src/kernel/routing/FatTreeZone.cpp

   1 /* Copyright (c) 2014-2019. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #include <fstream>
   7 #include <sstream>
   8 #include <string>
   9
  10 #include "simgrid/kernel/routing/FatTreeZone.hpp"
  11 #include "simgrid/kernel/routing/NetPoint.hpp"
  12 #include "src/surf/network_interface.hpp"
  13 #include "src/surf/xml/platf_private.hpp"
  14
  15
  16 #include <boost/algorithm/string/classification.hpp>
  17 #include <boost/algorithm/string/split.hpp>
  18
  19 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_route_fat_tree, surf, "Routing for fat trees");
  20
  21 namespace simgrid {
  22 namespace kernel {
  23 namespace routing {
  24
  25 FatTreeZone::FatTreeZone(NetZoneImpl* father, const std::string& name, resource::NetworkModel* netmodel)
  26     : ClusterZone(father, name, netmodel)
  27 {
  28   XBT_DEBUG("Creating a new fat tree.");
  29 }
  30
  31 FatTreeZone::~FatTreeZone()
  32 {
  33   for (unsigned int i = 0; i < this->nodes_.size(); i++) {
  34     delete this->nodes_[i];
  35   }
  36   for (unsigned int i = 0; i < this->links_.size(); i++) {
  37     delete this->links_[i];
  38   }
  39 }
  40
  41 bool FatTreeZone::is_in_sub_tree(FatTreeNode* root, FatTreeNode* node)
  42 {
  43   XBT_DEBUG("Is %d(%u,%u) in the sub tree of %d(%u,%u) ?", node->id, node->level, node->position, root->id, root->level,
  44             root->position);
  45   if (root->level <= node->level) {
  46     return false;
  47   }
  48   for (unsigned int i = 0; i < node->level; i++) {
  49     if (root->label[i] != node->label[i]) {
  50       return false;
  51     }
  52   }
  53
  54   for (unsigned int i = root->level; i < this->levels_; i++) {
  55     if (root->label[i] != node->label[i]) {
  56       return false;
  57     }
  58   }
  59   return true;
  60 }
  61
  62 void FatTreeZone::get_local_route(NetPoint* src, NetPoint* dst, RouteCreationArgs* into, double* latency)
  63 {
  64
  65   if (dst->is_router() || src->is_router())
  66     return;
  67
  68   /* Let's find the source and the destination in our internal structure */
  69   auto searchedNode = this->compute_nodes_.find(src->id());
  70   xbt_assert(searchedNode != this->compute_nodes_.end(), "Could not find the source %s [%u] in the fat tree",
  71              src->get_cname(), src->id());
  72   FatTreeNode* source = searchedNode->second;
  73
  74   searchedNode = this->compute_nodes_.find(dst->id());
  75   xbt_assert(searchedNode != this->compute_nodes_.end(), "Could not find the destination %s [%u] in the fat tree",
  76              dst->get_cname(), dst->id());
  77   FatTreeNode* destination = searchedNode->second;
  78
  79   XBT_VERB("Get route and latency from '%s' [%u] to '%s' [%u] in a fat tree", src->get_cname(), src->id(),
  80            dst->get_cname(), dst->id());
  81
  82   /* In case destination is the source, and there is a loopback, let's use it instead of going up to a switch */
  83   if (source->id == destination->id && this->has_loopback_) {
  84     into->link_list.push_back(source->loopback);
  85     if (latency)
  86       *latency += source->loopback->get_latency();
  87     return;
  88   }
  89
  90   FatTreeNode* currentNode = source;
  91
  92   // up part
  93   while (not is_in_sub_tree(currentNode, destination)) {
  94     int d = destination->position; // as in d-mod-k
  95
  96     for (unsigned int i = 0; i < currentNode->level; i++)
  97       d /= this->num_parents_per_node_[i];
  98
  99     int k = this->num_parents_per_node_[currentNode->level];
 100     d     = d % k;
 101     into->link_list.push_back(currentNode->parents[d]->up_link_);
 102
 103     if (latency)
 104       *latency += currentNode->parents[d]->up_link_->get_latency();
 105
 106     if (this->has_limiter_)
 107       into->link_list.push_back(currentNode->limiter_link_);
 108     currentNode = currentNode->parents[d]->up_node_;
 109   }
 110
 111   XBT_DEBUG("%d(%u,%u) is in the sub tree of %d(%u,%u).", destination->id, destination->level, destination->position,
 112             currentNode->id, currentNode->level, currentNode->position);
 113
 114   // Down part
 115   while (currentNode != destination) {
 116     for (unsigned int i = 0; i < currentNode->children.size(); i++) {
 117       if (i % this->num_children_per_node_[currentNode->level - 1] == destination->label[currentNode->level - 1]) {
 118         into->link_list.push_back(currentNode->children[i]->down_link_);
 119         if (latency)
 120           *latency += currentNode->children[i]->down_link_->get_latency();
 121         currentNode = currentNode->children[i]->down_node_;
 122         if (this->has_limiter_)
 123           into->link_list.push_back(currentNode->limiter_link_);
 124         XBT_DEBUG("%d(%u,%u) is accessible through %d(%u,%u)", destination->id, destination->level,
 125                   destination->position, currentNode->id, currentNode->level, currentNode->position);
 126       }
 127     }
 128   }
 129 }
 130
 131 /* This function makes the assumption that parse_specific_arguments() and
 132  * addNodes() have already been called
 133  */
 134 void FatTreeZone::seal()
 135 {
 136   if (this->levels_ == 0) {
 137     return;
 138   }
 139   this->generate_switches();
 140
 141   if (XBT_LOG_ISENABLED(surf_route_fat_tree, xbt_log_priority_debug)) {
 142     std::stringstream msgBuffer;
 143
 144     msgBuffer << "We are creating a fat tree of " << this->levels_ << " levels "
 145               << "with " << this->nodes_by_level_[0] << " processing nodes";
 146     for (unsigned int i = 1; i <= this->levels_; i++) {
 147       msgBuffer << ", " << this->nodes_by_level_[i] << " switches at level " << i;
 148     }
 149     XBT_DEBUG("%s", msgBuffer.str().c_str());
 150     msgBuffer.str("");
 151     msgBuffer << "Nodes are : ";
 152
 153     for (unsigned int i = 0; i < this->nodes_.size(); i++) {
 154       msgBuffer << this->nodes_[i]->id << "(" << this->nodes_[i]->level << "," << this->nodes_[i]->position << ") ";
 155     }
 156     XBT_DEBUG("%s", msgBuffer.str().c_str());
 157   }
 158
 159   this->generate_labels();
 160
 161   unsigned int k = 0;
 162   // Nodes are totally ordered, by level and then by position, in this->nodes
 163   for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 164     for (unsigned int j = 0; j < this->nodes_by_level_[i]; j++) {
 165       this->connect_node_to_parents(this->nodes_[k]);
 166       k++;
 167     }
 168   }
 169
 170   if (XBT_LOG_ISENABLED(surf_route_fat_tree, xbt_log_priority_debug)) {
 171     std::stringstream msgBuffer;
 172     msgBuffer << "Links are : ";
 173     for (unsigned int i = 0; i < this->links_.size(); i++) {
 174       msgBuffer << "(" << this->links_[i]->up_node_->id << "," << this->links_[i]->down_node_->id << ") ";
 175     }
 176     XBT_DEBUG("%s", msgBuffer.str().c_str());
 177   }
 178 }
 179
 180 int FatTreeZone::connect_node_to_parents(FatTreeNode* node)
 181 {
 182   std::vector<FatTreeNode*>::iterator currentParentNode = this->nodes_.begin();
 183   int connectionsNumber                                 = 0;
 184   const int level                                       = node->level;
 185   XBT_DEBUG("We are connecting node %d(%u,%u) to his parents.", node->id, node->level, node->position);
 186   currentParentNode += this->get_level_position(level + 1);
 187   for (unsigned int i = 0; i < this->nodes_by_level_[level + 1]; i++) {
 188     if (this->are_related(*currentParentNode, node)) {
 189       XBT_DEBUG("%d(%u,%u) and %d(%u,%u) are related,"
 190                 " with %u links between them.",
 191                 node->id, node->level, node->position, (*currentParentNode)->id, (*currentParentNode)->level,
 192                 (*currentParentNode)->position, this->num_port_lower_level_[level]);
 193       for (unsigned int j = 0; j < this->num_port_lower_level_[level]; j++) {
 194         this->add_link(*currentParentNode, node->label[level] + j * this->num_children_per_node_[level], node,
 195                        (*currentParentNode)->label[level] + j * this->num_parents_per_node_[level]);
 196       }
 197       connectionsNumber++;
 198     }
 199     ++currentParentNode;
 200   }
 201   return connectionsNumber;
 202 }
 203
 204 bool FatTreeZone::are_related(FatTreeNode* parent, FatTreeNode* child)
 205 {
 206   std::stringstream msgBuffer;
 207
 208   if (XBT_LOG_ISENABLED(surf_route_fat_tree, xbt_log_priority_debug)) {
 209     msgBuffer << "Are " << child->id << "(" << child->level << "," << child->position << ") <";
 210
 211     for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 212       msgBuffer << child->label[i] << ",";
 213     }
 214     msgBuffer << ">";
 215
 216     msgBuffer << " and " << parent->id << "(" << parent->level << "," << parent->position << ") <";
 217     for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 218       msgBuffer << parent->label[i] << ",";
 219     }
 220     msgBuffer << ">";
 221     msgBuffer << " related ? ";
 222     XBT_DEBUG("%s", msgBuffer.str().c_str());
 223   }
 224   if (parent->level != child->level + 1) {
 225     return false;
 226   }
 227
 228   for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 229     if (parent->label[i] != child->label[i] && i + 1 != parent->level) {
 230       return false;
 231     }
 232   }
 233   return true;
 234 }
 235
 236 void FatTreeZone::generate_switches()
 237 {
 238   XBT_DEBUG("Generating switches.");
 239   this->nodes_by_level_.resize(this->levels_ + 1, 0);
 240
 241   // Take care of the number of nodes by level
 242   this->nodes_by_level_[0] = 1;
 243   for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++)
 244     this->nodes_by_level_[0] *= this->num_children_per_node_[i];
 245
 246   if (this->nodes_by_level_[0] != this->nodes_.size()) {
 247     surf_parse_error(std::string("The number of provided nodes does not fit with the wanted topology.") +
 248                      " Please check your platform description (We need " + std::to_string(this->nodes_by_level_[0]) +
 249                      "nodes, we got " + std::to_string(this->nodes_.size()));
 250   }
 251
 252   for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 253     int nodesInThisLevel = 1;
 254
 255     for (unsigned int j = 0; j <= i; j++)
 256       nodesInThisLevel *= this->num_parents_per_node_[j];
 257
 258     for (unsigned int j = i + 1; j < this->levels_; j++)
 259       nodesInThisLevel *= this->num_children_per_node_[j];
 260
 261     this->nodes_by_level_[i + 1] = nodesInThisLevel;
 262   }
 263
 264   // Create the switches
 265   int k = 0;
 266   for (unsigned int i = 0; i < this->levels_; i++) {
 267     for (unsigned int j = 0; j < this->nodes_by_level_[i + 1]; j++) {
 268       FatTreeNode* newNode = new FatTreeNode(this->cluster_, --k, i + 1, j);
 269       XBT_DEBUG("We create the switch %d(%u,%u)", newNode->id, newNode->level, newNode->position);
 270       newNode->children.resize(this->num_children_per_node_[i] * this->num_port_lower_level_[i]);
 271       if (i != this->levels_ - 1) {
 272         newNode->parents.resize(this->num_parents_per_node_[i + 1] * this->num_port_lower_level_[i + 1]);
 273       }
 274       newNode->label.resize(this->levels_);
 275       this->nodes_.push_back(newNode);
 276     }
 277   }
 278 }
 279
 280 void FatTreeZone::generate_labels()
 281 {
 282   XBT_DEBUG("Generating labels.");
 283   // TODO : check if nodesByLevel and nodes are filled
 284   std::vector<int> maxLabel(this->levels_);
 285   std::vector<int> currentLabel(this->levels_);
 286   unsigned int k = 0;
 287   for (unsigned int i = 0; i <= this->levels_; i++) {
 288     currentLabel.assign(this->levels_, 0);
 289     for (unsigned int j = 0; j < this->levels_; j++) {
 290       maxLabel[j] = j + 1 > i ? this->num_children_per_node_[j] : this->num_parents_per_node_[j];
 291     }
 292
 293     for (unsigned int j = 0; j < this->nodes_by_level_[i]; j++) {
 294       if (XBT_LOG_ISENABLED(surf_route_fat_tree, xbt_log_priority_debug)) {
 295         std::stringstream msgBuffer;
 296
 297         msgBuffer << "Assigning label <";
 298         for (unsigned int l = 0; l < this->levels_; l++) {
 299           msgBuffer << currentLabel[l] << ",";
 300         }
