Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Use 'console' syntax highlighting for shell typescripts.
[simgrid.git] / docs / source / Tutorial_MPI_Applications.rst
index 17eec10..310389d 100644 (file)
@@ -3,11 +3,6 @@
 Simulating MPI Applications
 ===========================
 
-.. warning:: This document is still in early stage. You can try to
-   take this tutorial, but should not be surprised if things fall short.
-   It will be completed for the next release, v3.22, released by the end
-   of 2018.
-
 Discover SMPI
 -------------
 
@@ -15,14 +10,14 @@ SimGrid can not only :ref:`simulate algorithms <usecase_simalgo>`, but
 it can also be used to execute real MPI applications on top of
 virtual, simulated platforms with the SMPI module. Even complex
 C/C++/F77/F90 applications should run out of the box in this
-environment. In fact, almost all proxy apps provided by the `ExaScale
+environment. Almost all proxy apps provided by the `ExaScale
 Project <https://proxyapps.exascaleproject.org/>`_ only require minor
 modifications to `run on top of SMPI
-<https://github.com/simgrid/SMPI-proxy-apps/>`_.
+<https://framagit.org/simgrid/SMPI-proxy-apps>`_.
 
-This setting permits to debug your MPI applications in a perfectly
-reproducible setup, with no Heisenbugs. Enjoy the full Clairevoyance
-provided by the simulator while running what-if analysis on platforms
+This setting permits one to debug your MPI applications in a perfectly
+reproducible setup, with no Heisenbugs. Enjoy the full Clairvoyance
+provided by the simulator while running what-if analyses on platforms
 that are still to be built! Several `production-grade MPI applications
 <https://framagit.org/simgrid/SMPI-proxy-apps#full-scale-applications>`_
 use SimGrid for their integration and performance testing.
@@ -46,7 +41,7 @@ How does it work?
 
 In SMPI, communications are simulated while computations are
 emulated. This means that while computations occur as they would in
-the real systems, communication calls are intercepted and achived by
+the real systems, communication calls are intercepted and achieved by
 the simulator.
 
 To start using SMPI, you just need to compile your application with
@@ -62,19 +57,19 @@ global variables, because ``smpirun`` loads one application instance
 per MPI rank as if it was another dynamic library. Then, MPI
 communication calls are implemented using SimGrid: data is exchanged
 through memory copy, while the simulator's performance models are used
-to predict the time taken by each communications. Any computations
-occuring between two MPI calls are benchmarked, and the corresponding
+to predict the time taken by each communication. Any computations
+occurring between two MPI calls are benchmarked, and the corresponding
 time is reported into the simulator.
 
 .. image:: /tuto_smpi/img/big-picture.svg
-   :align: center         
+   :align: center
 
 Describing Your Platform
 ------------------------
 
-As a SMPI user, you are supposed to provide a description of your
-simulated platform, that is mostly a set of simulated hosts and network
-links with some performance characteristics. SimGrid provides plenty
+As an SMPI user, you are supposed to provide a description of your
+simulated platform, which is mostly a set of simulated hosts and network
+links with some performance characteristics. SimGrid provides plenty
 of :ref:`documentation <platform>` and examples (in the
 `examples/platforms <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/platforms>`_
 source directory), and this section only shows a small set of introductory
@@ -86,39 +81,48 @@ examples.
 Simple Example with 3 hosts
 ...........................
 
-At the most basic level, you can describe your simulated platform as a
-graph of hosts and network links. For instance:
+Imagine you want to describe a little platform with three hosts,
+interconnected as follows:
 
 .. image:: /tuto_smpi/3hosts.png
    :align: center
 
+This can be done with the following platform file, which considers the
+simulated platform as a graph of hosts and network links.
+
 .. literalinclude:: /tuto_smpi/3hosts.xml
    :language: xml
 
