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doc cosmetics, and cleanup the API
[simgrid.git] / docs / source / app_s4u.rst
index f9f93bb..3f3aaec 100644 (file)
@@ -1,8 +1,7 @@
 .. _S4U_doc:
 
-=================
 The S4U Interface
-=================
+#################
 
 .. raw:: html
 
@@ -21,133 +20,138 @@ with the full power of C++. This is the preferred interface to describe
 abstract algorithms in the domains of Cloud, P2P, HPC, IoT, and similar
 settings.
 
--------------
+Since v3.20 (June 2018), S4U is definitely the way to go for long-term
+projects. It is feature complete, but may still evolve slightly in the
+future releases. It can already be used to do everything that can be
+done in SimGrid, but you may have to adapt your code in future
+releases. When this happens, compiling your code will produce
+deprecation warnings for 4 releases (one year) before the removal of
+the old symbols. 
+If you want an API that will never ever evolve in the future, you
+should use the deprecated MSG API instead. 
+
 Main Concepts
--------------
+*************
 
-A typical SimGrid simulation is composed of several |Actors|_, that
+A typical SimGrid simulation is composed of several |API_s4u_Actors|_, that
 execute user-provided functions. The actors have to explicitly use the
-S4U interface to express their
-:ref:`computation <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Exec>`,
-:ref:`communication <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Comm>`,
-:ref:`disk usage <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Io>`,
-and other |Activities|_, so that they get reflected within the
-simulator. These activities take place on resources such as |Hosts|_,
-|Links|_ and |Storages|_. SimGrid predicts the time taken by each
+S4U interface to express their :ref:`computation <API_s4u_Exec>`,
+:ref:`communication <API_s4u_Comm>`, :ref:`disk usage <API_s4u_Io>`,
+and other |API_s4u_Activities|_, so that they get reflected within the
+simulator. These activities take place on resources such as |API_s4u_Hosts|_,
+|API_s4u_Links|_ and |API_s4u_Storages|_. SimGrid predicts the time taken by each
 activity and orchestrates the actors accordingly, waiting for the
 completion of these activities.
 
 
 When **communicating**, data is not directly sent to other actors but
-posted onto a |Mailbox|_ that serves as a rendez-vous point between
+posted onto a |API_s4u_Mailbox|_ that serves as a rendez-vous point between
 communicating actors. This means that you don't need to know who you
 are talking to, you just put your communication `Put` request in a
 mailbox, and it will be matched with a complementary `Get`
 request.  Alternatively, actors can interact through **classical
-synchronization mechanisms** such as |Barrier|_, |Semaphore|_,
-|Mutex|_ and |ConditionVariable|_.
+synchronization mechanisms** such as |API_s4u_Barrier|_, |API_s4u_Semaphore|_,
+|API_s4u_Mutex|_ and |API_s4u_ConditionVariable|_.
 
-Each actor is located on a simulated |Host|_. Each host is located
-itself in a |NetZone|_, that knows the networking path between one
+Each actor is located on a simulated |API_s4u_Host|_. Each host is located
+itself in a |API_s4u_NetZone|_, that knows the networking path between one
 resource to another. Each NetZone is included in another one, forming
-a tree of NetZones which root zone contains the whole platform.
+a tree of NetZones which root zone contains the whole platform. The
+actors can also be located on a |API_s4U_VirtualMachine|_ that may
+restrict the activities it contains to a limited amount of cores.
+Virtual machines can also be migrated between hosts.
 
-The :ref:`simgrid::s4u::this_actor
-<namespace_simgrid__s4u__this_actor>` namespace provides many helper
-functions to simplify the code of actors.
+The :ref:`simgrid::s4u::this_actor <API_s4u_this_actor>` namespace
+provides many helper functions to simplify the code of actors.
 
 - **Global Classes**
 
-  - :ref:`class s4u::Actor <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Actor>`:
+  - :ref:`class s4u::Actor <API_s4u_Actor>`:
     Active entities executing your application.
-  - :ref:`class s4u::Engine <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Engine>`
+  - :ref:`class s4u::Engine <API_s4u_Engine>`
     Simulation engine (singleton).
-  - :ref:`class s4u::Mailbox <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Mailbox>`
+  - :ref:`class s4u::Mailbox <API_s4u_Mailbox>`
     Communication rendez-vous.
 
