0e96b8af5e64fc01a451e1f5bd61296b67df3b72
[charm.git] / src / ck-ldb / MetaBalancer.C
1 /**
2  * 
3 */
4 /*@{*/
5
6 #include "converse.h"
7
8 /*
9  */
10
11 #include "MetaBalancer.h"
12 #include "topology.h"
13
14 #include "limits.h"
15
16 #define VEC_SIZE 50
17 #define IMB_TOLERANCE 1.1
18 #define OUTOFWAY_TOLERANCE 2
19 #define UTILIZATION_THRESHOLD 0.7
20 #define NEGLECT_IDLE 2 // Should never be == 1
21 #define MIN_STATS 6
22 #define STATS_COUNT 8 // The number of stats collected during reduction
23
24 #define DEBAD(x) /*CkPrintf x*/
25 #define DEBADDETAIL(x) /*CkPrintf x*/
26 #define EXTRA_FEATURE 0
27
28 CkReductionMsg* lbDataCollection(int nMsg, CkReductionMsg** msgs) {
29   double lb_data[STATS_COUNT];
30   lb_data[1] = 0.0; // total number of processors contributing
31   lb_data[2] = 0.0; // total load
32   lb_data[3] = 0.0; // max load
33   lb_data[4] = 0.0; // idle time
34   lb_data[5] = 1.0; // utilization
35   lb_data[6] = 0.0; // total load with bg
36   lb_data[7] = 0.0; // max load with bg
37   for (int i = 0; i < nMsg; i++) {
38     CkAssert(msgs[i]->getSize() == STATS_COUNT*sizeof(double));
39     if (msgs[i]->getSize() != STATS_COUNT*sizeof(double)) {
40       CkPrintf("Error!!! Reduction not correct. Msg size is %d\n",
41           msgs[i]->getSize());
42       CkAbort("Incorrect Reduction size in MetaBalancer\n");
43     }
44     double* m = (double *)msgs[i]->getData();
45     // Total count
46     lb_data[1] += m[1];
47     // Avg load
48     lb_data[2] += m[2];
49     // Max load
50     lb_data[3] = ((m[3] > lb_data[3])? m[3] : lb_data[3]);
51     // Avg idle
52     lb_data[4] += m[4];
53     // Get least utilization
54     lb_data[5] = ((m[5] < lb_data[5]) ? m[5] : lb_data[5]);
55     // Get Avg load with bg
56     lb_data[6] += m[6];
57     // Get Max load with bg
58     lb_data[7] = ((m[7] > lb_data[7])? m[7] : lb_data[7]);
59     if (i == 0) {
60       // Iteration no
61       lb_data[0] = m[0];
62     }
63     if (m[0] != lb_data[0]) {
64       CkPrintf("Error!!! Reduction is intermingled between iteration %lf \
65         and %lf\n", lb_data[0], m[0]);
66       CkAbort("Intermingling iterations in MetaBalancer\n");
67     }
68   }
69   return CkReductionMsg::buildNew(STATS_COUNT*sizeof(double), lb_data);
70 }
71
72 /*global*/ CkReduction::reducerType lbDataCollectionType;
73 /*initcall*/ void registerLBDataCollection(void) {
74   lbDataCollectionType = CkReduction::addReducer(lbDataCollection);
75 }
76
77 CkGroupID _metalb;
78 CkGroupID _metalbred;
79
80 CkpvDeclare(int, metalbInited);  /**< true if metabalancer is inited */
81
82 // mainchare
83 MetaLBInit::MetaLBInit(CkArgMsg *m) {
84 #if CMK_LBDB_ON
85   _metalb = CProxy_MetaBalancer::ckNew();
86   _metalbred = CProxy_MetaBalancerRedn::ckNew();
87 #endif
88   delete m;
89 }
90
91 // called from init.C
92 void _metabalancerInit() {
93   CkpvInitialize(int, metalbInited);
94   CkpvAccess(metalbInited) = 0;
95 }
96
97 void MetaBalancer::initnodeFn() {
98 }
99
100 // called by my constructor
101 void MetaBalancer::init(void) {
102   lbdatabase = (LBDatabase *)CkLocalBranch(_lbdb);
103   CkpvAccess(metalbInited) = 1;
104   total_load_vec.resize(VEC_SIZE, 0.0);
105   total_count_vec.resize(VEC_SIZE, 0);
106   prev_idle = 0.0;
107   alpha_beta_cost_to_load = 1.0; // Some random value. TODO: Find the actual
108
109   metaRdnGroup = (MetaBalancerRedn*)CkLocalBranch(_metalbred);
110
111   adaptive_lbdb.lb_iter_no = -1;
112
113   // If metabalancer enabled, initialize the variables
114   adaptive_struct.tentative_period =  INT_MAX;
115   adaptive_struct.final_lb_period =  INT_MAX;
116   adaptive_struct.lb_calculated_period = INT_MAX;
117   adaptive_struct.lb_iteration_no = -1;
118   adaptive_struct.finished_iteration_no = -1;
119   adaptive_struct.global_max_iter_no = 0;
120   adaptive_struct.tentative_max_iter_no = -1;
121   adaptive_struct.in_progress = false;
122   adaptive_struct.lb_strategy_cost = 0.0;
123   adaptive_struct.lb_migration_cost = 0.0;
124   adaptive_struct.lb_msg_send_no = 0;
125   adaptive_struct.lb_msg_recv_no = 0;
126   adaptive_struct.total_syncs_called = 0;
127   adaptive_struct.last_lb_type = -1;
128
129
130   // This is indicating if the load balancing strategy and migration started.