-Note the way in which hosts, links, and routes are defined in
-this XML. All hosts are defined with a speed (in Gflops), and links
-with a latency (in us) and bandwidth (in MBytes per second). Other
-units are possible and written as expected. Routes specify the list of
-links encountered from one route to another. Routes are symmetrical by
-default.
+The elements basic elements (with :ref:`pf_tag_host` and
+:ref:`pf_tag_link`) are described first, and then the routes between
+any pair of hosts are explicitly given with :ref:`pf_tag_route`. 
+
+Any host must be given a computational speed in flops while links must
+be given a latency and a bandwidth. You can write 1Gf for
+1,000,000,000 flops (full list of units in the reference guide of 
+:ref:`pf_tag_host` and :ref:`pf_tag_link`). 
+
+Routes defined with :ref:`pf_tag_route` are symmetrical by default,
+meaning that the list of traversed links from A to B is the same as
+from B to A. Explicitly define non-symmetrical routes if you prefer.
 
 Cluster with a Crossbar
 .......................
 
 A very common parallel computing platform is a homogeneous cluster in
 which hosts are interconnected via a crossbar switch with as many
-ports as hosts, so that any disjoint pairs of hosts can communicate
+ports as hosts so that any disjoint pairs of hosts can communicate
 concurrently at full speed. For instance:
 
 .. literalinclude:: ../../examples/platforms/cluster_crossbar.xml
    :language: xml
    :lines: 1-3,18-
 
-One specifies a name prefix and suffix for each host, and then give an
-integer range. In the example the cluster contains 65535 hosts (!),
+One specifies a name prefix and suffix for each host and then gives an
+integer range. In the example, the cluster contains 65535 hosts (!),
 named ``node-0.simgrid.org`` to ``node-65534.simgrid.org``. All hosts
 have the same power (1 Gflop/sec) and are connected to the switch via
-links with same bandwidth (125 MBytes/sec) and latency (50
+links with the same bandwidth (125 MBytes/sec) and latency (50
 microseconds).
 
 .. todo::
@@ -130,7 +134,7 @@ Cluster with a Shared Backbone
 
 Another popular model for a parallel platform is that of a set of
 homogeneous hosts connected to a shared communication medium, a
-backbone, with some finite bandwidth capacity and on which
+backbone, with some finite bandwidth capacity, and on which
 communicating host pairs can experience contention. For instance:
 
 
@@ -143,9 +147,9 @@ and ``bb_lat`` attributes that specify the backbone characteristics
 (here, a 500 microseconds latency and a 2.25 GByte/sec
 bandwidth). This link is used for every communication within the
 cluster. The route from ``node-0.simgrid.org`` to ``node-1.simgrid.org``
-counts 3 links: the private link of ``node-0.simgrid.org``, the backbone
+counts 3 links: the private link of ``node-0.simgrid.org``, the backbone,
 and the private link of ``node-1.simgrid.org``.
-          
+
 .. todo::
 
    Add the picture.
@@ -157,7 +161,7 @@ Many HPC facilities use torus clusters to reduce sharing and
 performance loss on concurrent internal communications. Modeling this
 in SimGrid is very easy. Simply add a ``topology="TORUS"`` attribute
 to your cluster. Configure it with the ``topo_parameters="X,Y,Z"``
-attribute, where ``X``, ``Y`` and ``Z`` are the dimension of your
+attribute, where ``X``, ``Y``, and ``Z`` are the dimensions of your
 torus.
 
 .. image:: ../../examples/platforms/cluster_torus.svg
@@ -169,7 +173,7 @@ torus.
 Note that in this example, we used ``loopback_bw`` and
 ``loopback_lat`` to specify the characteristics of the loopback link
 of each node (i.e., the link allowing each node to communicate with
-itself). We could have done so in previous example too. When no
+itself). We could have done so in the previous example too. When no
 loopback is given, the communication from a node to itself is handled
 as if it were two distinct nodes: it goes twice through the private
 link and through the backbone (if any).
@@ -177,28 +181,28 @@ link and through the backbone (if any).
 Fat-Tree Cluster
 ................
 
-This topology was introduced to reduce the amount of links in the
+This topology was introduced to reduce the number of links in the
 cluster (and thus reduce its price) while maintaining a high bisection
 bandwidth and a relatively low diameter. To model this in SimGrid,
 pass a ``topology="FAT_TREE"`` attribute to your cluster. The
 ``topo_parameters=#levels;#downlinks;#uplinks;link count`` follows the
-semantic introduced in the `Figure 1B of this article
+semantic introduced in `Figure 1B of this article
 <http://webee.eedev.technion.ac.il/wp-content/uploads/2014/08/publication_574.pdf>`_.
 