 - **Platform Elements**
 
-  - :ref:`class s4u::Host <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Host>`:
+  - :ref:`class s4u::Host <API_s4u_Host>`:
     Actor location, providing computational power.
-  - :ref:`class s4u::Link <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Link>`
+  - :ref:`class s4u::Link <API_s4u_Link>`
     Interconnecting hosts.
-  - :ref:`class s4u::NetZone <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1NetZone>`:
+  - :ref:`class s4u::NetZone <API_s4u_NetZone>`:
     Sub-region of the platform, containing resources (Hosts, Links, etc).
-  - :ref:`class s4u::Storage <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Storage>`
+  - :ref:`class s4u::Storage <API_s4u_Storage>`
     Resource on which actors can write and read data.
-  - :ref:`class s4u::VirtualMachine <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1VirtualMachine>`:
+  - :ref:`class s4u::VirtualMachine <API_s4u_VirtualMachine>`:
     Execution containers that can be moved between Hosts.
 
-- **Activities** (:ref:`class s4u::Activity <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Activity>`):
+- **Activities** (:ref:`class s4u::Activity <API_s4u_Activity>`):
   The things that actors can do on resources
 
-  - :ref:`class s4u::Comm <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Comm>`
+  - :ref:`class s4u::Comm <API_s4u_Comm>`
     Communication activity, started on Mailboxes and consuming links.
-  - :ref:`class s4u::Exec <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Exec>`
+  - :ref:`class s4u::Exec <API_s4u_Exec>`
     Computation activity, started on Host and consuming CPU resources.
-  - :ref:`class s4u::Io <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Io>`
+  - :ref:`class s4u::Io <API_s4u_Io>`
     I/O activity, started on and consumming Storages.
 
 - **Synchronization Mechanisms**: Classical IPC that actors can use
 
-  - :ref:`class s4u::Barrier <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Barrier>`
-  - :ref:`class s4u::ConditionVariable <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1ConditionVariable>`
-  - :ref:`class s4u::Mutex <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Mutex>`
-  - :ref:`class s4u::Semaphore <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Semaphore>`
+  - :ref:`class s4u::Barrier <API_s4u_Barrier>`
+  - :ref:`class s4u::ConditionVariable <API_s4u_ConditionVariable>`
+  - :ref:`class s4u::Mutex <API_s4u_Mutex>`
+  - :ref:`class s4u::Semaphore <API_s4u_Semaphore>`
+
+
+.. |API_s4u_Actors| replace:: **Actors**
+.. _API_s4u_Actors: #s4u-actor
 
+.. |API_s4u_Activities| replace:: **Activities**
+.. _API_s4u_Activities: #s4u-activity
 
-.. |Actors| replace:: **Actors**
-.. _Actors: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Actor.html
+.. |API_s4u_Hosts| replace:: **Hosts**
+.. _API_s4u_Hosts: #s4u-host
 
-.. |Activities| replace:: **Activities**
-.. _Activities: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Activity.html
+.. |API_s4u_Links| replace:: **Links**
+.. _API_s4u_Links: #s4u-link
 
-.. |Hosts| replace:: **Hosts**
-.. _Hosts: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Host.html
+.. |API_s4u_Storages| replace:: **Storages**
+.. _API_s4u_Storages: #s4u-storage
 
-.. |Links| replace:: **Links**
-.. _Links: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Link.html
+.. |API_s4u_VirtualMachine| replace:: **VirtualMachines**
 
-.. |Storages| replace:: **Storages**
-.. _Storages: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Storage.html
+.. |API_s4u_Host| replace:: **Host**
 
-.. |VirtualMachines| replace:: **VirtualMachines**
-.. _VirtualMachines: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1VirtualMachine.html
+.. |API_s4u_Mailbox| replace:: **Mailbox**
 
-.. |Host| replace:: **Host**
-.. _Host: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Host.html
+.. |API_s4u_Mailboxes| replace:: **Mailboxes**
+.. _API_s4u_Mailboxes: #s4u-mailbox
 