131   // This is mainly used to register callbacks for noobj pes. They would
132   // register as soon as resumefromsync is called. On receiving the handles at
133   // the central pe, it clears the previous handlers and sets lb_in_progress
134   // to false so that it doesn't clear the handles.
135   lb_in_progress = false;
136
137   is_prev_lb_refine = -1;
138   if (_lb_args.metaLbOn()) {
139     periodicCall((void *) this);
140   }
141 }
142
143 void MetaBalancer::pup(PUP::er& p) {
144         CBase_MetaBalancer::pup(p);
145   if (p.isUnpacking()) {
146     lbdatabase = (LBDatabase *)CkLocalBranch(_lbdb);
147     metaRdnGroup = (MetaBalancerRedn*)CkLocalBranch(_metalbred);
148   }
149   p|prev_idle;
150   p|alpha_beta_cost_to_load;
151   p|is_prev_lb_refine;
152   p|lb_in_progress;
153 }
154
155
156 void MetaBalancer::ResumeClients() {
157   // If metabalancer enabled, initialize the variables
158   if (!resume_client_called) {
159     resume_client_called = true;
160   CkPrintf("[%d] Metabalancer ResumeClient\n", CkMyPe());
161   adaptive_lbdb.history_data.clear();
162
163   adaptive_struct.tentative_period =  INT_MAX;
164   adaptive_struct.final_lb_period =  INT_MAX;
165   adaptive_struct.lb_calculated_period = INT_MAX;
166   adaptive_struct.lb_iteration_no = -1;
167   adaptive_struct.finished_iteration_no = -1;
168   adaptive_struct.global_max_iter_no = 0;
169   adaptive_struct.tentative_max_iter_no = -1;
170   adaptive_struct.in_progress = false;
171   adaptive_struct.lb_strategy_cost = 0.0;
172   adaptive_struct.lb_migration_cost = 0.0;
173   adaptive_struct.lb_msg_send_no = 0;
174   adaptive_struct.lb_msg_recv_no = 0;
175   adaptive_struct.total_syncs_called = 0;
176
177   prev_idle = 0.0;
178   if (lb_in_progress) {
179     lbdb_no_obj_callback.clear();
180     lb_in_progress = false;
181   }
182   HandleAdaptiveNoObj();
183   }
184 }
185
186 int MetaBalancer::get_iteration() {
187   return adaptive_struct.lb_iteration_no;
188 }
189
190 int MetaBalancer::get_finished_iteration() {
191   return adaptive_struct.finished_iteration_no;
192 }
193
194 bool MetaBalancer::AddLoad(int it_n, double load) {
195   int index = it_n % VEC_SIZE;
196   total_count_vec[index]++;
197   adaptive_struct.total_syncs_called++;
198   DEBADDETAIL(("At PE %d Total contribution for iteration %d is %d \
199       total objs %d\n", CkMyPe(), it_n, total_count_vec[index],
200       lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount()));
201
202   if (it_n <= adaptive_struct.finished_iteration_no) {
203     CkAbort("Error!! Received load for iteration that has contributed\n");
204   }
205   if (it_n > adaptive_struct.lb_iteration_no) {
206     adaptive_struct.lb_iteration_no = it_n;
207   }
208   total_load_vec[index] += load;
209   if (total_count_vec[index] > lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount()) {
210     CkPrintf("iteration %d received %d contributions and expected %d\n", it_n,
211         total_count_vec[index], lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount());
212     CkAbort("Abort!!! Received more contribution");
213   }
214
215   if (total_count_vec[index] == lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount()) {
216     double idle_time, bg_walltime, cpu_bgtime;
217     lbdatabase->IdleTime(&idle_time);
218     lbdatabase->BackgroundLoad(&bg_walltime, &cpu_bgtime);
219
220     int sync_for_bg = adaptive_struct.total_syncs_called +
221         lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount();
222     bg_walltime = bg_walltime * lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount() / sync_for_bg;
223
224     if (it_n < NEGLECT_IDLE) {
225       prev_idle = idle_time;
226     }
227     idle_time -= prev_idle;
228
229     // The chares do not contribute their 0th iteration load. So the total syncs
230     // in reality is total_syncs_called + obj_counts
231     int total_countable_syncs = adaptive_struct.total_syncs_called +
232         (1 - NEGLECT_IDLE) * lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount(); // TODO: Fix me!