 Here is the meaning of this example: ``2 ; 4,4 ; 1,2 ; 1,2``
 
 - That's a two-level cluster (thus the initial ``2``).
-- Routers are connected to 4 elements below them, regardless of its
-  level. Thus the ``4,4`` component that is used as
+- Routers are connected to 4 elements below them, regardless of their
+  level. Thus the ``4,4`` component used as
   ``#downlinks``. This means that the hosts are grouped by 4 on a
-  given router, and that there is 4 level-1 routers (in the middle of
+  given router, and that there are 4 level-1 routers (in the middle of
   the figure).
 - Hosts are connected to only 1 router above them, while these routers
   are connected to 2 routers above them (thus the ``1,2`` used as
   ``#uplink``).
-- Hosts have only one link to their router while every path between a
-  level-1 routers and level-2 routers use 2 parallel links. Thus the
-  ``1,2`` that is used as ``link count``.
+- Hosts have only one link to their router while every path between 
+  level-1 routers and level-2 routers uses 2 parallel links. Thus the
+  ``1,2`` used as ``link count``.
 
 .. image:: ../../examples/platforms/cluster_fat_tree.svg
    :align: center
@@ -211,24 +215,24 @@ Here is the meaning of this example: ``2 ; 4,4 ; 1,2 ; 1,2``
 Dragonfly Cluster
 .................
 
-This topology was introduced to further reduce the amount of links
+This topology was introduced to further reduce the number of links
 while maintaining a high bandwidth for local communications. To model
 this in SimGrid, pass a ``topology="DRAGONFLY"`` attribute to your
-cluster. It's based on the implementation of the topology used on 
-Cray XC systems, described in paper
+cluster. It's based on the implementation of the topology used on
+Cray XC systems, described in the paper
 `Cray Cascade: A scalable HPC system based on a Dragonfly network <https://dl.acm.org/citation.cfm?id=2389136>`_.
 
 System description follows the format ``topo_parameters=#groups;#chassis;#routers;#nodes``
 For example, ``3,4 ; 3,2 ; 3,1 ; 2``:
 
 - ``3,4``: There are 3 groups with 4 links between each (blue level).
-  Links to nth group are attached to the nth router of the group 
+  Links to the nth group are attached to the nth router of the group
   on our implementation.
 - ``3,2``: In each group, there are 3 chassis with 2 links between each nth router
   of each group (black level)
-- ``3,1``: In each chassis, 3 routers are connected together with a single link
+- ``3,1``: In each chassis, 3 routers are connected with a single link
   (green level)
-- ``2``: Each router has two nodes attached (single link) 
+- ``2``: Each router has two nodes attached (single link)
 
 .. image:: ../../examples/platforms/cluster_dragonfly.svg
    :align: center
@@ -241,7 +245,7 @@ Final Word
 
 We only glanced over the abilities offered by SimGrid to describe the
 platform topology. Other networking zones model non-HPC platforms
-(such as wide area networks, ISP network comprising set-top boxes, or
+(such as wide area networks, ISP networks comprising set-top boxes, or
 even your own routing schema). You can interconnect several networking
 zones in your platform to form a tree of zones, that is both a time-
 and memory-efficient representation of distributed platforms. Please
@@ -252,7 +256,7 @@ Hands-on!
 ---------
 
 It is time to start using SMPI yourself. For that, you first need to
-install it somehow, and then you will need a MPI application to play with.
+install it somehow, and then you will need an MPI application to play with.
 
 Using Docker
 ............
@@ -261,10 +265,10 @@ The easiest way to take the tutorial is to use the dedicated Docker
 image. Once you `installed Docker itself
 <https://docs.docker.com/install/>`_, simply do the following:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   docker pull simgrid/tuto-smpi
-   docker run -it --rm --name simgrid --volume ~/smpi-tutorial:/source/tutorial simgrid/tuto-smpi bash
+   docker pull simgrid/tuto-smpi
+   docker run -it --rm --name simgrid --volume ~/smpi-tutorial:/source/tutorial simgrid/tuto-smpi bash
 
 This will start a new container with all you need to take this
 tutorial, and create a ``smpi-tutorial`` directory in your home on
@@ -279,46 +283,58 @@ container to enjoy the provided dependencies.
    when you log out of the container, so don't edit the other files!
 
 All needed dependencies are already installed in this container
-(SimGrid, the C/C++/Fortran compilers, make, pajeng and R). Vite being
+(SimGrid, the C/C++/Fortran compilers, make, pajeng, R and pajengr). Vite being
 only optional in this tutorial, it is not installed to reduce the
-image size. 
+image size.
 
-The container also include the example platform files from the
+The container also includes the example platform files from the
 previous section as well as the source code of the NAS Parallel
 Benchmarks. These files are available under
 ``/source/simgrid-template-smpi`` in the image. You should copy it to
 your working directory when you first log in:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   cp -r /source/simgrid-template-smpi/* /source/tutorial
-   cd /source/tutorial
+   cp -r /source/simgrid-template-smpi/* /source/tutorial
+   cd /source/tutorial
 
 Using your Computer Natively
 ............................
 
 To take the tutorial on your machine, you first need to :ref:`install
-SimGrid <install>`, the C/C++/Fortran compilers and also ``pajeng`` to
+SimGrid <install>`, the C/C++/Fortran compilers, and also ``pajeng`` to
 visualize the traces. You may want to install `Vite
 <http://vite.gforge.inria.fr/>`_ to get a first glance at the
-traces. The provided code template requires make to compile. On
-Debian and Ubuntu for example, you can get them as follows:
+traces. The provided code template requires ``make`` to compile. On
+Debian and Ubuntu, you can get them as follows:
+
+.. code-block:: console
+
+   $ sudo apt install simgrid pajeng make gcc g++ gfortran python3 vite
+
+For R analysis of the produced traces, you may want to install R
+and the `pajengr <https://github.com/schnorr/pajengr#installation/>`_ package.
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   sudo apt install simgrid pajeng make gcc g++ gfortran vite
+   # install R and necessary packages
+   $ sudo apt install r-base r-cran-devtools r-cran-tidyverse
+   # install pajengr dependencies
+   $ sudo apt install git cmake flex bison
+   # install the pajengr R package
+   $ Rscript -e "library(devtools); install_github('schnorr/pajengr');"
 
 To take this tutorial, you will also need the platform files from the
 previous section as well as the source code of the NAS Parallel
 Benchmarks. Just  clone `this repository
 <https://framagit.org/simgrid/simgrid-template-smpi>`_  to get them all:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   git clone git@framagit.org:simgrid/simgrid-template-smpi.git
-   cd simgrid-template-smpi/
+   $ git clone https://framagit.org/simgrid/simgrid-template-smpi.git
+   cd simgrid-template-smpi/
 
-If you struggle with the compilation, then you should double check
+If you struggle with the compilation, then you should double-check
 your :ref:`SimGrid installation <install>`.  On need, please refer to
 the :ref:`Troubleshooting your Project Setup
 <install_yours_troubleshooting>` section.
@@ -336,42 +352,42 @@ that comes with the template.
 
 Compiling and Executing
 .......................
-             
-Compiling the program is straightforward (double check your
+
+Compiling the program is straightforward (double-check your
 :ref:`SimGrid installation <install>` if you get an error message):
 
 
-.. code-block:: shell
-               
+.. code-block:: console
+
   $ smpicc -O3 roundtrip.c -o roundtrip
 
 
 Once compiled, you can simulate the execution of this program on 16
 nodes from the ``cluster_crossbar.xml`` platform as follows:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
    $ smpirun -np 16 -platform cluster_crossbar.xml -hostfile cluster_hostfile ./roundtrip
 
 - The ``-np 16`` option, just like in regular MPI, specifies the
-  number of MPI processes to use. 
+  number of MPI processes to use.
 - The ``-hostfile cluster_hostfile`` option, just like in regular
   MPI, specifies the host file. If you omit this option, ``smpirun``
   will deploy the application on the first machines of your platform.
 - The ``-platform cluster_crossbar.xml`` option, **which doesn't exist
   in regular MPI**, specifies the platform configuration to be
-  simulated. 
+  simulated.
 - At the end of the line, one finds the executable name and
   command-line arguments (if any -- roundtrip does not expect any arguments).
 
 Feel free to tweak the content of the XML platform file and the
 program to see the effect on the simulated execution time. It may be
 easier to compare the executions with the extra option
-``--cfg=smpi/display_timing:yes``.  Note that the simulation accounts
+``--cfg=smpi/display-timing:yes``.  Note that the simulation accounts
 for realistic network protocol effects and MPI implementation
 effects. As a result, you may see "unexpected behavior" like in the
 real world (e.g., sending a message 1 byte larger may lead to
-significant higher execution time).
+significantly higher execution time).
 
 Lab 1: Visualizing LU
 ---------------------
@@ -388,7 +404,7 @@ data size
 <https://www.nas.nasa.gov/publications/npb_problem_sizes.html>`_) with
 4 nodes.
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
    $ make lu NPROCS=4 CLASS=S
    (compilation logs)
@@ -396,39 +412,66 @@ data size
    (execution logs)
 
 To get a better understanding of what is going on, activate the
-vizualization tracing, and convert the produced trace for later
+visualization tracing, and convert the produced trace for later
 use:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   smpirun -np 4 -platform ../cluster_backbone.xml -trace --cfg=tracing/filename:lu.S.4.trace bin/lu.S.4
-   pj_dump --ignore-incomplete-links lu.S.4.trace | grep State > lu.S.4.state.csv
+   $ smpirun -np 4 -platform ../cluster_backbone.xml -trace --cfg=tracing/filename:lu.S.4.trace bin/lu.S.4
 
 You can then produce a Gantt Chart with the following R chunk. You can
-either copy/paste it in a R session, or `turn it into a Rscript executable
+either copy/paste it in an R session, or `turn it into a Rscript executable
 <https://swcarpentry.github.io/r-novice-inflammation/05-cmdline/>`_ to
 run it again and again.
 
 .. code-block:: R
 
-   library(ggplot2)
-
    # Read the data
-   df_state = read.csv("lu.S.4.state.csv", header=F, strip.white=T)
-   names(df_state) = c("Type", "Rank", "Container", "Start", "End", "Duration", "Level", "State");
-   df_state = df_state[!(names(df_state) %in% c("Type","Container","Level"))]
-   df_state$Rank = as.numeric(gsub("rank-","",df_state$Rank))
+   library(tidyverse)
+   library(pajengr)
+   dta <- pajeng_read("lu.S.4.trace")
+
+   # Manipulate the data
+   dta$state %>%
+      # Remove some unnecessary columns for this example
+      select(-Type, -Imbrication) %>%
+      # Create the nice MPI rank and operations identifiers
+      mutate(Container = as.integer(gsub("rank-", "", Container)),
+             Value = gsub("^PMPI_", "MPI_", Value)) %>%
+      # Rename some columns so it can better fit MPI terminology
+      rename(Rank = Container,
+             Operation = Value) -> df.states
 
    # Draw the Gantt Chart
-   gc = ggplot(data=df_state) + geom_rect(aes(xmin=Start, xmax=End, ymin=Rank, ymax=Rank+1,fill=State))
-
-   # Produce the output
-   plot(gc)
-   dev.off()
-
-This produces a file called ``Rplots.pdf`` with the following
+   df.states %>%
+      ggplot() +
+      # Each MPI operation is becoming a rectangle
+      geom_rect(aes(xmin=Start, xmax=End,
+                    ymin=Rank,  ymax=Rank + 1,
+                    fill=Operation)) +
+      # Cosmetics
+      xlab("Time [seconds]") +
+      ylab("Rank [count]") +
+      theme_bw(base_size=14) +
+      theme(
+        plot.margin = unit(c(0,0,0,0), "cm"),
+        legend.margin = margin(t = 0, unit='cm'),
+        panel.grid = element_blank(),
+        legend.position = "top",
+        legend.justification = "left",
+        legend.box.spacing = unit(0, "pt"),
+        legend.box.margin = margin(0,0,0,0),
+        legend.title = element_text(size=10)) -> plot
+
+    # Save the plot in a PNG file (dimensions in inches)
+    ggsave("smpi.png",
+           plot,
+           width = 10,
+           height = 3)
+
+This produces a file called ``smpi.png`` with the following
 content. You can find more visualization examples `online
-<http://simgrid.gforge.inria.fr/contrib/R_visualization.html>`_.
+<https://simgrid.org/contrib/R_visualization.html>`_.
 
 .. image:: /tuto_smpi/img/lu.S.4.png
    :align: center
@@ -438,38 +481,32 @@ Lab 2: Tracing and Replay of LU
 
 Now compile and execute the LU benchmark, class A, with 32 nodes.
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
    $ make lu NPROCS=32 CLASS=A
 
-This takes several minutes to to simulate, because all code from all
-processes has to be really executed, and everything is serialized.
+This takes several minutes to simulate, because all code from all
+processes has to be actually executed, and everything is serialized.
 
 SMPI provides several methods to speed things up. One of them is to
-capture a time independent trace of the running application, and
+capture a time-independent trace of the running application and
 replay it on a different platform with the same amount of nodes. The
 replay is much faster than live simulation, as the computations are
 skipped (the application must be network-dependent for this to work).
 
-You can even generate the trace during as live simulation, as follows:
+You can even generate the trace during the live simulation as follows:
 
-.. code-block:: shell
+.. code-block:: console
 
-   $ smpirun -trace-ti --cfg=tracing/filename:LU.A.32 -np 32 -platform ../cluster_backbone.xml bin/lu.A.32 
+   $ smpirun -trace-ti --cfg=tracing/filename:LU.A.32 -np 32 -platform ../cluster_backbone.xml bin/lu.A.32
 
 The produced trace is composed of a file ``LU.A.32`` and a folder
-``LU.A.32_files``. To replay this with SMPI, you need to first compile
-the provided ``smpi_replay.cpp`` file, that comes from
-`simgrid/examples/smpi/replay
-<https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/smpi/replay>`_.
-
-.. code-block:: shell
+``LU.A.32_files``. You can replay this trace with SMPI thanks to ``smpirun``.
+For example, the following command replays the trace on a different platform:
 
-   $ smpicxx ../replay.cpp -O3 -o ../smpi_replay
+.. code-block:: console
 
-Afterward, you can replay your trace in SMPI as follows:
-
-   $ smpirun -np 32 -platform ../cluster_torus.xml -ext smpi_replay ../smpi_replay LU.A.32
+   $ smpirun -np 32 -platform ../cluster_crossbar.xml -hostfile ../cluster_hostfile -replay LU.A.32
 
 All the outputs are gone, as the application is not really simulated
 here. Its trace is simply replayed. But if you visualize the live
@@ -478,34 +515,187 @@ unchanged. The simulation does not run much faster on this very
 example, but this becomes very interesting when your application
 is computationally hungry.
 
-.. todo:: smpi_replay should be installed by SimGrid, and smpirun interface could be simplified here.
+.. todo::
+
+    The commands should be separated and executed by some CI to make sure
+    the documentation is up-to-date.
 
-Lab 3: Execution Sampling on EP
--------------------------------
+Lab 3: Execution Sampling on Matrix Multiplication example
+----------------------------------------------------------
 
 The second method to speed up simulations is to sample the computation
 parts in the code.  This means that the person doing the simulation
-needs to know the application and identify parts that are compute
-intensive and take time, while being regular enough not to ruin
-simulation accuracy. Furthermore there should not be any MPI calls
+needs to know the application and identify parts that are compute-intensive
+and take time while being regular enough not to ruin
+simulation accuracy. Furthermore, there should not be any MPI calls
 inside such parts of the code.
 