-.. |Mailbox| replace:: **Mailbox**
-.. _Mailbox: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Mailbox.html
+.. |API_s4u_NetZone| replace:: **NetZone**
 
-.. |NetZone| replace:: **NetZone**
-.. _NetZone: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1NetZone.html
+.. |API_s4u_Barrier| replace:: **Barrier**
 
-.. |Barrier| replace:: **Barrier**
-.. _Barrier: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Barrier.html
+.. |API_s4u_Semaphore| replace:: **Semaphore**
 
-.. |ConditionVariable| replace:: **ConditionVariable**
-.. _ConditionVariable: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1ConditionVariable.html
+.. |API_s4u_ConditionVariable| replace:: **ConditionVariable**
 
-.. |Mutex| replace:: **Mutex**
-.. _Mutex: api/classsimgrid_1_1s4u_1_1Mutex.html
+.. |API_s4u_Mutex| replace:: **Mutex**
 
 .. THE EXAMPLES
 
 .. include:: ../../examples/s4u/README.rst
 
-----------
 Activities
-----------
+**********
 
 Activities represent the actions that consume a resource, such as a
-:ref:`s4u::Comm <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Comm>` that
-consumes the *transmiting power* of :ref:`s4u::Link
-<exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Link>` resources.
+:ref:`s4u::Comm <API_s4u_Comm>` that consumes the *transmiting power* of
+:ref:`s4u::Link <API_s4u_Link>` resources.
 
-.......................
+=======================
 Asynchronous Activities
-.......................
+=======================
 
 Every activity can be either **blocking** or **asynchronous**. For
 example, :cpp:func:`s4u::Mailbox::put() <simgrid::s4u::Mailbox::put>`
@@ -171,13 +175,13 @@ Finally, to wait at most until a specified time limit, use
 
 Every kind of activities can be asynchronous:
 
-  - :ref:`s4u::CommPtr <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Comm>` are created with 
+  - :ref:`s4u::CommPtr <API_s4u_Comm>` are created with 
     :cpp:func:`s4u::Mailbox::put_async() <simgrid::s4u::Mailbox::put_async>` and
     :cpp:func:`s4u::Mailbox::get_async() <simgrid::s4u::Mailbox::get_async>`.
-  - :ref:`s4u::IoPtr <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Io>` are created with 
+  - :ref:`s4u::IoPtr <API_s4u_Io>` are created with 
     :cpp:func:`s4u::Storage::read_async() <simgrid::s4u::Storage::read_async>` and
     :cpp:func:`s4u::Storage::write_async() <simgrid::s4u::Storage::write_async>`.    
-  - :ref:`s4u::ExecPtr <exhale_class_classsimgrid_1_1s4u_1_1Exec>` are created with
+  - :ref:`s4u::ExecPtr <API_s4u_Exec>` are created with
     :cpp:func:`s4u::Host::exec_async() <simgrid::s4u::Host::exec_async>`.
   - In the future, it will become possible to have asynchronous IPC
     such as asynchronous mutex lock requests.
@@ -206,12 +210,407 @@ with
    :dedent: 4
 
 
-.....................
+=====================
 Activities Life cycle
-.....................
+=====================
 
 Sometimes, you want to change the setting of an activity before it even starts. 
 