233     if (total_countable_syncs != 0) {
234       idle_time = idle_time * lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount() / total_countable_syncs;
235     }
236
237     double lb_data[STATS_COUNT];
238     lb_data[0] = it_n;
239     lb_data[1] = 1;
240     lb_data[2] = total_load_vec[index]; // For average load
241     lb_data[3] = total_load_vec[index]; // For max load
242     lb_data[4] = idle_time;
243     // Set utilization
244     if (total_load_vec[index] == 0.0) {
245       lb_data[5] = 0.0;
246     } else {
247       lb_data[5] = total_load_vec[index]/(idle_time + total_load_vec[index]);
248     }
249     lb_data[6] = lb_data[2] + bg_walltime; // For Avg load with bg
250     lb_data[7] = lb_data[6]; // For Max load with bg
251     total_load_vec[index] = 0.0;
252     total_count_vec[index] = 0;
253
254     adaptive_struct.finished_iteration_no = it_n;
255     DEBADDETAIL(("[%d] sends total load %lf idle time %lf ratio of idle/load %lf at iter %d\n",
256         CkMyPe(), total_load_vec[index], idle_time,
257         idle_time/total_load_vec[index], adaptive_struct.finished_iteration_no));
258
259     CkCallback cb(CkIndex_MetaBalancer::ReceiveMinStats((CkReductionMsg*)NULL), thisProxy[0]);
260     contribute(STATS_COUNT*sizeof(double), lb_data, lbDataCollectionType, cb);
261     resume_client_called = false;
262   }
263   return true;
264 }
265
266 void MetaBalancer::ReceiveMinStats(CkReductionMsg *msg) {
267   double* load = (double *) msg->getData();
268   double avg = load[2]/load[1];
269   double max = load[3];
270   double avg_idle = load[4]/load[1];
271   double utilization = load[5];
272   int iteration_n = (int) load[0];
273   double avg_load_bg = load[6]/load[1];
274   double max_load_bg = load[7];
275   DEBAD(("** [%d] Iteration Avg load: %lf Max load: %lf Avg Idle : %lf \
276       Max Idle : %lf for %lf procs\n",iteration_n, avg, max, avg_idle,
277       utilization, load[1]));
278   delete msg;
279
280   // For processors with  no  objs, trigger MetaBalancer reduction
281   if (adaptive_struct.final_lb_period != iteration_n) {
282     for (int i = 0; i < lbdb_no_obj_callback.size(); i++) {
283       thisProxy[lbdb_no_obj_callback[i]].TriggerAdaptiveReduction();
284     }
285   }
286
287   // Store the data for this iteration
288   adaptive_lbdb.lb_iter_no = iteration_n;
289   AdaptiveData data;
290   data.iteration = adaptive_lbdb.lb_iter_no;
291   data.max_load = max;
292   data.avg_load = avg;
293   data.utilization = utilization;
294   data.idle_time = avg_idle;
295   adaptive_lbdb.history_data.push_back(data);
296
297   if (iteration_n == 1) {
298     adaptive_struct.info_first_iter.max_avg_ratio = max/avg;
299   }
300
301
302   if (adaptive_struct.final_lb_period == iteration_n) {
303     thisProxy.MetaLBCallLBOnChares();
304   }
305
306   // If lb period inform is in progress, dont inform again.
307   // If this is the lb data corresponding to the final lb period informed, then
308   // don't recalculate as some of the processors might have already gone into
309   // LB_STAGE.
310   if (adaptive_struct.in_progress || 
311       (adaptive_struct.final_lb_period == iteration_n)) {
312     return;
313   }
314
315   double utilization_threshold = UTILIZATION_THRESHOLD;
316
317 #if EXTRA_FEATURE
318   DEBAD(("alpha_beta_to_load %lf\n", alpha_beta_cost_to_load));
319   if (alpha_beta_cost_to_load < 0.1) {
320     // Ignore the effect of idle time and there by lesser utilization. So we
321     // assign utilization threshold to be 0.0
322     DEBAD(("Changing the idle load tolerance coz this isn't \
323         communication intensive benchmark\n"));
324     utilization_threshold = 0.0;
325   }
326 #endif
327
328   // First generate the lb period based on the cost of lb. Find out what is the
329   // expected imbalance at the calculated lb period.
330   int period;
331   // This is based on the new max load after load balancing. So technically, it
332   // is calculated based on the shifter up avg curve.
333   double ratio_at_t = 1.0;
334   int tmp_lb_type;
335   double tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio;
336   GetPrevLBData(tmp_lb_type, tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio);
337
338   double tolerate_imb = IMB_TOLERANCE * tmp_max_avg_ratio;
339
340   if (generatePlan(period, ratio_at_t)) {
341     DEBAD(("Generated period and calculated %d and period %d max iter %d\n",
342       adaptive_struct.lb_calculated_period, period,
343       adaptive_struct.tentative_max_iter_no));
344     // set the imbalance tolerance to be ratio_at_calculated_lb_period
345     if (ratio_at_t != 1.0) {
346       DEBAD(("Changed tolerance to %lf after line eq whereas max/avg is %lf\n",
347         ratio_at_t, max/avg));
348       // Since ratio_at_t is shifter up, max/(tmp_max_avg_ratio * avg) should be
349       // compared with the tolerance
350       tolerate_imb = ratio_at_t * tmp_max_avg_ratio * OUTOFWAY_TOLERANCE;
351     }
352
353     DEBAD(("Prev LB Data Type %d, max/avg %lf, local/remote %lf\n",
354       tmp_lb_type, tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio));
355
356     if ((utilization < utilization_threshold || max/avg >= tolerate_imb) &&
357           adaptive_lbdb.history_data.size() > MIN_STATS) {
358       DEBAD(("Trigger soon even though we calculated lbperiod max/avg(%lf) and utilization ratio (%lf)\n", max/avg, utilization));
359       TriggerSoon(iteration_n, max/avg, tolerate_imb);
360       return;
361     }
362
363     // If the new lb period from linear extrapolation is greater than maximum
364     // iteration known from previously collected data, then inform all the
365     // processors about the new calculated period.
366     if (period > adaptive_struct.tentative_max_iter_no && period !=
367           adaptive_struct.final_lb_period) {
368       adaptive_struct.doCommStrategy = false;
369       adaptive_struct.lb_calculated_period = period;
370       adaptive_struct.in_progress = true;
371       DEBAD(("Sticking to the calculated period %d\n",
372           adaptive_struct.lb_calculated_period));
373       thisProxy.LoadBalanceDecision(adaptive_struct.lb_msg_send_no++,
374         adaptive_struct.lb_calculated_period);
375       return;
376     }
377     return;
378   }
379
380   DEBAD(("Prev LB Data Type %d, max/avg %lf, local/remote %lf\n", tmp_lb_type,
381       tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio));
382
383   // This would be called when linear extrapolation did not provide suitable
384   // period provided there is enough  historical data 
385   if ((utilization < utilization_threshold || max/avg >= tolerate_imb) && adaptive_lbdb.history_data.size() > 4) {
386     DEBAD(("Carry out load balancing step at iter max/avg(%lf) and utilization \
387       ratio (%lf)\n", max/avg, utilization));
388     TriggerSoon(iteration_n, max/avg, tolerate_imb);
389     return;
390   }
391
392 }
393
394 void MetaBalancer::TriggerSoon(int iteration_n, double imbalance_ratio,
395     double tolerate_imb) {
396
397   // If the previously calculated_period (not the final decision) is greater
398   // than the iter +1 and if it is greater than the maximum iteration we have
399   // seen so far, then we can inform this
400   if ((iteration_n + 1 > adaptive_struct.tentative_max_iter_no) &&
401       (iteration_n+1 < adaptive_struct.lb_calculated_period) &&
402       (iteration_n + 1 != adaptive_struct.final_lb_period)) {
403     if (imbalance_ratio < tolerate_imb) {
404       adaptive_struct.doCommStrategy = true;
405       DEBAD(("No load imbalance but idle time\n"));
406     } else {
407       adaptive_struct.doCommStrategy = false;
408       DEBAD(("load imbalance \n"));
409     }
410     adaptive_struct.lb_calculated_period = iteration_n + 1;
411     adaptive_struct.in_progress = true;
412     DEBAD(("Informing everyone the lb period is %d\n",
413         adaptive_struct.lb_calculated_period));
414     thisProxy.LoadBalanceDecision(adaptive_struct.lb_msg_send_no++,
415         adaptive_struct.lb_calculated_period);
416   }
417 }
418
419 bool MetaBalancer::generatePlan(int& period, double& ratio_at_t) {
420   if (adaptive_lbdb.history_data.size() <= 4) {
421     return false;
422   }
423
424   // Some heuristics for lbperiod
425   // If constant load or almost constant,
426   // then max * new_lb_period > avg * new_lb_period + lb_cost
427   double max = 0.0;
428   double avg = 0.0;
429   AdaptiveData data;
430   for (int i = 0; i < adaptive_lbdb.history_data.size(); i++) {
431     data = adaptive_lbdb.history_data[i];
432     max += data.max_load;
433     avg += data.avg_load;
434     DEBAD(("max (%d, %lf) avg (%d, %lf)\n", i, data.max_load, i, data.avg_load));
435   }
436 //  max /= (adaptive_struct.lb_iteration_no - adaptive_lbdb.history_data[0].iteration);
437 //  avg /= (adaptive_struct.lb_iteration_no - adaptive_lbdb.history_data[0].iteration);
438
439   // If linearly varying load, then find lb_period
440   // area between the max and avg curve
441   // If we can attain perfect balance, then the new load is close to the
442   // average. Hence we pass 1, else pass in some other value which would be the
443   // new max_load after load balancing.
444   int tmp_lb_type;
445   double tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio;
446   double tolerate_imb;
447
448 #if EXTRA_FEATURE
449   // First get the data for refine.
450   GetLBDataForLB(1, tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio);
451   tolerate_imb = tmp_max_avg_ratio;
452
453   // If RefineLB does a good job, then find the period considering RefineLB
454   if (tmp_max_avg_ratio <= 1.01) {
455     if (max/avg < tolerate_imb) {
456       DEBAD(("Resorting to imb = 1.0 coz max/avg (%lf) < imb(%lf)\n", max/avg,
457           tolerate_imb));
458       tolerate_imb = 1.0;
459     }
460     DEBAD(("Will generate plan for refine %lf imb and %lf overhead\n",
461         tolerate_imb, 0.2));
462     return getPeriodForStrategy(tolerate_imb, 0.2, period, ratio_at_t);
463   }
464
465   GetLBDataForLB(0, tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio);
466 #endif
467
468   GetPrevLBData(tmp_lb_type, tmp_max_avg_ratio, tmp_comm_ratio);
469   tolerate_imb = tmp_max_avg_ratio;
470 //  if (max/avg < tolerate_imb) {
471 //    CkPrintf("Resorting to imb = 1.0 coz max/avg (%lf) < imb(%lf)\n", max/avg, tolerate_imb);
472 //    tolerate_imb = 1.0;
473 //  }
474   if (max/avg > tolerate_imb) {
475     if (getPeriodForStrategy(tolerate_imb, 1, period, ratio_at_t)) {
476       return true;
477     }
478   }
479
480   max = 0.0;
481   avg = 0.0;
482   for (int i = 0; i < adaptive_lbdb.history_data.size(); i++) {
483     data = adaptive_lbdb.history_data[i];
484     max += data.max_load;
485     avg += data.avg_load*tolerate_imb;
486   }
487   max /= adaptive_lbdb.history_data.size();
488   avg /= adaptive_lbdb.history_data.size();
489   double cost = adaptive_struct.lb_strategy_cost + adaptive_struct.lb_migration_cost;
490   period = (int) (cost/(max - avg));
491   DEBAD(("Obtained period %d from constant prediction tolerated \
492                         imbalance(%f)\n", period, tolerate_imb));
493   if (period < 0) { 
494     period = adaptive_struct.final_lb_period;
495     DEBAD(("Obtained -ve period from constant prediction so changing to prev %d\n", period));
496   } 
497   ratio_at_t = max / avg;
498   return true;
499 }
500
501 bool MetaBalancer::getPeriodForStrategy(double new_load_percent,
502     double overhead_percent, int& period, double& ratio_at_t) {
503   double mslope, aslope, mc, ac;
504   getLineEq(new_load_percent, aslope, ac, mslope, mc);
505   DEBAD(("new load percent %lf\n", new_load_percent));
506   DEBAD(("\n max: %fx + %f; avg: %fx + %f\n", mslope, mc, aslope, ac));
507   double a = (mslope - aslope)/2;
508   double b = (mc - ac);
509   double c = -(adaptive_struct.lb_strategy_cost +
510       adaptive_struct.lb_migration_cost) * overhead_percent;
511   DEBAD(("cost %f\n",
512       (adaptive_struct.lb_strategy_cost+adaptive_struct.lb_migration_cost)));
513   bool got_period = getPeriodForLinear(a, b, c, period);
514   if (!got_period) {
515     return false;
516   }
517
518   if (mslope < 0) {
519     if (period > (-mc/mslope)) {
520       DEBAD(("Max < 0 Period set when max load is -ve\n"));
521       return false;
522     }
523   }
524
525   if (aslope < 0) {
526     if (period > (-ac/aslope)) {
527       DEBAD(("Avg < 0 Period set when avg load is -ve\n"));
528       return false;
529     }
530   }
531
532   int intersection_t = (int) ((mc-ac) / (aslope - mslope));
533   if (intersection_t > 0 && period > intersection_t) {
534     DEBAD(("Avg | Max Period set when curves intersect\n"));
535     return false;
536   }
537   ratio_at_t = ((mslope*period + mc)/(aslope*period + ac));
538   DEBAD(("Ratio at t (%lf*%d + %lf) / (%lf*%d+%lf) = %lf\n", mslope, period, mc, aslope, period, ac, ratio_at_t));
539   return true;
540 }
541
542 bool MetaBalancer::getPeriodForLinear(double a, double b, double c, int& period) {
543   DEBAD(("Quadratic Equation %lf X^2 + %lf X + %lf\n", a, b, c));
544   if (a == 0.0) {
545     period = (int) (-c / b);
546     if (period < 0) {
547       DEBAD(("-ve period for -c/b (%d)\n", period));
548       return false;
549     }
550     DEBAD(("Ideal period for linear load %d\n", period));
551     return true;
552   }
553   int x;
554   double t = (b * b) - (4*a*c);
555   if (t < 0) {
556     DEBAD(("(b * b) - (4*a*c) is -ve sqrt : %lf\n", sqrt(t)));
557     return false;
558   }
559   t = (-b + sqrt(t)) / (2*a);
560   x = (int) t;
561   if (x < 0) {
562     DEBAD(("Oops!!! x (%d) < 0\n", x));
563     x = 0;
564     return false;
565   }
566   period = x;
567   DEBAD(("Ideal period for linear load %d\n", period));
568   return true;
569 }
570
571 bool MetaBalancer::getLineEq(double new_load_percent, double& aslope, double& ac, double& mslope, double& mc) {
572   int total = adaptive_lbdb.history_data.size();
573   int iterations = (int) (1 + adaptive_lbdb.history_data[total - 1].iteration -
574       adaptive_lbdb.history_data[0].iteration);
575   double a1 = 0;
576   double m1 = 0;
577   double a2 = 0;
578   double m2 = 0;
579   AdaptiveData data;
580   int i = 0;
581   for (i = 0; i < total/2; i++) {
582     data = adaptive_lbdb.history_data[i];
583     m1 += data.max_load;
584     a1 += data.avg_load;
585     DEBAD(("max (%d, %lf) avg (%d, %lf) adjusted_avg (%d, %lf)\n", i, data.max_load, i, data.avg_load, i, new_load_percent*data.avg_load));
586   }
587   m1 /= i;
588   a1 = (a1 * new_load_percent) / i;
589
590   for (i = total/2; i < total; i++) {
591     data = adaptive_lbdb.history_data[i];
592     m2 += data.max_load;
593     a2 += data.avg_load;
594     DEBAD(("max (%d, %lf) avg (%d, %lf) adjusted_avg (%d, %lf)\n", i, data.max_load, i, data.avg_load, i, new_load_percent*data.avg_load));
595   }
596   m2 /= (i - total/2);
597   a2 = (a2 * new_load_percent) / (i - total/2);
598
599   aslope = 2 * (a2 - a1) / iterations;
600   mslope = 2 * (m2 - m1) / iterations;
601   ac = adaptive_lbdb.history_data[0].avg_load * new_load_percent;
602   mc = adaptive_lbdb.history_data[0].max_load;
603
604   ac = a1 - ((aslope * total)/4);
605   mc = m1 - ((mslope * total)/4);
606
607   //ac = (adaptive_lbdb.history_data[1].avg_load * new_load_percent - aslope);
608   //mc = (adaptive_lbdb.history_data[1].max_load - mslope);
609
610   return true;
611 }
612
613 void MetaBalancer::LoadBalanceDecision(int req_no, int period) {
614   if (req_no < adaptive_struct.lb_msg_recv_no) {
615     DEBAD(("Error!!! Received a request which was already sent or old\n"));
616     return;
617   }
618   DEBADDETAIL(("[%d] Load balance decision made cur iteration: %d period:%d\n",
619                         CkMyPe(), adaptive_struct.lb_iteration_no, period));
620   adaptive_struct.tentative_period = period;
621   adaptive_struct.lb_msg_recv_no = req_no;
622   if (metaRdnGroup == NULL) {
623     metaRdnGroup = (MetaBalancerRedn*)CkLocalBranch(_metalbred);
624   }
625   if (metaRdnGroup != NULL) {
626     metaRdnGroup->getMaxIter(adaptive_struct.lb_iteration_no);
627   }
628 }
629
630 void MetaBalancer::LoadBalanceDecisionFinal(int req_no, int period) {
631   if (req_no < adaptive_struct.lb_msg_recv_no) {
632     return;
633   }
634   DEBADDETAIL(("[%d] Final Load balance decision made cur iteration: %d \
635                         period:%d \n",CkMyPe(), adaptive_struct.lb_iteration_no, period));
636   adaptive_struct.tentative_period = period;
637   adaptive_struct.final_lb_period = period;
638   lbdatabase->MetaLBResumeWaitingChares(period);
639 }
640
641 void MetaBalancer::MetaLBCallLBOnChares() {
642   lbdatabase->MetaLBCallLBOnChares();
643 }
644
645 void MetaBalancer::ReceiveIterationNo(int local_iter_no) {
646   CmiAssert(CkMyPe() == 0);
647
648   if (local_iter_no > adaptive_struct.global_max_iter_no) {
649     adaptive_struct.global_max_iter_no = local_iter_no;
650   }
651
652   int period;
653
654     if (adaptive_struct.global_max_iter_no > adaptive_struct.tentative_max_iter_no) {
655       adaptive_struct.tentative_max_iter_no = adaptive_struct.global_max_iter_no;
656     }
657     period = (adaptive_struct.tentative_period > adaptive_struct.global_max_iter_no) ?
658                                 adaptive_struct.tentative_period : adaptive_struct.global_max_iter_no + 1;
659     // If no one has gone into load balancing stage, then we can safely change
660     // the period otherwise keep the old period.
661     if (adaptive_struct.global_max_iter_no < adaptive_struct.final_lb_period) {
662       adaptive_struct.tentative_period = period;
663       DEBAD(("Final lb_period CHANGED!%d\n", adaptive_struct.tentative_period));
664     } else {
665       adaptive_struct.tentative_period = adaptive_struct.final_lb_period;
666       DEBAD(("Final lb_period NOT CHANGED!%d\n", adaptive_struct.tentative_period));
667     }
668     thisProxy.LoadBalanceDecisionFinal(adaptive_struct.lb_msg_recv_no, adaptive_struct.tentative_period);
669     adaptive_struct.in_progress = false;
670 }
671
672 int MetaBalancer::getPredictedLBPeriod(bool& is_tentative) {
673   // If tentative and final_lb_period are the same, then the decision has been
674   // made but if not, they are in the middle of consensus, hence return the
675   // lease of the two
676   if (adaptive_struct.tentative_period != adaptive_struct.final_lb_period) {
677     is_tentative = true;
678   } else {
679     is_tentative = false;
680   }
681   if (adaptive_struct.tentative_period < adaptive_struct.final_lb_period) {
682     return adaptive_struct.tentative_period;
683    } else {
684      return adaptive_struct.final_lb_period;
685    }
686 }
687
688 // Called by CentralLB to indicate that the LB strategy and migration is in
689 // progress.
