Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
further improvement to the doxygen doc
[simgrid.git] / include / simgrid / s4u / Actor.hpp
1 /* Copyright (c) 2006-2023. 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 #ifndef SIMGRID_S4U_ACTOR_HPP
7 #define SIMGRID_S4U_ACTOR_HPP
8
9 #include <simgrid/forward.h>
10
11 #include <simgrid/chrono.hpp>
12 #include <xbt/Extendable.hpp>
13 #include <xbt/signal.hpp>
14
15 #include <functional>
16 #include <unordered_map>
17
18 namespace simgrid {
19
20 extern template class XBT_PUBLIC xbt::Extendable<s4u::Actor>;
21
22 namespace s4u {
23
24 /** @ingroup s4u_api
25  *  @brief Static methods working on the current actor (see @ref s4u::Actor) */
26 namespace this_actor {
27
28 XBT_PUBLIC bool is_maestro();
29
30 /** Block the current actor sleeping for that amount of seconds */
31 XBT_PUBLIC void sleep_for(double duration);
32 /** Block the current actor sleeping until the specified timestamp */
33 XBT_PUBLIC void sleep_until(double wakeup_time);
34
35 template <class Rep, class Period> inline void sleep_for(std::chrono::duration<Rep, Period> duration)
36 {
37   auto seconds = std::chrono::duration_cast<SimulationClockDuration>(duration);
38   this_actor::sleep_for(seconds.count());
39 }
40
41 template <class Duration> inline void sleep_until(const SimulationTimePoint<Duration>& wakeup_time)
42 {
43   auto timeout_native = std::chrono::time_point_cast<SimulationClockDuration>(wakeup_time);
44   this_actor::sleep_until(timeout_native.time_since_epoch().count());
45 }
46
47 /** Block the current actor, computing the given amount of flops */
48 XBT_PUBLIC void execute(double flop);
49
50 /** Block the current actor, computing the given amount of flops at the given priority.
51  *  An execution of priority 2 computes twice as fast as an execution at priority 1. */
52 XBT_PUBLIC void execute(double flop, double priority);
53
54 /**
55  * @example examples/cpp/exec-ptask/s4u-exec-ptask.cpp
56  */
57
58 /** Block the current actor until the built parallel execution terminates
59  *
60  * @beginrst
61  * .. _API_s4u_parallel_execute:
62  *
63  * **Example of use:** `examples/cpp/exec-ptask/s4u-exec-ptask.cpp
64  * <https://framagit.org/simgrid/simgrid/tree/master/examples/cpp/exec-ptask/s4u-exec-ptask.cpp>`_
65  *
66  * Parallel executions convenient abstractions of parallel computational kernels that span over several machines,
67  * such as a PDGEM and the other ScaLAPACK routines. If you are interested in the effects of such parallel kernel
68  * on the platform (e.g. to schedule them wisely), there is no need to model them in all details of their internal
69  * execution and communications. It is much more convenient to model them as a single execution activity that spans
70  * over several hosts. This is exactly what s4u's Parallel Executions are.
71  *
72  * To build such an object, you need to provide a list of hosts that are involved in the parallel kernel (the
73  * actor's own host may or may not be in this list) and specify the amount of computations that should be done by
74  * each host, using a vector of flops amount. Then, you should specify the amount of data exchanged between each
75  * hosts during the parallel kernel. For that, a matrix of values is expected.
76  *
77  * It is OK to build a parallel execution without any computation and/or without any communication.
78  * Just pass an empty vector to the corresponding parameter.
79  *
80  * For example, if your list of hosts is ``[host0, host1]``, passing a vector ``[1000, 2000]`` as a `flops_amount`
81  * vector means that `host0` should compute 1000 flops while `host1` will compute 2000 flops. A matrix of
82  * communications' sizes of ``[0, 1, 2, 3]`` specifies the following data exchanges:
83  *
84  * - from host0: [ to host0:  0 bytes; to host1: 1 byte ]
85  *
86  * - from host1: [ to host0: 2 bytes; to host1: 3 bytes ]
87  *
88  * Or, in other words:
89  *
90  * - From host0 to host0: 0 bytes are exchanged
91  *
92  * - From host0 to host1: 1 byte is exchanged
93  *
94  * - From host1 to host0: 2 bytes are exchanged
95  *
96  * - From host1 to host1: 3 bytes are exchanged
97  *
98  * In a parallel execution, all parts (all executions on each hosts, all communications) progress exactly at the
99  * same pace, so they all terminate at the exact same pace. If one part is slow because of a slow resource or
100  * because of contention, this slows down the parallel execution as a whole.
