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fix ns3
[simgrid.git] / src / surf / network_ns3.cpp
index b2a1877..be6a65d 100644 (file)
@@ -17,6 +17,8 @@
 #include <ns3/ipv4-address-helper.h>
 #include <ns3/packet-sink-helper.h>
 #include <ns3/point-to-point-helper.h>
+#include <ns3/application-container.h>
+#include <ns3/event-id.h>
 
 #include "network_ns3.hpp"
 #include "ns3/ns3_simulator.hpp"
@@ -30,7 +32,7 @@
 #include "src/surf/xml/platf_private.hpp"
 #include "surf/surf.hpp"
 
-XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(ns3, surf, "Logging specific to the SURF network NS3 module");
+XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(ns3, surf, "Logging specific to the SURF network ns-3 module");
 
 std::vector<std::string> IPV4addr;
 
@@ -39,6 +41,7 @@ std::vector<std::string> IPV4addr;
  *****************/
 
 extern std::map<std::string, SgFlow*> flow_from_sock;
+extern std::map<std::string, ns3::ApplicationContainer> sink_from_sock;
 
 static ns3::InternetStackHelper stack;
 static ns3::NodeContainer nodes;
@@ -52,9 +55,8 @@ static int number_of_networks = 1;
 
 simgrid::xbt::Extension<simgrid::kernel::routing::NetPoint, NetPointNs3> NetPointNs3::EXTENSION_ID;
 
-NetPointNs3::NetPointNs3()
+NetPointNs3::NetPointNs3() : ns3_node_(ns3::CreateObject<ns3::Node>(0))
 {
-  ns3_node_ = ns3::CreateObject<ns3::Node>(0);
   stack.Install(ns3_node_);
   nodes.Add(ns3_node_);
   node_num = number_of_nodes++;
@@ -64,35 +66,35 @@ NetPointNs3::NetPointNs3()
  * Callbacks *
  *************/
 
-static void clusterCreation_cb(simgrid::kernel::routing::ClusterCreationArgs* cluster)
+static void clusterCreation_cb(simgrid::kernel::routing::ClusterCreationArgs const& cluster)
 {
-  for (int const& i : *cluster->radicals) {
+  for (int const& i : *cluster.radicals) {
     // Routers don't create a router on the other end of the private link by themselves.
     // We just need this router to be given an ID so we create a temporary NetPointNS3 so that it gets one
-    NetPointNs3* host_dst = new NetPointNs3();
+    auto* host_dst = new NetPointNs3();
 
     // Create private link
-    std::string host_id   = cluster->prefix + std::to_string(i) + cluster->suffix;
-    NetPointNs3* host_src = sg_host_by_name(host_id.c_str())->pimpl_netpoint->extension<NetPointNs3>();
-    xbt_assert(host_src, "Cannot find a NS3 host of name %s", host_id.c_str());
+    std::string host_id = cluster.prefix + std::to_string(i) + cluster.suffix;
+    auto* host_src      = simgrid::s4u::Host::by_name(host_id)->get_netpoint()->extension<NetPointNs3>();
+    xbt_assert(host_src, "Cannot find a ns-3 host of name %s", host_id.c_str());
 
-    // Any NS3 route is symmetrical
-    ns3_add_link(host_src, host_dst, cluster->bw, cluster->lat);
+    // Any ns-3 route is symmetrical
+    ns3_add_link(host_src, host_dst, cluster.bw, cluster.lat);
 
     delete host_dst;
   }
 
   //Create link backbone
-  ns3_add_cluster(cluster->id.c_str(), cluster->bb_bw, cluster->bb_lat);
+  ns3_add_cluster(cluster.id.c_str(), cluster.bb_bw, cluster.bb_lat);
 }
 
 static void routeCreation_cb(bool symmetrical, simgrid::kernel::routing::NetPoint* src,
                              simgrid::kernel::routing::NetPoint* dst, simgrid::kernel::routing::NetPoint* gw_src,
                              simgrid::kernel::routing::NetPoint* gw_dst,
-                             std::vector<simgrid::kernel::resource::LinkImpl*>& link_list)
+                             std::vector<simgrid::kernel::resource::LinkImpl*> const& link_list)
 {
   if (link_list.size() == 1) {
-    simgrid::kernel::resource::LinkNS3* link = static_cast<simgrid::kernel::resource::LinkNS3*>(link_list[0]);
+    auto* link = static_cast<simgrid::kernel::resource::LinkNS3*>(link_list[0]);
 