-.. todo:: fill this section
+.. todo:: write this section
+
+.. _s4u_mailbox:
+         
+Mailboxes
+*********
+
+Please also refer to the :ref:`API reference for s4u::Mailbox
+<API_s4u_Mailbox>`.
+
+===================
+What are Mailboxes?
+===================
+
+|API_s4u_Mailboxes|_ are rendez-vous points for network communications,
+similar to URLs on which you could post and retrieve data. Actually,
+the mailboxes are not involved in the communication once it starts,
+but only to find the contact with which you want to communicate.
+
+They are similar to many common things: The phone number, which allows
+the caller to find the receiver. The twitter hashtag, which help
+senders and receivers to find each others. In TCP, the pair 
+``{host name, host port}`` to which you can connect to find your peer.
+In HTTP, URLs through which the clients can connect to the servers. 
+In ZeroMQ, the queues are used to match senders and receivers.
+
+One big difference with most of these systems is that no actor is the
+exclusive owner of a mailbox, neither in sending nor in receiving.
+Many actors can send into and/or receive from the same mailbox.  TCP
+socket ports for example are shared on the sender side but exclusive
+on the receiver side (only one process can receive from a given socket
+at a given point of time).
+
+A big difference with TCP sockets or MPI communications is that
+communications do not start right away after a
+:cpp:func:`Mailbox::put() <simgrid::s4u::Mailbox::put()>`, but wait
+for the corresponding :cpp:func:`Mailbox::get() <simgrid::s4u::Mailbox::get()>`.
+You can change this by :ref:`declaring a receiving actor <s4u_receiving_actor>`.
+
+A big difference with twitter hashtags is that SimGrid does not
+offer easy support to broadcast a given message to many
+receivers. So that would be like a twitter tag where each message
+is consumed by the first receiver.
+
+A big difference with the ZeroMQ queues is that you cannot filter
+on the data you want to get from the mailbox. To model such settings
+in SimGrid, you'd have one mailbox per potential topic, and subscribe
+to each topic individually with a 
+:cpp:func:`get_async() <simgrid::s4u::Mailbox::get_async()>` on each mailbox.
+Then, use :cpp:func:`Comm::wait_any() <simgrid::s4u::Comm::wait_any()>` 
+to get the first message on any of the mailbox you are subscribed onto.
+
+The mailboxes are not located on the network, and you can access
+them without any latency. The network delay are only related to the
+location of the sender and receiver once the match between them is
+done on the mailbox. This is just like the phone number that you
+can use locally, and the geographical distance only comes into play
+once you start the communication by dialing this number.
+
+=====================
+How to use Mailboxes?
+=====================
+
+You can retrieve any existing mailbox from its name (which is a
+unique string, just like a twitter tag). This results in a
+versatile mechanism that can be used to build many different
+situations.
+
+To model classical socket communications, use "hostname:port" as
+mailbox names, and make sure that only one actor reads into a given
+mailbox. This does not make it easy to build a perfectly realistic
+model of the TCP sockets, but in most cases, this system is too
+cumbersome for your simulations anyway. You probably want something
+simpler, that turns our to be easy to build with the mailboxes.
+
+Many SimGrid examples use a sort of yellow page system where the
+mailbox names are the name of the service (such as "worker",
+"master" or "reducer"). That way, you don't have to know where your
+peer is located to contact it. You don't even need its name. Its
+function is enough for that. This also gives you some sort of load
+balancing for free if more than one actor pulls from the mailbox:
+the first actor that can deal with the request will handle it.
+
+=========================================
+How are put() and get() requests matched?
+=========================================
+
+The matching algorithm simple: first come, first serve. When a new
+send arrives, it matches the oldest enqueued receive. If no receive is
+currently enqueued, then the incoming send is enqueued. As you can
+see, the mailbox cannot contain both send and receive requests: all
+enqueued requests must be of the same sort.
+
+.. _s4u_receiving_actor:
+
+===========================
+Declaring a Receiving Actor
+===========================
+
+The last twist is that by default in the simulator, the data starts
+to be exchanged only when both the sender and the receiver are
+announced (it waits until both :cpp:func:`put() <simgrid::s4u::Mailbox::put()>`
+and :cpp:func:`get() <simgrid::s4u::Mailbox::get()>` are posted). 
+In TCP, since you establish connexions beforehand, the data starts to
+flow as soon as the sender posts it, even if the receiver did not post
+its :cpp:func:`recv() <simgrid::s4u::Mailbox::recv()>` yet. 
+
+To model this in SimGrid, you can declare a specific receiver to a
+given mailbox (with the function 
+:cpp:func:`set_receiver() <simgrid::s4u::Mailbox::set_receiver()>`). 
+That way, any :cpp:func:`put() <simgrid::s4u::Mailbox::put()>`
+posted to that mailbox will start as soon as possible, and the data
+will already be there on the receiver host when the receiver actor
