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move all plugins to their new home directory
[simgrid.git] / src / surf / plugins / host_energy.cpp
diff --git a/src/surf/plugins/host_energy.cpp b/src/surf/plugins/host_energy.cpp
deleted file mode 100644 (file)
index f0e7c9b..0000000
+++ /dev/null
@@ -1,525 +0,0 @@
-/* Copyright (c) 2010-2018. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
-
-/* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
- * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
-
-#include "simgrid/plugins/energy.h"
-#include "simgrid/plugins/load.h"
-#include "src/plugins/vm/VirtualMachineImpl.hpp"
-#include "src/surf/cpu_interface.hpp"
-#include "simgrid/s4u/Engine.hpp"
-
-#include <boost/algorithm/string/classification.hpp>
-#include <boost/algorithm/string/split.hpp>
-
-/** @addtogroup plugin_energy
-
-This is the energy plugin, enabling to account not only for computation time, but also for the dissipated energy in the
-simulated platform.
-To activate this plugin, first call sg_host_energy_plugin_init() before your #MSG_init(), and then use
-MSG_host_get_consumed_energy() to retrieve the consumption of a given host.
-
-When the host is on, this energy consumption naturally depends on both the current CPU load and the host energy profile.
-According to our measurements, the consumption is somehow linear in the amount of cores at full speed, with an
-abnormality when all the cores are idle. The full details are in
-<a href="https://hal.inria.fr/hal-01523608">our scientific paper</a> on that topic.
-
-As a result, our energy model takes 4 parameters:
-
-  - \b Idle: instantaneous consumption (in Watt) when your host is up and running, but without anything to do.
-  - \b OneCore: instantaneous consumption (in Watt) when only one core is active, at 100%.
-  - \b AllCores: instantaneous consumption (in Watt) when all cores of the host are at 100%.
-  - \b Off: instantaneous consumption (in Watt) when the host is turned off.
-
-Here is an example of XML declaration:
-
-\code{.xml}
-<host id="HostA" power="100.0Mf" cores="4">
-    <prop id="watt_per_state" value="100.0:120.0:200.0" />
-    <prop id="watt_off" value="10" />
-</host>
-\endcode
-
-This example gives the following parameters: \b Off is 10 Watts; \b Idle is 100 Watts; \b OneCore is 120 Watts and \b
-AllCores is 200 Watts.
-This is enough to compute the consumption as a function of the amount of loaded cores:
-
-<table>
-<tr><th>\#Cores loaded</th><th>Consumption</th><th>Explanation</th></tr>
-<tr><td>0</td><td> 100 Watts</td><td>Idle value</td></tr>
-<tr><td>1</td><td> 120 Watts</td><td>OneCore value</td></tr>
-<tr><td>2</td><td> 147 Watts</td><td>linear extrapolation between OneCore and AllCores</td></tr>
-<tr><td>3</td><td> 173 Watts</td><td>linear extrapolation between OneCore and AllCores</td></tr>
-<tr><td>4</td><td> 200 Watts</td><td>AllCores value</td></tr>
-</table>
-
-### What if a given core is only at load 50%?
-
-This is impossible in SimGrid because we recompute everything each time that the CPU starts or stops doing something.
-So if a core is at load 50% over a period, it means that it is at load 100% half of the time and at load 0% the rest of
-the time, and our model holds.
-
-### What if the host has only one core?
-
-In this case, the parameters \b OneCore and \b AllCores are obviously the same.
-Actually, SimGrid expect an energetic profile formatted as 'Idle:Running' for mono-cores hosts.
-If you insist on passing 3 parameters in this case, then you must have the same value for \b OneCore and \b AllCores.
-
-\code{.xml}
-<host id="HostC" power="100.0Mf" cores="1">
-    <prop id="watt_per_state" value="95.0:200.0" /> <!-- we may have used '95:200:200' instead -->
-    <prop id="watt_off" value="10" />
-</host>
-\endcode
-
-### How does DVFS interact with the host energy model?
-
-If your host has several DVFS levels (several pstates), then you should give the energetic profile of each pstate level:
-
-\code{.xml}
-<host id="HostC" power="100.0Mf,50.0Mf,20.0Mf" cores="4">
-    <prop id="watt_per_state" value="95.0:120.0:200.0, 93.0:115.0:170.0, 90.0:110.0:150.0" />
-    <prop id="watt_off" value="10" />
-</host>
-\endcode
-
-This encodes the following values
-<table>
-<tr><th>pstate</th><th>Performance</th><th>Idle</th><th>OneCore</th><th>AllCores</th></tr>
-<tr><td>0</td><td>100 Mflop/s</td><td>95 Watts</td><td>120 Watts</td><td>200 Watts</td></tr>
-<tr><td>1</td><td>50 Mflop/s</td><td>93 Watts</td><td>115 Watts</td><td>170 Watts</td></tr>
-<tr><td>2</td><td>20 Mflop/s</td><td>90 Watts</td><td>110 Watts</td><td>150 Watts</td></tr>
-</table>
-
-To change the pstate of a given CPU, use the following functions:
-#MSG_host_get_nb_pstates(), simgrid#s4u#Host#setPstate(), #MSG_host_get_power_peak_at().
-
-### How accurate are these models?
-
-This model cannot be more accurate than your instantiation: with the default values, your result will not be accurate at
-all. You can still get accurate energy prediction, provided that you carefully instantiate the model.
-The first step is to ensure that your timing prediction match perfectly. But this is only the first step of the path,
-and you really want to read <a href="https://hal.inria.fr/hal-01523608">this paper</a> to see all what you need to do
-before you can get accurate energy predictions.
- */
-
-XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_energy, surf, "Logging specific to the SURF energy plugin");
-
-namespace simgrid {
-namespace plugin {
-
-class PowerRange {
-public:
-  double idle;
-  double min;
-  double max;
-
-  PowerRange(double idle, double min, double max) : idle(idle), min(min), max(max) {}
-};
-
-class HostEnergy {
-public:
-  static simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostEnergy> EXTENSION_ID;
-
-  explicit HostEnergy(simgrid::s4u::Host* ptr);
-  ~HostEnergy();
-
-  double getCurrentWattsValue();
-  double getCurrentWattsValue(double cpu_load);
-  double getConsumedEnergy();
-  double getWattMinAt(int pstate);
-  double getWattMaxAt(int pstate);
-  void update();
-
-private:
-  void initWattsRangeList();
-  simgrid::s4u::Host* host = nullptr;
-  std::vector<PowerRange>
-      power_range_watts_list; /*< List of (min_power,max_power) pairs corresponding to each cpu pstate */
-
-  /* We need to keep track of what pstate has been used, as we will sometimes be notified only *after* a pstate has been
-   * used (but we need to update the energy consumption with the old pstate!)
-   */
-  int pstate = 0;
-  const int pstate_off = -1;
-
-public:
-  double watts_off    = 0.0; /*< Consumption when the machine is turned off (shutdown) */
-  double total_energy = 0.0; /*< Total energy consumed by the host */
-  double last_updated;       /*< Timestamp of the last energy update event*/
-};
-
-simgrid::xbt::Extension<simgrid::s4u::Host, HostEnergy> HostEnergy::EXTENSION_ID;
-
-/* Computes the consumption so far. Called lazily on need. */
-void HostEnergy::update()
-{
-  double start_time  = this->last_updated;
-  double finish_time = surf_get_clock();
-
-  if (start_time < finish_time) {
-    double previous_energy = this->total_energy;
-
-    double instantaneous_consumption = this->getCurrentWattsValue();
-
-    double energy_this_step = instantaneous_consumption * (finish_time - start_time);
-
-    // TODO Trace: Trace energy_this_step from start_time to finish_time in host->getName()
-
-    this->total_energy = previous_energy + energy_this_step;
-    this->last_updated = finish_time;
-
-    XBT_DEBUG("[update_energy of %s] period=[%.2f-%.2f]; current power peak=%.0E flop/s; consumption change: %.2f J -> "
-              "%.2f J",
-              host->get_cname(), start_time, finish_time, host->pimpl_cpu->get_speed(1.0), previous_energy,
-              energy_this_step);
-  }
-
-  /* Save data for the upcoming time interval: whether it's on/off and the pstate if it's on */
-  this->pstate = host->is_on() ? host->get_pstate() : pstate_off;
-}
-
-HostEnergy::HostEnergy(simgrid::s4u::Host* ptr) : host(ptr), last_updated(surf_get_clock())
-{
-  initWattsRangeList();
-
-  const char* off_power_str = host->get_property("watt_off");
-  if (off_power_str != nullptr) {
-    try {
-      this->watts_off = std::stod(std::string(off_power_str));
-    } catch (std::invalid_argument& ia) {
-      throw std::invalid_argument(std::string("Invalid value for property watt_off of host ") + host->get_cname() +
-                                  ": " + off_power_str);
-    }
-  }
-  /* watts_off is 0 by default */
-}
-
-HostEnergy::~HostEnergy() = default;
-
-double HostEnergy::getWattMinAt(int pstate)
-{
-  xbt_assert(not power_range_watts_list.empty(), "No power range properties specified for host %s", host->get_cname());
-  return power_range_watts_list[pstate].min;
-}
-
-double HostEnergy::getWattMaxAt(int pstate)
-{
-  xbt_assert(not power_range_watts_list.empty(), "No power range properties specified for host %s", host->get_cname());
-  return power_range_watts_list[pstate].max;
-}
-
-/** @brief Computes the power consumed by the host according to the current situation
- *
- * - If the host is off, that's the watts_off value
- * - if it's on, take the current pstate and the current processor load into account */
-double HostEnergy::getCurrentWattsValue()
-{
-  if (this->pstate == pstate_off) // The host is off (or was off at the beginning of this time interval)
-    return this->watts_off;
-
-  double current_speed = host->getSpeed();
-
-  double cpu_load;
-  // We may have start == finish if the past consumption was updated since the simcall was started
-  // for example if 2 actors requested to update the same host's consumption in a given scheduling round.
-  //
-  // Even in this case, we need to save the pstate for the next call (after this big if),
-  // which may have changed since that recent update.
-
-  if (current_speed <= 0)
-    // Some users declare a pstate of speed 0 flops (e.g., to model boot time).
-    // We consider that the machine is then fully loaded. That's arbitrary but it avoids a NaN
-    cpu_load = 1;
-  else
-    cpu_load = host->pimpl_cpu->get_constraint()->get_usage() / current_speed;
-
-  /** Divide by the number of cores here **/
-  cpu_load /= host->pimpl_cpu->get_core_count();
-
-  if (cpu_load > 1) // A machine with a load > 1 consumes as much as a fully loaded machine, not more
-    cpu_load = 1;
-
-  /* The problem with this model is that the load is always 0 or 1, never something less.
-   * Another possibility could be to model the total energy as
-   *
-   *   X/(X+Y)*W_idle + Y/(X+Y)*W_burn
-   *
-   * where X is the amount of idling cores, and Y the amount of computing cores.
-   */
-  return getCurrentWattsValue(cpu_load);
-}
-
-/** @brief Computes the power that the host would consume at the provided processor load
- *
- * Whether the host is ON or OFF is not taken into account.
- */
-double HostEnergy::getCurrentWattsValue(double cpu_load)
-{
-  xbt_assert(not power_range_watts_list.empty(), "No power range properties specified for host %s", host->get_cname());
-
-  /* Return watts_off if pstate == pstate_off (ie, if the host is off) */
-  if (this->pstate == pstate_off) {
-    return watts_off;
-  }
-
-  /* min_power corresponds to the power consumed when only one core is active */
-  /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
-  auto range           = power_range_watts_list.at(this->pstate);
-  double current_power = 0;
-  double min_power     = 0;
-  double max_power     = 0;
-  double power_slope   = 0;
-
-  if (cpu_load > 0) { /* Something is going on, the machine is not idle */
-    double min_power = range.min;
-    double max_power = range.max;
-
-    /**
-     * The min_power states how much we consume when only one single
-     * core is working. This means that when cpu_load == 1/coreCount, then
-     * current_power == min_power.
-     *
-     * The maximum must be reached when all cores are working (but 1 core was
-     * already accounted for by min_power)
-     * i.e., we need min_power + (maxCpuLoad-1/coreCount)*power_slope == max_power
-     * (maxCpuLoad is by definition 1)
-     */
-    double power_slope;
-    int coreCount         = host->get_core_count();
-    double coreReciprocal = static_cast<double>(1) / static_cast<double>(coreCount);
-    if (coreCount > 1)
-      power_slope = (max_power - min_power) / (1 - coreReciprocal);
-    else
-      power_slope = 0; // Should be 0, since max_power == min_power (in this case)
-
-    current_power = min_power + (cpu_load - coreReciprocal) * power_slope;
-  } else { /* Our machine is idle, take the dedicated value! */
-    current_power = range.idle;
-  }
-
-  XBT_DEBUG("[get_current_watts] min_power=%f, max_power=%f, slope=%f", min_power, max_power, power_slope);
-  XBT_DEBUG("[get_current_watts] Current power (watts) = %f, load = %f", current_power, cpu_load);
-
-  return current_power;
-}
-
-double HostEnergy::getConsumedEnergy()
-{
-  if (last_updated < surf_get_clock()) // We need to simcall this as it modifies the environment
-    simgrid::simix::simcall(std::bind(&HostEnergy::update, this));
-
-  return total_energy;
-}
-
-void HostEnergy::initWattsRangeList()
-{
-  const char* all_power_values_str = host->get_property("watt_per_state");
-  if (all_power_values_str == nullptr)
-    return;
-
-  std::vector<std::string> all_power_values;
-  boost::split(all_power_values, all_power_values_str, boost::is_any_of(","));
-  XBT_DEBUG("%s: profile: %s, cores: %d", host->get_cname(), all_power_values_str, host->get_core_count());
-
-  int i = 0;
-  for (auto const& current_power_values_str : all_power_values) {
-    /* retrieve the power values associated with the current pstate */
-    std::vector<std::string> current_power_values;
-    boost::split(current_power_values, current_power_values_str, boost::is_any_of(":"));
-    if (host->get_core_count() == 1) {
-      xbt_assert(current_power_values.size() == 2 || current_power_values.size() == 3,
-                 "Power properties incorrectly defined for host %s."
-                 "It should be 'Idle:FullSpeed' power values because you have one core only.",
-                 host->get_cname());
-      if (current_power_values.size() == 2) {
-        // In this case, 1core == AllCores
-        current_power_values.push_back(current_power_values.at(1));
-      } else { // size == 3
-        xbt_assert((current_power_values.at(1)) == (current_power_values.at(2)),
-                   "Power properties incorrectly defined for host %s.\n"
-                   "The energy profile of mono-cores should be formatted as 'Idle:FullSpeed' only.\n"
-                   "If you go for a 'Idle:OneCore:AllCores' power profile on mono-cores, then OneCore and AllCores "
-                   "must be equal.",
-                   host->get_cname());
-      }
-    } else {
-      xbt_assert(current_power_values.size() == 3,
-                 "Power properties incorrectly defined for host %s."
-                 "It should be 'Idle:OneCore:AllCores' power values because you have more than one core.",
-                 host->get_cname());
-    }
-
-    /* min_power corresponds to the idle power (cpu load = 0) */
-    /* max_power is the power consumed at 100% cpu load       */
-    char* msg_idle = bprintf("Invalid idle value for pstate %d on host %s: %%s", i, host->get_cname());
-    char* msg_min  = bprintf("Invalid OneCore value for pstate %d on host %s: %%s", i, host->get_cname());
-    char* msg_max  = bprintf("Invalid AllCores value for pstate %d on host %s: %%s", i, host->get_cname());
-    PowerRange range(xbt_str_parse_double((current_power_values.at(0)).c_str(), msg_idle),
-                     xbt_str_parse_double((current_power_values.at(1)).c_str(), msg_min),
-                     xbt_str_parse_double((current_power_values.at(2)).c_str(), msg_max));
-    power_range_watts_list.push_back(range);
-    xbt_free(msg_idle);
-    xbt_free(msg_min);
-    xbt_free(msg_max);
-    i++;
-  }
-}
-}
-}
-
-using simgrid::plugin::HostEnergy;
-
-/* **************************** events  callback *************************** */
-static void onCreation(simgrid::s4u::Host& host)
-{
-  if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(&host)) // Ignore virtual machines
-    return;
-
-  // TODO Trace: set to zero the energy variable associated to host->getName()
-
-  host.extension_set(new HostEnergy(&host));
-}
-
-static void onActionStateChange(simgrid::surf::CpuAction* action, simgrid::kernel::resource::Action::State previous)
-{
-  for (simgrid::surf::Cpu* const& cpu : action->cpus()) {
-    simgrid::s4u::Host* host = cpu->get_host();
-    if (host != nullptr) {
-
-      // If it's a VM, take the corresponding PM
-      simgrid::s4u::VirtualMachine* vm = dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(host);
-      if (vm) // If it's a VM, take the corresponding PM
-        host = vm->getPm();
-
-      // Get the host_energy extension for the relevant host
-      HostEnergy* host_energy = host->extension<HostEnergy>();
-
-      if (host_energy->last_updated < surf_get_clock())
-        host_energy->update();
-    }
-  }
-}
-
-/* This callback is fired either when the host changes its state (on/off) ("onStateChange") or its speed
- * (because the user changed the pstate, or because of external trace events) ("onSpeedChange") */
-static void onHostChange(simgrid::s4u::Host& host)
-{
-  if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(&host)) // Ignore virtual machines
-    return;
-
-  HostEnergy* host_energy = host.extension<HostEnergy>();
-
-  host_energy->update();
-}
-
-static void onHostDestruction(simgrid::s4u::Host& host)
-{
-  if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(&host)) // Ignore virtual machines
-    return;
-
-  XBT_INFO("Energy consumption of host %s: %f Joules", host.get_cname(),
-           host.extension<HostEnergy>()->getConsumedEnergy());
-}
-
-static void onSimulationEnd()
-{
-  std::vector<simgrid::s4u::Host*> hosts = simgrid::s4u::Engine::get_instance()->get_all_hosts();
-
-  double total_energy      = 0.0; // Total energy consumption (whole platform)
-  double used_hosts_energy = 0.0; // Energy consumed by hosts that computed something
-  for (size_t i = 0; i < hosts.size(); i++) {
-    if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(hosts[i]) == nullptr) { // Ignore virtual machines
-
-      bool host_was_used = (sg_host_get_computed_flops(hosts[i]) != 0);
-      double energy      = hosts[i]->extension<HostEnergy>()->getConsumedEnergy();
-      total_energy      += energy;
-      if (host_was_used)
-        used_hosts_energy += energy;
-    }
-  }
-  XBT_INFO("Total energy consumption: %f Joules (used hosts: %f Joules; unused/idle hosts: %f)",
-           total_energy, used_hosts_energy, total_energy - used_hosts_energy);
-}
-
-/* **************************** Public interface *************************** */
-
-/** \ingroup plugin_energy
- * \brief Enable host energy plugin
- * \details Enable energy plugin to get joules consumption of each cpu. Call this function before #MSG_init().
- */
-void sg_host_energy_plugin_init()
-{
-  if (HostEnergy::EXTENSION_ID.valid())
-    return;
-
-  sg_host_load_plugin_init();
-
-  HostEnergy::EXTENSION_ID = simgrid::s4u::Host::extension_create<HostEnergy>();
-
-  simgrid::s4u::Host::on_creation.connect(&onCreation);
-  simgrid::s4u::Host::on_state_change.connect(&onHostChange);
-  simgrid::s4u::Host::on_speed_change.connect(&onHostChange);
-  simgrid::s4u::Host::on_destruction.connect(&onHostDestruction);
-  simgrid::s4u::on_simulation_end.connect(&onSimulationEnd);
-  simgrid::surf::CpuAction::onStateChange.connect(&onActionStateChange);
-}
-
-/** @ingroup plugin_energy
- *  @brief updates the consumption of all hosts
- *
- * After this call, sg_host_get_consumed_energy() will not interrupt your process
- * (until after the next clock update).
- */
-void sg_host_energy_update_all()
-{
-  simgrid::simix::simcall([]() {
-    std::vector<simgrid::s4u::Host*> list = simgrid::s4u::Engine::get_instance()->get_all_hosts();
-    for (auto const& host : list)
-      if (dynamic_cast<simgrid::s4u::VirtualMachine*>(host) == nullptr) // Ignore virtual machines
-        host->extension<HostEnergy>()->update();
-  });
-}
-
-/** @ingroup plugin_energy
- *  @brief Returns the total energy consumed by the host so far (in Joules)
- *
- *  Please note that since the consumption is lazily updated, it may require a simcall to update it.
- *  The result is that the actor requesting this value will be interrupted,
- *  the value will be updated in kernel mode before returning the control to the requesting actor.
- */
-double sg_host_get_consumed_energy(sg_host_t host)
-{
-  xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
-             "The Energy plugin is not active. Please call sg_host_energy_plugin_init() during initialization.");
-  return host->extension<HostEnergy>()->getConsumedEnergy();
-}
-
-/** @ingroup plugin_energy
- *  @brief Get the amount of watt dissipated at the given pstate when the host is idling
- */
-double sg_host_get_wattmin_at(sg_host_t host, int pstate)
-{
-  xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
-             "The Energy plugin is not active. Please call sg_host_energy_plugin_init() during initialization.");
-  return host->extension<HostEnergy>()->getWattMinAt(pstate);
-}
-/** @ingroup plugin_energy
- *  @brief  Returns the amount of watt dissipated at the given pstate when the host burns CPU at 100%
- */
-double sg_host_get_wattmax_at(sg_host_t host, int pstate)
-{
-  xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
-             "The Energy plugin is not active. Please call sg_host_energy_plugin_init() during initialization.");
-  return host->extension<HostEnergy>()->getWattMaxAt(pstate);
-}
-
-/** @ingroup plugin_energy
- *  @brief Returns the current consumption of the host
- */
-double sg_host_get_current_consumption(sg_host_t host)
-{
-  xbt_assert(HostEnergy::EXTENSION_ID.valid(),
-             "The Energy plugin is not active. Please call sg_host_energy_plugin_init() during initialization.");
-  return host->extension<HostEnergy>()->getCurrentWattsValue();
-}