     XBT_DEBUG("Route from '%s' to '%s' with link '%s' %s", src->get_cname(), dst->get_cname(), link->get_cname(),
               (symmetrical ? "(symmetrical)" : "(not symmetrical)"));
@@ -101,18 +103,18 @@ static void routeCreation_cb(bool symmetrical, simgrid::kernel::routing::NetPoin
     XBT_DEBUG("\tLink (%s) bw:%fbps lat:%fs", link->get_cname(), link->get_bandwidth(), link->get_latency());
 
     // create link ns3
-    NetPointNs3* host_src = src->extension<NetPointNs3>();
-    NetPointNs3* host_dst = dst->extension<NetPointNs3>();
+    auto* host_src = src->extension<NetPointNs3>();
+    auto* host_dst = dst->extension<NetPointNs3>();
 
-    xbt_assert(host_src != nullptr, "Network element %s does not seem to be NS3-ready", src->get_cname());
-    xbt_assert(host_dst != nullptr, "Network element %s does not seem to be NS3-ready", dst->get_cname());
+    xbt_assert(host_src != nullptr, "Network element %s does not seem to be ns-3-ready", src->get_cname());
+    xbt_assert(host_dst != nullptr, "Network element %s does not seem to be ns-3-ready", dst->get_cname());
 
     ns3_add_link(host_src, host_dst, link->get_bandwidth(), link->get_latency());
   } else {
     static bool warned_about_long_routes = false;
 
     if (not warned_about_long_routes)
-      XBT_WARN("Ignoring a route between %s and %s of length %zu: Only routes of length 1 are considered with NS3.\n"
+      XBT_WARN("Ignoring a route between %s and %s of length %zu: Only routes of length 1 are considered with ns-3.\n"
                "WARNING: You can ignore this warning if your hosts can still communicate when only considering routes "
                "of length 1.\n"
                "WARNING: Remove long routes to avoid this harmless message; subsequent long routes will be silently "
@@ -142,7 +144,7 @@ void surf_network_model_init_NS3()
 }
 
 static simgrid::config::Flag<std::string>
-    ns3_tcp_model("ns3/TcpModel", "The ns3 tcp model can be : NewReno or Reno or Tahoe", "default");
+    ns3_tcp_model("ns3/TcpModel", "The ns-3 tcp model can be : NewReno or Reno or Tahoe", "default");
 
 namespace simgrid {
 namespace kernel {
@@ -151,53 +153,65 @@ namespace resource {
 NetworkNS3Model::NetworkNS3Model() : NetworkModel(Model::UpdateAlgo::FULL)
 {
   xbt_assert(not sg_link_energy_is_inited(),
-             "LinkEnergy plugin and NS3 network models are not compatible. Are you looking for Ecofen, maybe?");
+             "LinkEnergy plugin and ns-3 network models are not compatible. Are you looking for Ecofen, maybe?");
 
   all_existing_models.push_back(this);
 
-  NetPointNs3::EXTENSION_ID = simgrid::kernel::routing::NetPoint::extension_create<NetPointNs3>();
+  NetPointNs3::EXTENSION_ID = routing::NetPoint::extension_create<NetPointNs3>();
 
-  ns3_initialize(ns3_tcp_model.get().c_str());
+  ns3_initialize(ns3_tcp_model.get());
 
-  simgrid::kernel::routing::NetPoint::on_creation.connect([](simgrid::kernel::routing::NetPoint* pt) {
-    pt->extension_set<NetPointNs3>(new NetPointNs3());
-    XBT_VERB("SimGrid's %s is known as node %d within NS3", pt->get_cname(), pt->extension<NetPointNs3>()->node_num);
+  routing::NetPoint::on_creation.connect([](routing::NetPoint& pt) {
+    pt.extension_set<NetPointNs3>(new NetPointNs3());
+    XBT_VERB("SimGrid's %s is known as node %d within ns-3", pt.get_cname(), pt.extension<NetPointNs3>()->node_num);
   });
-  simgrid::surf::on_cluster.connect(&clusterCreation_cb);
+  surf::on_cluster.connect(&clusterCreation_cb);
 
-  simgrid::s4u::on_platform_created.connect(&postparse_cb);
-  simgrid::s4u::NetZone::on_route_creation.connect(&routeCreation_cb);
+  s4u::Engine::on_platform_created.connect(&postparse_cb);
+  s4u::NetZone::on_route_creation.connect(&routeCreation_cb);
 }
 
 NetworkNS3Model::~NetworkNS3Model() {
   IPV4addr.clear();
 }
 
-LinkImpl* NetworkNS3Model::create_link(const std::string& name, double bandwidth, double latency,
-                                       s4u::Link::SharingPolicy policy)
+LinkImpl* NetworkNS3Model::create_link(const std::string& name, const std::vector<double>& bandwidths, double latency,
+                                       s4u::Link::SharingPolicy)
 {
-  return new LinkNS3(this, name, bandwidth, latency);
+  xbt_assert(bandwidths.size() == 1, "ns-3 links must use only 1 bandwidth.");
+  return new LinkNS3(this, name, bandwidths[0], latency);
 }
 
-kernel::resource::Action* NetworkNS3Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
+Action* NetworkNS3Model::communicate(s4u::Host* src, s4u::Host* dst, double size, double rate)
 {
+  xbt_assert(rate == -1,
+             "Communication over ns-3 links cannot specify a specific rate. Please use -1 as a value instead of %f.",
+             rate);
   return new NetworkNS3Action(this, size, src, dst);
 }
 
-double NetworkNS3Model::next_occuring_event(double now)
+double NetworkNS3Model::next_occurring_event(double now)
 {
-  double time_to_next_flow_completion;
-  XBT_DEBUG("ns3_next_occuring_event");
+  double time_to_next_flow_completion = 0.0;
+  XBT_DEBUG("ns3_next_occurring_event");
 
   //get the first relevant value from the running_actions list
-  if (not get_started_action_set()->size() || now == 0.0)
+
+  // If there is no comms in NS-3, then we do not move it forward.
+  // We will synchronize NS-3 with SimGrid when starting a new communication.
+  // (see NetworkNS3Action::NetworkNS3Action() for more details on this point)
+  if (get_started_action_set()->empty() || now == 0.0)
     return -1.0;
-  else
-    do {
-      ns3_simulator(now);
-      time_to_next_flow_completion = ns3::Simulator::Now().GetSeconds() - surf_get_clock();
-    } while(double_equals(time_to_next_flow_completion, 0, sg_surf_precision));
 
+  XBT_DEBUG("doing a ns3 simulation for a duration of %f", now);
+  ns3_simulator(now);  
+  time_to_next_flow_completion = ns3::Simulator::Now().GetSeconds() - surf_get_clock();
+  // NS-3 stops as soon as a flow ends,
+  // but it does not process the other flows that may finish at the same (simulated) time.
+  // If another flow ends at the same time, time_to_next_flow_completion = 0
+  if(double_equals(time_to_next_flow_completion, 0, sg_surf_precision))
+    time_to_next_flow_completion = 0.0; 
   XBT_DEBUG("min       : %f", now);
   XBT_DEBUG("ns3  time : %f", ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
   XBT_DEBUG("surf time : %f", surf_get_clock());
@@ -210,22 +224,19 @@ void NetworkNS3Model::update_actions_state(double now, double delta)
 {
   static std::vector<std::string> socket_to_destroy;
 
-  /* If there are no running flows, advance the NS3 simulator and return */
-  if (get_started_action_set()->empty()) {
-
-    while(double_positive(now - ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), sg_surf_precision))
-      ns3_simulator(now-ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
-
-    return;
-  }
-
   std::string ns3_socket;
-  for (auto elm : flow_from_sock) {
+  for (const auto& elm : flow_from_sock) {
     ns3_socket                = elm.first;
     SgFlow* sgFlow            = elm.second;
     NetworkNS3Action * action = sgFlow->action_;
     XBT_DEBUG("Processing socket %p (action %p)",sgFlow,action);
-    action->set_remains(action->get_cost() - sgFlow->sent_bytes_);
+    // Because NS3 stops as soon as a flow is finished, the other flows that ends at the same time may remains in an
+    // inconsistent state (i.e. remains_ == 0 but finished_ == false).
+    // However, SimGrid considers sometimes that an action with remains_ == 0 is finished.
+    // Thus, to avoid inconsistencies between SimGrid and NS3, set remains to 0 only when the flow is finished in NS3
+    int remains = action->get_cost() - sgFlow->sent_bytes_;
+    if(remains > 0)
+      action->set_remains(remains);
 
     if (TRACE_is_enabled() && action->get_state() == kernel::resource::Action::State::STARTED) {
       double data_delta_sent = sgFlow->sent_bytes_ - action->last_sent_;
@@ -243,6 +254,7 @@ void NetworkNS3Model::update_actions_state(double now, double delta)
     if(sgFlow->finished_){
       socket_to_destroy.push_back(ns3_socket);
       XBT_DEBUG("Destroy socket %p of action %p", ns3_socket.c_str(), action);
+      action->set_remains(0);
       action->finish(kernel::resource::Action::State::FINISHED);
     } else {
       XBT_DEBUG("Socket %p sent %u bytes out of %u (%u remaining)", ns3_socket.c_str(), sgFlow->sent_bytes_,
@@ -259,6 +271,7 @@ void NetworkNS3Model::update_actions_state(double now, double delta)
     }
     delete flow;
     flow_from_sock.erase(ns3_socket);
+    sink_from_sock.erase(ns3_socket);
   }
 }
 
@@ -277,58 +290,72 @@ LinkNS3::LinkNS3(NetworkNS3Model* model, const std::string& name, double bandwid
 
 LinkNS3::~LinkNS3() = default;
 
-void LinkNS3::apply_event(profile::Event* event, double value)
+void LinkNS3::apply_event(profile::Event*, double)
 {
   THROW_UNIMPLEMENTED;
 }
-void LinkNS3::set_bandwidth_trace(profile::Profile* profile)
+void LinkNS3::set_bandwidth_profile(profile::Profile*)
 {
-  xbt_die("The NS3 network model doesn't support bandwidth traces");
+  xbt_die("The ns-3 network model doesn't support bandwidth profiles");
 }
-void LinkNS3::set_latency_trace(profile::Profile* profile)
+void LinkNS3::set_latency_profile(profile::Profile*)
 {
-  xbt_die("The NS3 network model doesn't support latency traces");
+  xbt_die("The ns-3 network model doesn't support latency profiles");
 }
 
 /**********
  * Action *
  **********/
 
-NetworkNS3Action::NetworkNS3Action(kernel::resource::Model* model, double totalBytes, s4u::Host* src, s4u::Host* dst)
+NetworkNS3Action::NetworkNS3Action(Model* model, double totalBytes, s4u::Host* src, s4u::Host* dst)
     : NetworkAction(model, totalBytes, false), src_(src), dst_(dst)
 {
+  
+  // If there is no other started actions, we need to move NS-3 forward to be sync with SimGrid
+  if (model->get_started_action_set()->size()==1){
+    while(double_positive(surf_get_clock() - ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), sg_surf_precision)){
+      XBT_DEBUG("Synchronizing NS-3 (time %f) with SimGrid (time %f)", ns3::Simulator::Now().GetSeconds(), surf_get_clock());
+      ns3_simulator(surf_get_clock() - ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
+    }
+  }
+
   XBT_DEBUG("Communicate from %s to %s", src->get_cname(), dst->get_cname());
 
   static int port_number = 1025; // Port number is limited from 1025 to 65 000
 
-  unsigned int node1 = src->pimpl_netpoint->extension<NetPointNs3>()->node_num;
-  unsigned int node2 = dst->pimpl_netpoint->extension<NetPointNs3>()->node_num;
+  unsigned int node1 = src->get_netpoint()->extension<NetPointNs3>()->node_num;
+  unsigned int node2 = dst->get_netpoint()->extension<NetPointNs3>()->node_num;
 
-  ns3::Ptr<ns3::Node> src_node = src->pimpl_netpoint->extension<NetPointNs3>()->ns3_node_;
-  ns3::Ptr<ns3::Node> dst_node = dst->pimpl_netpoint->extension<NetPointNs3>()->ns3_node_;
+  ns3::Ptr<ns3::Node> src_node = src->get_netpoint()->extension<NetPointNs3>()->ns3_node_;
+  ns3::Ptr<ns3::Node> dst_node = dst->get_netpoint()->extension<NetPointNs3>()->ns3_node_;
 
-  xbt_assert(node2 < IPV4addr.size(), "Element %s is unknown to NS3. Is it connected to any one-hop link?",
-             dst->pimpl_netpoint->get_cname());
+  xbt_assert(node2 < IPV4addr.size(), "Element %s is unknown to ns-3. Is it connected to any one-hop link?",
+             dst->get_netpoint()->get_cname());
   std::string& addr = IPV4addr[node2];
-  xbt_assert(not addr.empty(), "Element %s is unknown to NS3. Is it connected to any one-hop link?",
-             dst->pimpl_netpoint->get_cname());
+  xbt_assert(not addr.empty(), "Element %s is unknown to ns-3. Is it connected to any one-hop link?",
+             dst->get_netpoint()->get_cname());
 