+posts its :cpp:func:`get() <simgrid::s4u::Mailbox::get()>`
+
+Note that being permanent receivers of a mailbox prevents actors to be
+garbage-collected. If your simulation creates many short-lived actors
+that marked as permanent receiver, you should call
+``mailbox->set_receiver(nullptr)`` by the end of the actors so that their
+memory gets properly reclaimed. This call should be at the end of the
+actor's function, not in a on_exit callback.
+
+Memory Management
+*****************
+
+For sake of simplicity, we use `RAII
+<https://en.wikipedia.org/wiki/Resource_Acquisition_Is_Initialization>`_
+everywhere in S4U. This is an idiom where resources are automatically
+managed through the context. Provided that you never manipulate
+objects of type Foo directly but always FooPtr references (which are
+defined as `boost::intrusive_ptr
+<http://www.boost.org/doc/libs/1_61_0/libs/smart_ptr/intrusive_ptr.html>`_
+<Foo>), you will never have to explicitely release the resource that
+you use nor to free the memory of unused objects.
+
+Here is a little example:
+
+.. code-block:: cpp
+
+   void myFunc() 
+   {
+     simgrid::s4u::MutexPtr mutex = simgrid::s4u::Mutex::create(); // Too bad we cannot use `new`
+
+     mutex->lock();   // use the mutex as a simple reference
+     //  bla bla
+     mutex->unlock(); 
+  
+   } // The mutex gets automatically freed because the only existing reference gets out of scope
+
+C++ API Reference
+*****************
+
+.. _API_s4u_this_actor:
+
+=========================
+namespace s4u::this_actor
+=========================
+
+.. doxygennamespace:: simgrid::s4u::this_actor
+.. _API_s4u_Activity:
+
+=============
+s4u::Activity
+=============
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Activity
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Actor:
+
+==========
+s4u::Actor
+==========
+
+.. doxygentypedef:: ActorPtr
+
+.. doxygentypedef:: aid_t
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Actor
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Barrier:
+
+============
+s4u::Barrier
+============
+
+.. doxygentypedef:: BarrierPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Barrier
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Comm:
+
+=========
+s4u::Comm
+=========
+
+.. doxygentypedef:: CommPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Comm
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_ConditionVariable:
+
+======================
+s4u::ConditionVariable
+======================
+
+.. doxygentypedef:: ConditionVariablePtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::ConditionVariable
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Engine:
+
+===========
+s4u::Engine
+===========
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Engine
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Exec:
+
+=========
+s4u::Exec
+=========
+
+.. doxygentypedef:: ExecPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Exec
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Host:
+
+=========
+s4u::Host
+=========
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Host
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Io:
+
+=======
+s4u::Io
+=======
+
+.. doxygentypedef:: IoPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Io
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Link:
+
+=========
+s4u::Link
+=========
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Link
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Mailbox:
+
+============
+s4u::Mailbox
+============
+
+Please also refer to the :ref:`full doc on s4u::Mailbox <s4u_mailbox>`.
+
+.. doxygentypedef:: MailboxPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Mailbox
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Mutex:
+
+==========
+s4u::Mutex
+==========
+
+.. doxygentypedef:: MutexPtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Mutex
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_NetZone:
+
+============
+s4u::NetZone
+============
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::NetZone
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Semaphore:
+
+==============
+s4u::Semaphore
+==============
+
+.. doxygentypedef:: SemaphorePtr
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Semaphore
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_Storage:
+
+============
+s4u::Storage
+============
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::Storage
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+.. _API_s4u_VirtualMachine:
+
+===================
+s4u::VirtualMachine
+===================
+
+.. doxygenclass:: simgrid::s4u::VirtualMachine
+   :members:
+   :protected-members:
+   :undoc-members:
+
+
+Python API Reference
+********************
+
+The Python API is generated with pybind11. It closely mimicks the C++
+API, to which you should refer for more information.
+
+==========
+this_actor
+==========
+
+.. automodule:: simgrid.this_actor
+   :members:
+
+===========
+Class Actor
+===========
+
+.. autoclass:: simgrid.Actor
+   :members:
+
+============
+Class Engine
+============
+
+.. autoclass:: simgrid.Engine
+   :members:
+
+==========
+Class Host
+==========
+
+.. autoclass:: simgrid.Host
+   :members:
 
+=============
+Class Mailbox
+=============
 
+.. autoclass:: simgrid.Mailbox
+   :members: