated_(surf_get_clock())
  34       , last_reset_(surf_get_clock())
  35       , current_speed_(host_->get_speed())
  36       , current_flops_(host_->pimpl_cpu->get_constraint()->get_usage())
  37       , theor_max_flops_(0)
  38   {
  39   }
  40   ~HostLoad() = default;
  41   HostLoad() = delete;
  42   explicit HostLoad(simgrid::s4u::Host& ptr) = delete;
  43   explicit HostLoad(simgrid::s4u::Host&& ptr) = delete;
  44
  45   double get_current_load();
  46   /** Get the the average load since last reset(), as a ratio
  47    *
  48    * That's the ratio (amount of flops that were actually computed) / (amount of flops that could have been computed at full speed)
  49    */
  50   double get_average_load() { update(); return (theor_max_flops_ == 0) ? 0 : computed_flops_ / theor_max_flops_; };
  51   /** Amount of flops computed since last reset() */
  52   double get_computed_flops() { update(); return computed_flops_; }
  53   /** Return idle time since last reset() */
  54   double get_idle_time() { update(); return idle_time_; }
  55   /** Return idle time over the whole simulation */
  56   double get_total_idle_time() { update(); return total_idle_time_; }
  57   void update();
  58   void add_activity(simgrid::kernel::activity::ExecImplPtr activity);
  59   void reset();
  60
  61 private:
  62   simgrid::s4u::Host* host_ = nullptr;
  63   /* Stores all currently ongoing activities (computations) on this machine */
  64   std::map<simgrid::kernel::activity::ExecImplPtr, /* cost still remaining*/double> current_activities;
  65   double last_updated_      = 0;
  66   double last_reset_        = 0;
  67   /**
  68    * current_speed each core is running at; we need to store this as the speed
  69    * will already have changed once we get notified
  70    */
  71   double current_speed_     = 0;
  72   /**
  73    * How many flops are currently used by all the processes running on this
  74    * host?
  75    */
  76   double current_flops_     = 0;
  77   double computed_flops_    = 0;
  78   double idle_time_         = 0;
  79   double total_idle_time_   = 0; /* This gets never reset */
  80   double theor_max_flops_   = 0;
  81 };
  82
  83 simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostLoad> HostLoad::EXTENSION_ID;
  84
  85 void HostLoad::add_activity(simgrid::kernel::activity::ExecImplPtr activity)
  86 {
  87   current_activities.insert({activity, activity_uninitialized_remaining_cost});
  88 }
  89
  90 void HostLoad::update()
  91 {
  92   double now = surf_get_clock();
  93
  94   // This loop updates the flops that the host executed for the ongoing computations
  95   auto iter = begin(current_activities);
  96   while (iter != end(current_activities)) {
  97     auto& activity                         = iter->first;  // Just an alias
  98     auto& remaining_cost_after_last_update = iter->second; // Just an alias
  99     auto current_iter                      = iter;
 100     ++iter;
 101
 102     if (activity->surf_action_->get_finish_time() != now && activity->state_ == e_smx_state_t::SIMIX_RUNNING) {
 103       if (remaining_cost_after_last_update == activity_uninitialized_remaining_cost) {
 104         remaining_cost_after_last_update = activity->surf_action_->get_cost();
 105       }
 106       double computed_flops_since_last_update = remaining_cost_after_last_update - /*remaining now*/activity->get_remaining();
 107       computed_flops_                        += computed_flops_since_last_update;
 108       remaining_cost_after_last_update        = activity->get_remaining();
 109     }
 110     else if (activity->state_ == e_smx_state_t::SIMIX_DONE) {
 111       computed_flops_ += remaining_cost_after_last_update;
 112       current_activities.erase(current_iter);
 113     }
 114   }
 115
 116   /* Current flop per second computed by the cpu; current_flops = k * pstate_speed_in_flops, k @in {0, 1, ..., cores-1}
 117    * designates number of active cores; will be 0 if CPU is currently idle */
 118   current_flops_ = host_->pimpl_cpu->get_constraint()->get_usage();
 119
 120   if (current_flops_ == 0) {
 121     idle_time_ += (now - last_updated_);
 122     total_idle_time_ += (now - last_updated_);
 123     XBT_DEBUG("[%s]: Currently idle -> Added %f seconds to idle time (totaling %fs)", host_->get_cname(), (now - last_updated_), idle_time_);
 124   }
 125
 126   theor_max_flops_ += current_speed_ * host_->get_core_count() * (now - last_updated_);
 127   current_speed_ = host_->get_speed();
 128   last_updated_  = now;
 129 }
 130
 131 /** @brief Get the current load as a ratio = achieved_flops / (core_current_speed * core_amount)
 132  *
 133  * You may also want to check simgrid::s4u::Host::get_load() that simply returns
 134  * the achieved flop rate (in flops per seconds), ie the load that a new action arriving on
 135  * that host would suffer.
 136  *
 137  * Please note that this function only returns an instantaneous load that may be deceiving
 138  * in some scenarios. For example, imagine that an activity terminates at time t, and that
 139  * another activity is created on the same host at the exact same timestamp. The load was
 140  * never 0 on the simulated machine since the time did not advance between the two events.
 141  * But still, if you call this function between the two events (in the simulator course), it
 142  * returns 0 although there is no time (in the simulated time) where this value is valid.