   XBT_DEBUG("ns3: Create flow of %.0f Bytes from %u to %u with Interface %s", totalBytes, node1, node2, addr.c_str());
   ns3::PacketSinkHelper sink("ns3::TcpSocketFactory", ns3::InetSocketAddress(ns3::Ipv4Address::GetAny(), port_number));
-  sink.Install(dst_node);
+  ns3::ApplicationContainer apps = sink.Install(dst_node);
 
   ns3::Ptr<ns3::Socket> sock = ns3::Socket::CreateSocket(src_node, ns3::TcpSocketFactory::GetTypeId());
 
   flow_from_sock.insert({transform_socket_ptr(sock), new SgFlow(totalBytes, this)});
+  sink_from_sock.insert({transform_socket_ptr(sock), apps});
 
   sock->Bind(ns3::InetSocketAddress(port_number));
 
   ns3::Simulator::ScheduleNow(&start_flow, sock, addr.c_str(), port_number);
 
   port_number++;
+  if(port_number > 65000){
+    port_number = 1025;
+    XBT_WARN("Too many connections! Port number is saturated. Trying to use the oldest ports.");
+  }
   xbt_assert(port_number <= 65000, "Too many connections! Port number is saturated.");
 
-  s4u::Link::on_communicate(this, src, dst);
+  s4u::Link::on_communicate(*this, src, dst);
 }
 
 void NetworkNS3Action::suspend() {
@@ -339,7 +366,7 @@ void NetworkNS3Action::resume() {
   THROW_UNIMPLEMENTED;
 }
 
-std::list<LinkImpl*> NetworkNS3Action::links()
+std::list<LinkImpl*> NetworkNS3Action::links() const
 {
   THROW_UNIMPLEMENTED;
 }
@@ -349,19 +376,24 @@ void NetworkNS3Action::update_remains_lazy(double /*now*/)
 }
 
 } // namespace resource
-}
-}
+} // namespace kernel
+} // namespace simgrid
 
 void ns3_simulator(double maxSeconds)
 {
+  ns3::EventId id; 
   if (maxSeconds > 0.0) // If there is a maximum amount of time to run
-    ns3::Simulator::Stop(ns3::Seconds(maxSeconds));
+    id = ns3::Simulator::Schedule(ns3::Seconds(maxSeconds), &ns3::Simulator::Stop);
+
   XBT_DEBUG("Start simulator for at most %fs (current time: %f)", maxSeconds, surf_get_clock());
   ns3::Simulator::Run ();
-}
+  XBT_DEBUG("Simulator stopped at %fs", ns3::Simulator::Now().GetSeconds());
 
+  if(maxSeconds > 0.0)
+    id.Cancel();
+}
 
-// initialize the NS3 interface and environment
+// initialize the ns-3 interface and environment
 void ns3_initialize(std::string TcpProtocol)
 {
   //  tcpModel are:
@@ -405,9 +437,9 @@ void ns3_add_cluster(const char* id, double bw, double lat) {
   XBT_DEBUG("Add router %u to cluster", nodes.GetN() - Nodes.GetN() - 1);
   Nodes.Add(nodes.Get(nodes.GetN()-Nodes.GetN()-1));
 
-  xbt_assert(Nodes.GetN() <= 65000, "Cluster with NS3 is limited to 65000 nodes");
+  xbt_assert(Nodes.GetN() <= 65000, "Cluster with ns-3 is limited to 65000 nodes");
   ns3::CsmaHelper csma;
-  csma.SetChannelAttribute("DataRate", ns3::DataRateValue(ns3::DataRate(bw * 8))); // NS3 takes bps, but we provide Bps
+  csma.SetChannelAttribute("DataRate", ns3::DataRateValue(ns3::DataRate(bw * 8))); // ns-3 takes bps, but we provide Bps
   csma.SetChannelAttribute("Delay", ns3::TimeValue(ns3::Seconds(lat)));
   ns3::NetDeviceContainer devices = csma.Install(Nodes);
   XBT_DEBUG("Create CSMA");
@@ -448,7 +480,7 @@ void ns3_add_link(NetPointNs3* src, NetPointNs3* dst, double bw, double lat) {
 
   XBT_DEBUG("\tAdd PTP from %d to %d bw:'%f Bps' lat:'%fs'", srcNum, dstNum, bw, lat);
   pointToPoint.SetDeviceAttribute("DataRate",
-                                  ns3::DataRateValue(ns3::DataRate(bw * 8))); // NS3 takes bps, but we provide Bps
+                                  ns3::DataRateValue(ns3::DataRate(bw * 8))); // ns-3 takes bps, but we provide Bps
   pointToPoint.SetChannelAttribute("Delay", ns3::TimeValue(ns3::Seconds(lat)));
 
   ns3::NetDeviceContainer netA;