101  *
102  * These objects are somewhat surprising from a modeling point of view. For example, the unit of their speed is
103  * somewhere between flop/sec and byte/sec. Arbitrary parallel executions will simply not work with the usual platform
104  * models, and you must :ref:`use the ptask_L07 host model <models_l07>` for that. Note that you can mix
105  * regular executions and communications with parallel executions, provided that the host model is ptask_L07.
106  *
107  * @endrst
108  */
109 /** Block the current actor until the built parallel execution completes. */
110 XBT_PUBLIC void parallel_execute(const std::vector<s4u::Host*>& hosts, const std::vector<double>& flops_amounts,
111                                  const std::vector<double>& bytes_amounts);
112
113 /** Block the current actor until the built multi-thread execution completes. */
114 XBT_PUBLIC void thread_execute(s4u::Host* host, double flop_amounts, int thread_count);
115
116 /** Initialize a sequential execution that must then be started manually */
117 XBT_PUBLIC ExecPtr exec_init(double flops_amounts);
118 /** Initialize a parallel execution that must then be started manually */
119 XBT_PUBLIC ExecPtr exec_init(const std::vector<s4u::Host*>& hosts, const std::vector<double>& flops_amounts,
120                              const std::vector<double>& bytes_amounts);
121
122 XBT_PUBLIC ExecPtr exec_async(double flops_amounts);
123
124 /** @brief Returns the actor ID of the current actor. */
125 XBT_PUBLIC aid_t get_pid();
126
127 /** @brief Returns the ancestor's actor ID of the current actor. */
128 XBT_PUBLIC aid_t get_ppid();
129
130 /** @brief Returns the name of the current actor. */
131 XBT_PUBLIC std::string get_name();
132 /** @brief Returns the name of the current actor as a C string. */
133 XBT_PUBLIC const char* get_cname();
134
135 /** @brief Returns the name of the host on which the current actor is running. */
136 XBT_PUBLIC Host* get_host();
137
138 /** @brief Suspend the current actor, that is blocked until resume()ed by another actor. */
139 XBT_PUBLIC void suspend();
140
141 /** @brief Yield the current actor. */
142 XBT_PUBLIC void yield();
143
144 /** @brief kill the current actor. */
145 XBT_ATTRIB_NORETURN XBT_PUBLIC void exit();
146
147 /** @brief Add a function to the list of "on_exit" functions of the current actor.
148  *
149  * The on_exit functions are the functions executed when your actor is killed. You should use them to free the data used
150  * by your actor.
151  *
152  * Please note that functions registered in this signal cannot do any simcall themselves. It means that they cannot
153  * send or receive messages, acquire or release mutexes, nor even modify a host property or something. Not only are
154  * blocking functions forbidden in this setting, but also modifications to the global state.
155  *
156  * The parameter of on_exit's callbacks denotes whether or not the actor's execution failed.
157  * It will be set to true if the actor was killed or failed because of an exception or if the simulation deadlocked,
158  * while it will remain to false if the actor terminated gracefully.
159  */
160
161 XBT_PUBLIC void on_exit(const std::function<void(bool)>& fun);
162
163 /** @brief Migrate the current actor to a new host. */
164 XBT_PUBLIC void set_host(Host* new_host);
165 } // namespace this_actor
166
167 /** An actor is an independent stream of execution in your distributed application.
168  *
169  * @beginrst
170  * It is located on a (simulated) :cpp:class:`host <simgrid::s4u::Host>`, but can interact
171  * with the whole simulated platform.
172  *
173  * You can think of an actor as a process in your distributed application, or as a thread in a multithreaded program.
174  * This is the only component in SimGrid that actually does something on its own, executing its own code.
175  * A resource will not get used if you don't schedule activities on them. This is the code of Actors that create and
176  * schedule these activities. **Please refer to the** :ref:`examples <s4u_ex_actors>` **for more information.**
177  *
178  * This API is strongly inspired from the C++11 threads.
179  * The `documentation of this standard <http://en.cppreference.com/w/cpp/thread>`_
180  * may help to understand the philosophy of the SimGrid actors.
181  *
182  * @endrst
183  */
184 class XBT_PUBLIC Actor : public xbt::Extendable<Actor> {
185 #ifndef DOXYGEN
186   friend Exec;
187   friend Mailbox;
188   friend kernel::actor::ActorImpl;
189   friend kernel::activity::MailboxImpl;
190   friend XBT_PUBLIC void this_actor::sleep_for(double);
191   friend XBT_PUBLIC void this_actor::suspend();
192
193   kernel::actor::ActorImpl* const pimpl_;
194 #endif
195
196   explicit Actor(kernel::actor::ActorImpl* pimpl) : pimpl_(pimpl) {}
197
198 public:
199 #ifndef DOXYGEN
200   // ***** No copy *****
201   Actor(Actor const&) = delete;
202   Actor& operator=(Actor const&) = delete;
203
204   // ***** Reference count *****
205   friend XBT_PUBLIC void intrusive_ptr_add_ref(const Actor* actor);
206   friend XBT_PUBLIC void intrusive_ptr_release(const Actor* actor);
207 #endif
208   /** Retrieve the amount of references on that object. Useful to debug the automatic refcounting */
209   int get_refcount() const;
210
211   // ***** Actor creation *****
212   /** \static
213    * Retrieve a reference to myself
214    */
215   static Actor* self();
216
217 private:
218   static xbt::signal<void(Actor&)> on_creation;
219   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_suspend;
220   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_suspend;
221   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_resume;
222   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_resume;
223   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_sleep;
224   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_sleep;
225   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_wake_up;
226   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_wake_up;
227   static xbt::signal<void(const Actor&, const Host& previous_location)> on_host_change;
228   xbt::signal<void(const Actor&, const Host& previous_location)> on_this_host_change;
229   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_termination;
230   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_termination;
231   static xbt::signal<void(Actor const&)> on_destruction;
232   xbt::signal<void(Actor const&)> on_this_destruction;
233
234 public:
235   /** \static Add a callback fired when a new actor has been created **/
236   static void on_creation_cb(const std::function<void(Actor&)>& cb) { on_creation.connect(cb); }
237   /** \static Add a callback fired when any actor is suspended (right before the suspend) **/
238   static void on_suspend_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_suspend.connect(cb); }
239   /** Add a callback fired when this specific actor is suspended (right before the suspend) **/
240   void on_this_suspend_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_suspend.connect(cb); }
241   /** \static Add a callback fired when any actor is resumed (right before the resume) **/
242   static void on_resume_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_resume.connect(cb); }
243   /** Add a callback fired when this specific actor is resumed (right before the resume) **/
244   void on_this_resume_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_resume.connect(cb); }
245   /** \static Add a callback fired when any actor starts sleeping **/
246   static void on_sleep_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_sleep.connect(cb); }
247   /** Add a callback fired when this specific actor starts sleeping **/
248   void on_this_sleep_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_sleep.connect(cb); }
249   /** \static Add a callback fired when any actor wakes up from a sleep **/
250   static void on_wake_up_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_wake_up.connect(cb); }
251   /** Add a callback fired when this specific actor wakes up from a sleep **/
252   void on_this_wake_up_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_wake_up.connect(cb); }
253   /** \static Add a callback fired when any actor is has been migrated to another host **/
254   static void on_host_change_cb(const std::function<void(const Actor&, const Host& previous_location)>& cb)
255   {
256     on_host_change.connect(cb);
257   }
258   /** Add a callback fired when this specific actor is has been migrated to another host **/
259   void on_this_host_change_cb(const std::function<void(const Actor&, const Host& previous_location)>& cb)
260   {
261     on_this_host_change.connect(cb);
262   }
263
264   /** \static
265    *  Add a callback fired when any actor terminates its code.
266    *  @beginrst
267    *  The actor may continue to exist if it is still referenced in the simulation, but it's not active anymore.
268    *  If you want to free extra data when the actor's destructor is called, use :cpp:func:`Actor::on_destruction_cb`.
269    *  If you want to register to the termination of a given actor, use :cpp:func:`this_actor::on_exit()` instead.
270    *  @endrst
271    */
272   static void on_termination_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_termination.connect(cb); }
273   /** Add a callback fired when this specific actor terminates its code.
274    *  @beginrst
275    *  The actor may continue to exist if it is still referenced in the simulation, but it's not active anymore.
276    *  If you want to free extra data when the actor's destructor is called, use :cpp:func:`Actor::on_this_destruction_cb`.
277    *  @endrst
278    */
279   void on_this_termination_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_termination.connect(cb); }
280   /** \static  Add a callback fired when an actor is about to disappear (its destructor was called).
281    *  This signal is fired for any destructed actor, which is mostly useful when designing plugins and extensions. */
282   static void on_destruction_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_destruction.connect(cb); }
283   /** Add a callback fired when this specific actor is about to disappear (its destructor was called). */
284   void on_this_destruction_cb(const std::function<void(Actor const&)>& cb) { on_this_destruction.connect(cb); }
285
286   /** \static
287    *  Create an actor from a @c std::function<void()>.
288    *  If the actor is restarted, it gets a fresh copy of the function.
289    *  @verbatim embed:rst:inline See the :ref:`example <s4u_ex_actors_create>`. @endverbatim */
290   static ActorPtr create(const std::string& name, s4u::Host* host, const std::function<void()>& code);
291   /** \static
292    *  Create an actor, but don't start it yet.
293    *
294    *  This is useful to set some properties or extension before actually starting it */
295   static ActorPtr init(const std::string& name, s4u::Host* host);
296   ActorPtr set_stacksize(unsigned stacksize);
297   /** Start a previously initialized actor */
298   ActorPtr start(const std::function<void()>& code);
299
300   template <class F> ActorPtr start(F code) { return start(std::function<void()>(std::move(code))); }
301
302   template <class F, class... Args,
303   // This constructor is enabled only if the call code(args...) is valid:
304 #ifndef DOXYGEN /* breathe seem to choke on function signatures in template parameter, see breathe#611 */
305             typename = typename std::result_of_t<F(Args...)>
306 #endif
307             >
308   ActorPtr start(F code, Args... args)
309   {
310     return start(std::bind(std::move(code), std::move(args)...));
311   }
312
313   ActorPtr start(const std::function<void()>& code, std::vector<std::string> args);
314
315   /** \static
316    * Create an actor from a callable thing.
317    *  @verbatim embed:rst:inline See the :ref:`example <s4u_ex_actors_create>`. @endverbatim */
318   template <class F> static ActorPtr create(const std::string& name, s4u::Host* host, F code)
319   {
320     return create(name, host, std::function<void()>(std::move(code)));
321   }
322
323   /** \static
324    * Create an actor using a callable thing and its arguments.
325    *
326    * Note that the arguments will be copied, so move-only parameters are forbidden.
327    * @verbatim embed:rst:inline See the :ref:`example <s4u_ex_actors_create>`. @endverbatim */
328
329   template <class F, class... Args,
330             // This constructor is enabled only if the call code(args...) is valid:
331 #ifndef DOXYGEN /* breathe seem to choke on function signatures in template parameter, see breathe#611 */
332             typename = typename std::result_of_t<F(Args...)>
333 #endif
334             >
335   static ActorPtr create(const std::string& name, s4u::Host* host, F code, Args... args)
336   {
337     return create(name, host, std::bind(std::move(code), std::move(args)...));
338   }
339
340   /** \static
341    *  Create actor from function name and a vector of strings as arguments.
342    *  @verbatim embed:rst:inline See the :ref:`example <s4u_ex_actors_create>`. @endverbatim */
343   static ActorPtr create(const std::string& name, s4u::Host* host, const std::string& function,
344                          std::vector<std::string> args);
345
346   // ***** Methods *****
347   /** This actor will be automatically terminated when the last non-daemon actor finishes.
348    *
349    * Daemons are killed as soon as the last regular actor disappears. If another regular actor
350    * gets restarted later on by a timer or when its host reboots, the daemons do not get restarted.
351    **/
352   Actor* daemonize();
353
354   /** Returns whether or not this actor has been daemonized or not **/
355   bool is_daemon() const;
356
357   static bool is_maestro();
358
359   /** Retrieves the name of that actor as a C++ string */
360   const std::string& get_name() const;
361   /** Retrieves the name of that actor as a C string */
362   const char* get_cname() const;
363   /** Retrieves the host on which that actor is running */
364   Host* get_host() const;
365   /** Retrieves the actor ID of that actor */
366   aid_t get_pid() const;
367   /** Retrieves the actor ID of that actor's creator */
368   aid_t get_ppid() const;
369
370   /** Suspend an actor, that is blocked until resumed by another actor. */
371   void suspend();
372
373   /** Resume an actor that was previously suspended */
374   void resume();
375
376   /** Returns true if the actor is suspended. */
377   bool is_suspended() const;
378
379   /** If set to true, the actor will automatically restart when its host reboots.
380    *
381    * Some elements of the actor are remembered over reboots: name, host, properties, the on_exit functions, whether it
382    * is daemonized and whether it should automatically restart when its host reboots. Note that the state after reboot
383    * is the one when set_auto_restart() is called.
384    *
385    * If you daemonize your actor after marking it auto_restart, then the new actor after rebooot will not be a daemon.
386    *
387    * The on_exit functions are the one defined when the actor dies, not the ones given when it was marked auto_restart
388    * (sorry for the inconsistency -- speak to us if it's too hard to bear).
389    */
390   Actor* set_auto_restart(bool autorestart = true);
391   /** Returns the number of reboots that this actor did. Before the first reboot, this function returns 0. */
392   int get_restart_count() const;
393
394   /** Add a function to the list of "on_exit" functions for the current actor. The on_exit functions are the functions
395    * executed when your actor is killed. You should use them to free the data used by your actor.
396    *
397    * Please note that functions registered in this signal cannot do any simcall themselves. It means that they cannot
398    * send or receive messages, acquire or release mutexes, nor even modify a host property or something. Not only are
399    * blocking functions forbidden in this setting, but also modifications to the global state.
400    *
401    * The parameter of on_exit's callbacks denotes whether or not the actor's execution failed.
402    * It will be set to true if the actor was killed or failed because of an exception,
403    * while it will remain to false if the actor terminated gracefully.
404    */
405   void on_exit(const std::function<void(bool /*failed*/)>& fun) const;
406
407   /** Sets the time at which that actor should be killed */
408   void set_kill_time(double time);
409   /** Retrieves the time at which that actor will be killed (or -1 if not set) */
410   double get_kill_time() const;
411
412   /** @brief Moves the actor to another host
413    *
414    * If the actor is currently blocked on an execution activity, the activity is also
415    * migrated to the new host. If it's blocked on another kind of activity, an error is
416    * raised as the mandated code is not written yet. Please report that bug if you need it.
417    *
418    * Asynchronous activities started by the actor are not migrated automatically, so you have
419    * to take care of this yourself (only you knows which ones should be migrated).
420    */
421   void set_host(Host* new_host);
422
423   /** Ask the actor to die.
424    *
425    * Any blocking activity will be canceled, and it will be rescheduled to free its memory.
426    * Being killed is not something that actors can defer or avoid.
427    */
428   void kill();
429
430   /** \static
431     * Retrieves the actor that have the given PID (or nullptr if not existing)
432   */
433   static ActorPtr by_pid(aid_t pid);
434
435   /** Wait for the actor to finish.
436    *
437    * Blocks the calling actor until the joined actor is terminated. If actor alice executes bob.join(), then alice is
438    * blocked until bob terminates.
439    */
440   void join() const;
441
442   /** Wait for the actor to finish, or for the timeout to elapse.
443    *
444    * Blocks the calling actor until the joined actor is terminated. If actor alice executes bob.join(), then alice is
445    * blocked until bob terminates.
446    */
447   void join(double timeout) const;
448   /** Kill that actor and restart it from start. */
449   Actor* restart();
450
451   /** \static
452    * Kill all actors (but the issuer). Being killed is not something that actors can delay or avoid.
453   */
454   static void kill_all();
455
456   /** Returns the internal implementation of this actor */
457   kernel::actor::ActorImpl* get_impl() const { return pimpl_; }
458
459   /** Retrieve the list of properties for that actor */
460   const std::unordered_map<std::string, std::string>*
461   get_properties() const; // FIXME: do not export the map, but only the keys or something
462
463   /** Retrieve the property value (or nullptr if not set) */
464   const char* get_property(const std::string& key) const;
465
466   /** Set a property (old values will be overwritten) */
467   void set_property(const std::string& key, const std::string& value);
468 };
469
470 }} // namespace simgrid::s4u
471
472
473 #endif /* SIMGRID_S4U_ACTOR_HPP */