 143  */
 144 double HostLoad::get_current_load()
 145 {
 146   // We don't need to call update() here because it is called every time an action terminates or starts
 147   return current_flops_ / static_cast<double>(host_->get_speed() * host_->get_core_count());
 148 }
 149
 150 /*
 151  * Resets the counters
 152  */
 153 void HostLoad::reset()
 154 {
 155   last_updated_    = surf_get_clock();
 156   last_reset_      = surf_get_clock();
 157   idle_time_       = 0;
 158   computed_flops_  = 0;
 159   theor_max_flops_ = 0;
 160   current_flops_   = host_->pimpl_cpu->get_constraint()->get_usage();
 161   current_speed_   = host_->get_speed();
 162 }
 163 } // namespace plugin
 164 } // namespace simgrid
 165
 166 using simgrid::plugin::HostLoad;
 167
 168 /* **************************** events  callback *************************** */
 169 /* This callback is fired either when the host changes its state (on/off) or its speed
 170  * (because the user changed the pstate, or because of external trace events) */
 171 static void on_host_change(simgrid::s4u::Host const& host)
 172 {
 173   if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine const*>(&host)) // Ignore virtual machines
 174     return;
 175
 176   host.extension<HostLoad>()->update();
 177 }
 178
 179 /* **************************** Public interface *************************** */
 180
 181 /** @brief Initializes the HostLoad plugin
 182  * @details The HostLoad plugin provides an API to get the current load of each host.
 183  */
 184 void sg_host_load_plugin_init()
 185 {
 186   if (HostLoad::EXTENSION_ID.valid())
 187     return;
 188
 189   HostLoad::EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create<HostLoad>();
 190
 191   if (simgrid::s4u::Engine::is_initialized()) { // If not yet initialized, this would create a new instance
 192                                                 // which would cause seg faults...
 193     simgrid::s4u::Engine* e = simgrid::s4u::Engine::get_instance();
 194     for (auto& host : e->get_all_hosts()) {
 195       host->extension_set(new HostLoad(host));
 196     }
 197   }
 198
 199   /* When attaching a callback into a signal, you can use a lambda as follows, or a regular function as done below */
 200
 201   simgrid::s4u::Host::on_creation.connect([](simgrid::s4u::Host& host) {
 202     if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(&host)) // Ignore virtual machines
 203       return;
 204     host.extension_set(new HostLoad(&host));
 205   });
 206
 207   simgrid::kernel::activity::ExecImpl::on_creation.connect([](simgrid::kernel::activity::ExecImpl& activity) {
 208     if (activity.get_host_number() == 1) { // We only run on one host
 209       simgrid::s4u::Host* host         = activity.get_host();
 210       simgrid::s4u::VirtualMachine* vm = dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(host);
 211       if (vm != nullptr)
 212         host = vm->get_pm();
 213       xbt_assert(host != nullptr);
 214       host->extension<HostLoad>()->add_activity(&activity);
 215       host->extension<HostLoad>()->update(); // If the system was idle until now, we need to update *before*
 216                                              // this computation starts running so we can keep track of the
 217                                              // idle time. (Communication operations don't trigger this hook!)
 218     }
 219     else { // This runs on multiple hosts
 220       XBT_DEBUG("HostLoad plugin currently does not support executions on several hosts");
 221     }
 222   });
 223   simgrid::kernel::activity::ExecImpl::on_completion.connect([](simgrid::kernel::activity::ExecImpl const& activity) {
 224     if (activity.get_host_number() == 1) { // We only run on one host
 225       simgrid::s4u::Host* host         = activity.get_host();
 226       simgrid::s4u::VirtualMachine* vm = dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(host);
 227       if (vm != nullptr)
 228         host = vm->get_pm();
 229       xbt_assert(host != nullptr);
 230       host->extension<HostLoad>()->update();
 231     }
 232     else { // This runs on multiple hosts
 233       XBT_DEBUG("HostLoad plugin currently does not support executions on several hosts");
 234     }
 235   });
 236   simgrid::s4u::Host::on_state_change.connect(&on_host_change);
 237   simgrid::s4u::Host::on_speed_change.connect(&on_host_change);
 238 }
 239
 240 /** @brief Returns the current load of that host, as a ratio = achieved_flops / (core_current_speed * core_amount)
 241  *
 242  *  See simgrid::plugin::HostLoad::get_current_load() for the full documentation.
 243  */
 244 double sg_host_get_current_load(sg_host_t host)
 245 {
 246   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 247              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 248
 249   return host->extension<HostLoad>()->get_current_load();
 250 }
 251
 252 /** @brief Returns the current load of the host passed as argument
 253  *
 254  *  See also @ref plugin_load
 255  */
 256 double sg_host_get_avg_load(sg_host_t host)
 257 {
 258   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 259              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 260
 261   return host->extension<HostLoad>()->get_average_load();
 262 }
 263
 264 /** @brief Returns the time this host was idle since the last reset
 265  *
 266  *  See also @ref plugin_load
 267  */
 268 double sg_host_get_idle_time(sg_host_t host)
 269 {
 270   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 271              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 272
 273   return host->extension<HostLoad>()->get_idle_time();
 274 }
 275
 276 double sg_host_get_total_idle_time(sg_host_t host)
 277 {
 278   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 279              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 280
 281   return host->extension<HostLoad>()->get_total_idle_time();
 282 }
 283
 284 double sg_host_get_computed_flops(sg_host_t host)
 285 {
 286   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 287              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 288
 289   return host->extension<HostLoad>()->get_computed_flops();
 290 }
 291
 292 void sg_host_load_reset(sg_host_t host)
 293 {
 294   xbt_assert(HostLoad::EXTENSION_ID.valid(),
 295              "The Load plugin is not active. Please call sg_host_load_plugin_init() during initialization.");
 296
 297   host->extension<HostLoad>()->reset();
 298 }