 301         msgBuffer << "> to " << k << " (" << i << "," << j << ")";
 302
 303         XBT_DEBUG("%s", msgBuffer.str().c_str());
 304       }
 305       this->nodes_[k]->label.assign(currentLabel.begin(), currentLabel.end());
 306
 307       bool remainder   = true;
 308       unsigned int pos = 0;
 309       while (remainder && pos < this->levels_) {
 310         ++currentLabel[pos];
 311         if (currentLabel[pos] >= maxLabel[pos]) {
 312           currentLabel[pos] = 0;
 313           remainder         = true;
 314           ++pos;
 315         } else {
 316           pos       = 0;
 317           remainder = false;
 318         }
 319       }
 320       k++;
 321     }
 322   }
 323 }
 324
 325 int FatTreeZone::get_level_position(const unsigned int level)
 326 {
 327   xbt_assert(level <= this->levels_, "The impossible did happen. Yet again.");
 328   int tempPosition = 0;
 329
 330   for (unsigned int i = 0; i < level; i++)
 331     tempPosition += this->nodes_by_level_[i];
 332
 333   return tempPosition;
 334 }
 335
 336 void FatTreeZone::add_processing_node(int id)
 337 {
 338   using std::make_pair;
 339   static int position = 0;
 340   FatTreeNode* newNode;
 341   newNode = new FatTreeNode(this->cluster_, id, 0, position++);
 342   newNode->parents.resize(this->num_parents_per_node_[0] * this->num_port_lower_level_[0]);
 343   newNode->label.resize(this->levels_);
 344   this->compute_nodes_.insert(make_pair(id, newNode));
 345   this->nodes_.push_back(newNode);
 346 }
 347
 348 void FatTreeZone::add_link(FatTreeNode* parent, unsigned int parentPort, FatTreeNode* child, unsigned int childPort)
 349 {
 350   FatTreeLink* newLink;
 351   newLink = new FatTreeLink(this->cluster_, child, parent);
 352   XBT_DEBUG("Creating a link between the parent (%u,%u,%u) and the child (%u,%u,%u)", parent->level, parent->position,
 353             parentPort, child->level, child->position, childPort);
 354   parent->children[parentPort] = newLink;
 355   child->parents[childPort]    = newLink;
 356
 357   this->links_.push_back(newLink);
 358 }
 359
 360 void FatTreeZone::parse_specific_arguments(ClusterCreationArgs* cluster)
 361 {
 362   std::vector<std::string> parameters;
 363   std::vector<std::string> tmp;
 364   boost::split(parameters, cluster->topo_parameters, boost::is_any_of(";"));
 365
 366   // TODO : we have to check for zeros and negative numbers, or it might crash
 367   surf_parse_assert(
 368       parameters.size() == 4,
 369       "Fat trees are defined by the levels number and 3 vectors, see the documentation for more information.");
 370
 371   // The first parts of topo_parameters should be the levels number
 372   try {
 373     this->levels_ = std::stoi(parameters[0]);
 374   } catch (const std::invalid_argument&) {
 375     surf_parse_error(std::string("First parameter is not the amount of levels: ") + parameters[0]);
 376   }
 377
 378   // Then, a l-sized vector standing for the children number by level
 379   boost::split(tmp, parameters[1], boost::is_any_of(","));
 380   surf_parse_assert(tmp.size() == this->levels_, std::string("You specified ") + std::to_string(this->levels_) +
 381                                                      " levels but the child count vector (the first one) contains " +
 382                                                      std::to_string(tmp.size()) + " levels.");
 383
 384   for (size_t i = 0; i < tmp.size(); i++) {
 385     try {
 386       this->num_children_per_node_.push_back(std::stoi(tmp[i]));
 387     } catch (const std::invalid_argument&) {
 388       surf_parse_error(std::string("Invalid child count: ") + tmp[i]);
 389     }
 390   }
 391
 392   // Then, a l-sized vector standing for the parents number by level
 393   boost::split(tmp, parameters[2], boost::is_any_of(","));
 394   surf_parse_assert(tmp.size() == this->levels_, std::string("You specified ") + std::to_string(this->levels_) +
 395                                                      " levels but the parent count vector (the second one) contains " +
 396                                                      std::to_string(tmp.size()) + " levels.");
 397   for (size_t i = 0; i < tmp.size(); i++) {
 398     try {
 399       this->num_parents_per_node_.push_back(std::stoi(tmp[i]));
 400     } catch (const std::invalid_argument&) {
 401       surf_parse_error(std::string("Invalid parent count: ") + tmp[i]);
 402     }
 403   }
 404
 405   // Finally, a l-sized vector standing for the ports number with the lower level
 406   boost::split(tmp, parameters[3], boost::is_any_of(","));
 407   surf_parse_assert(tmp.size() == this->levels_, std::string("You specified ") + std::to_string(this->levels_) +
 408                                                      " levels but the port count vector (the third one) contains " +
 409                                                      std::to_string(tmp.size()) + " levels.");
 410   for (size_t i = 0; i < tmp.size(); i++) {
 411     try {
 412       this->num_port_lower_level_.push_back(std::stoi(tmp[i]));
 413     } catch (const std::invalid_argument&) {
 414       throw std::invalid_argument(std::string("Invalid lower level port number:") + tmp[i]);
 415     }
 416   }
 417   this->cluster_ = cluster;
 418 }
 419
 420 void FatTreeZone::generate_dot_file(const std::string& filename) const
 421 {
 422   std::ofstream file;
 423   file.open(filename, std::ios::out | std::ios::trunc);
 424   xbt_assert(file.is_open(), "Unable to open file %s", filename.c_str());
 425
 426   file << "graph AsClusterFatTree {\n";
 427   for (unsigned int i = 0; i < this->nodes_.size(); i++) {
 428     file << this->nodes_[i]->id;
 429     if (this->nodes_[i]->id < 0)
 430       file << " [shape=circle];\n";
 431     else
 432       file << " [shape=hexagon];\n";
 433   }
 434
 435   for (unsigned int i = 0; i < this->links_.size(); i++) {
 436     file << this->links_[i]->down_node_->id << " -- " << this->links_[i]->up_node_->id << ";\n";
 437   }
 438   file << "}";
 439   file.close();
 440 }
 441
 442 FatTreeNode::FatTreeNode(ClusterCreationArgs* cluster, int id, int level, int position)
 443     : id(id), level(level), position(position)
 444 {
 445   LinkCreationArgs linkTemplate;
 446   if (cluster->limiter_link) {
 447     linkTemplate.bandwidths.push_back(cluster->limiter_link);
 448     linkTemplate.latency   = 0;
 449     linkTemplate.policy    = s4u::Link::SharingPolicy::SHARED;
 450     linkTemplate.id        = "limiter_"+std::to_string(id);
 451     sg_platf_new_link(&linkTemplate);
 452     this->limiter_link_ = s4u::Link::by_name(linkTemplate.id)->get_impl();
 453   }
 454   if (cluster->loopback_bw || cluster->loopback_lat) {
 455     linkTemplate.bandwidths.push_back(cluster->loopback_bw);
 456     linkTemplate.latency   = cluster->loopback_lat;
 457     linkTemplate.policy    = s4u::Link::SharingPolicy::FATPIPE;
 458     linkTemplate.id        = "loopback_"+ std::to_string(id);
 459     sg_platf_new_link(&linkTemplate);
 460     this->loopback = s4u::Link::by_name(linkTemplate.id)->get_impl();
 461   }
 462 }
 463
 464 FatTreeLink::FatTreeLink(ClusterCreationArgs* cluster, FatTreeNode* downNode, FatTreeNode* upNode)
 465     : up_node_(upNode), down_node_(downNode)
 466 {
 467   static int uniqueId = 0;
 468   LinkCreationArgs linkTemplate;
 469   linkTemplate.bandwidths.push_back(cluster->bw);
 470   linkTemplate.latency   = cluster->lat;
 471   linkTemplate.policy    = cluster->sharing_policy; // sthg to do with that ?
 472   linkTemplate.id =
 473       "link_from_" + std::to_string(downNode->id) + "_" + std::to_string(upNode->id) + "_" + std::to_string(uniqueId);
 474   sg_platf_new_link(&linkTemplate);
 475
 476   if (cluster->sharing_policy == s4u::Link::SharingPolicy::SPLITDUPLEX) {
 477     this->up_link_   = s4u::Link::by_name(linkTemplate.id + "_UP")->get_impl();   // check link?
 478     this->down_link_ = s4u::Link::by_name(linkTemplate.id + "_DOWN")->get_impl(); // check link ?
 479   } else {
 480     this->up_link_   = s4u::Link::by_name(linkTemplate.id)->get_impl();
 481     this->down_link_ = this->up_link_;
 482   }
 483   uniqueId++;
 484 }
 485 } // namespace routing
 486 } // namespace kernel
 487 } // namespace simgrid