-Use the EP benchmark, class B, 16 processes.
+Use for this part the `gemm_mpi.cpp
+<https://gitlab.com/PRACE-4IP/CodeVault/raw/master/hpc_kernel_samples/dense_linear_algebra/gemm/mpi/src/gemm_mpi.cpp>`_
+example, which is provided by the `PRACE Codevault repository
+<http://www.prace-ri.eu/prace-codevault/>`_.
+
+The computing part of this example is the matrix multiplication routine
+
+.. literalinclude:: /tuto_smpi/gemm_mpi.cpp
+   :language: cpp
+   :lines: 9-24
+
+.. code-block:: console
+
+  $ smpicxx -O3 gemm_mpi.cpp -o gemm
+  $ time smpirun -np 16 -platform cluster_crossbar.xml -hostfile cluster_hostfile --cfg=smpi/display-timing:yes --cfg=smpi/running-power:1000000000 ./gemm
+
+This should end quite quickly, as the size of each matrix is only 1000x1000. 
+But what happens if we want to simulate larger runs?
+Replace the size by 2000, 3000, and try again.
+
+The simulation time increases a lot, while there are no more MPI calls performed, only computation.
+
+The ``--cfg=smpi/display-timing`` option gives more details about execution 
+and advises using sampling if the time spent in computing loops seems too high.
+
+The ``--cfg=smpi/host-speed:1000000000`` option sets the speed of the processor used for 
+running the simulation. Here we say that its speed is the same as one of the 
+processors we are simulating (1Gf), so that 1 second of computation is injected 
+as 1 second in the simulation.
+
+.. code-block:: console
+
+  [5.568556] [smpi_kernel/INFO] Simulated time: 5.56856 seconds.
+
+  The simulation took 24.9403 seconds (after parsing and platform setup)
+  24.0764 seconds were actual computation of the application
+  [5.568556] [smpi_kernel/INFO] More than 75% of the time was spent inside the application code.
+  You may want to use sampling functions or trace replay to reduce this.
+
+So in our case (size 3000), the simulation ran for 25 seconds, and the simulated time was 5.57s at the end.
+Computation by itself took 24 seconds, and can quickly grow with larger sizes 
+(as computation is really performed, there will be variability between similar runs).
+
+SMPI provides sampling macros to accelerate simulation by sampling iterations 
+of large computation loops, and skip computation after a certain amount of iterations, 
+or when the sampling is stable enough.
+
+The two macros only slightly differ :
+
+- ``SMPI_SAMPLE_GLOBAL`` : the specified number of samples is produced by all processors
+- ``SMPI_SAMPLE_LOCAL`` : each process executes a specified number of iterations
+
+So if the size of the computed part varies between processes (imbalance), 
+it's safer to use the LOCAL one.
+
+To use one of them, replacing the external for loop of the multiply routine:
+
+.. code-block:: c
+
+  for (int i = istart; i <= iend; ++i)
+
+by:
+
+.. code-block:: c
+
+  SMPI_SAMPLE_GLOBAL(int i = istart, i <= iend, ++i, 10, 0.005)
+
+The first three parameters are the ones from the loop, while the two last ones are for sampling.
+They mean that at most 10 iterations will be performed and that the sampling phase can be exited 
+earlier if the expected stability is reached after fewer samples.
+
+Now run the code again with various sizes and parameters and check the time taken for the 
+simulation, as well as the resulting simulated time.
+
+.. code-block:: console
+
+  [5.575691] [smpi_kernel/INFO] Simulated time: 5.57569 seconds.
+  The simulation took 1.23698 seconds (after parsing and platform setup)
+  0.0319454 seconds were actual computation of the application
+
+In this case, the simulation only took 1.2 seconds, while the simulated time 
+remained almost identical.
+
+The computation results will obviously be altered since most computations are skipped.
+These macros thus cannot be used when results are critical for the application behavior
+(convergence estimation for instance will be wrong on some codes).
+
+
+Lab 4: Memory folding on large allocations
+------------------------------------------
+
+Another issue that can be encountered when simulation with SMPI is lack of memory.
+Indeed we are executing all MPI processes on a single node, which can lead to crashes.
+We will use the DT benchmark of the NAS suite to illustrate how to avoid such issues.
+
+With 85 processes and class C, the DT simulated benchmark will try to allocate 35GB of memory,
+which may not be available on the node you are using.
+
+To avoid this we can simply replace the largest calls to malloc and free by calls 
+to ``SMPI_SHARED_MALLOC`` and ``SMPI_SHARED_FREE``.
+This means that all processes will share one single instance of this buffer.
+As for sampling, results will be altered, and this should not be used for control structures.
+
+For DT example, there are three different calls to malloc in the file, and one of them is for a needed structure.
+Find it and replace the two other ones with ``SMPI_SHARED_MALLOC`` (there is only one free to replace for both of them).
+
+Once done, you can now run
+
+.. code-block:: console
+
+   $ make dt NPROCS=85 CLASS=C
+   (compilation logs)
+   $ smpirun -np 85 -platform ../cluster_backbone.xml bin/dt.C.x BH
+   (execution logs)
+
+And simulation should finish without swapping/crashing (Ignore the warning about the return value).
+
+If control structures are also problematic, you can use ``SMPI_PARTIAL_SHARED_MALLOC(size, offsets, offsetscount)`` 
+macro, which shares only specific parts of the structure between processes, 
+and use specific memory for the important parts.
+It can be freed afterward with SMPI_SHARED_FREE.
+
+If allocations are performed with malloc or calloc, SMPI (from version 3.25) provides the option
+``--cfg=smpi/auto-shared-malloc-shared:n`` which will replace all allocations above size n bytes by
+shared allocations. The value has to be carefully selected to avoid smaller control arrays, 
+containing data necessary for the completion of the run.
+Try to run the (non modified) DT example again, with values going from 10 to 100,000 to show that
+too small values can cause crashes.
+
+A useful option to identify the largest allocations in the code is ``--cfg=smpi/display-allocs:yes`` (from 3.27).
+It will display at the end of a (successful) run the largest allocations and their locations, helping pinpoint the
+targets for sharing, or setting the threshold for automatic ones.
+For DT, the process would be to run a smaller class of problems, 
+
+.. code-block:: console
+
+   $ make dt NPROCS=21 CLASS=A
+   $ smpirun --cfg=smpi/display-allocs:yes -np 21 -platform ../cluster_backbone.xml bin/dt.A.x BH
+
+Which should output:
+
+.. code-block:: console
+
+    [smpi_utils/INFO] Memory Usage: Simulated application allocated 198533192 bytes during its lifetime through malloc/calloc calls.
+    Largest allocation at once from a single process was 3553184 bytes, at dt.c:388. It was called 3 times during the whole simulation.
+    If this is too much, consider sharing allocations for computation buffers.
+    This can be done automatically by setting --cfg=smpi/auto-shared-malloc-thresh to the minimum size wanted size (this can alter execution if data content is necessary)
 
-.. todo:: write this section, and the following ones.
+And from there we can identify dt.c:388 as the main allocation, and the best target to convert to
+shared mallocs for larger simulations. Furthermore, with 21 processes, we see that this particular
+allocation and size was only called 3 times, which means that other processes are likely to allocate
+less memory here (imbalance). Using 3553184 as a threshold value might be unwise, as most processes
+wouldn't share memory, so a lower threshold would be advisable.
 
 Further Readings
 ----------------
 
 You may also be interested in the `SMPI reference article
 <https://hal.inria.fr/hal-01415484>`_ or these `introductory slides
-<http://simgrid.org/tutorials/simgrid-smpi-101.pdf>`_. The `SMPI
-reference documentation <SMPI_doc>`_ covers much more content than
+<http://simgrid.org/tutorials/simgrid-smpi-101.pdf>`_. The :ref:`SMPI
+reference documentation <SMPI_doc>` covers much more content than
 this short tutorial.
 
 Finally, we regularly use SimGrid in our teachings on MPI. This way,
 our student can experiment with platforms that they do not have access
-to, and the associated visualisation tools helps them to understand
+to, and the associated visualization tools help them to understand
 their work.  The whole material is available online, in a separate
 project: the `SMPI CourseWare <https://simgrid.github.io/SMPI_CourseWare/>`_.