690 void MetaBalancer::ResetAdaptive() {
691   adaptive_lbdb.lb_iter_no = -1;
692   lb_in_progress = true;
693   CkPrintf("[%d] In Meta Reset Adapt\n", CkMyPe());
694 }
695
696 // This is required for PEs with no objs
697 void MetaBalancer::periodicCall(void *ad) {
698   MetaBalancer *s = (MetaBalancer *)ad;
699   CcdCallFnAfterOnPE((CcdVoidFn)checkForNoObj, (void *)s, 500, CkMyPe());
700 }
701
702 void MetaBalancer::checkForNoObj(void *ad) {
703   MetaBalancer *s = (MetaBalancer *) ad;
704   s->HandleAdaptiveNoObj();
705 }
706
707 // Called by LBDatabase to indicate that no objs are there in this processor
708 void MetaBalancer::HandleAdaptiveNoObj() {
709   if (lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount() == 0) {
710     resume_client_called = false;
711     adaptive_struct.finished_iteration_no++;
712     adaptive_struct.lb_iteration_no++;
713     DEBAD(("(%d) --HandleAdaptiveNoObj %d\n", CkMyPe(),
714           adaptive_struct.finished_iteration_no));
715     thisProxy[0].RegisterNoObjCallback(CkMyPe());
716     TriggerAdaptiveReduction();
717   }
718 }
719
720 void MetaBalancer::RegisterNoObjCallback(int index) {
721   // If the load balancing process (migration) is going on and in the meantime
722   // one of the processor finishes everything and finds that there are no objs
723   // in it, then it registers a callback. So clear the old data in case it
724   // hasn't been done.
725   if (lb_in_progress) {
726     lbdb_no_obj_callback.clear();
727     lb_in_progress = false;
728   }
729   lbdb_no_obj_callback.push_back(index);
730   DEBAD(("Registered %d to have no objs.\n", index));
731
732   // If collection has already happened and this is second iteration, then
733   // trigger reduction.
734   if (adaptive_lbdb.lb_iter_no != -1) {
735     DEBAD(("Collection already started now %d so kick in\n",
736         adaptive_struct.finished_iteration_no));
737     //thisProxy[index].TriggerAdaptiveReduction();
738   }
739 }
740
741 void MetaBalancer::TriggerAdaptiveReduction() {
742   if (lbdatabase->getLBDB()->ObjDataCount() == 0) {
743     adaptive_struct.finished_iteration_no++;
744     adaptive_struct.lb_iteration_no++;
745     double lb_data[STATS_COUNT];
746     lb_data[0] = adaptive_struct.finished_iteration_no;
747     lb_data[1] = 1;
748     lb_data[2] = 0.0;
749     lb_data[3] = 0.0;
750     lb_data[4] = 0.0;
751     lb_data[5] = 0.0;
752     lb_data[6] = 0.0;
753     lb_data[7] = 0.0;
754
755     DEBAD(("[%d] Triggered adaptive reduction for noobj %d\n", CkMyPe(),
756           adaptive_struct.finished_iteration_no));
757
758     CkCallback cb(CkIndex_MetaBalancer::ReceiveMinStats((CkReductionMsg*)NULL),
759         thisProxy[0]);
760     contribute(STATS_COUNT*sizeof(double), lb_data, lbDataCollectionType, cb);
761   }
762 }
763
764
765 bool MetaBalancer::isStrategyComm() {
766   return adaptive_struct.doCommStrategy;
767 }
768
769 void MetaBalancer::SetMigrationCost(double lb_migration_cost) {
770   adaptive_struct.lb_migration_cost = lb_migration_cost;
771 }
772
773 void MetaBalancer::SetStrategyCost(double lb_strategy_cost) {
774   adaptive_struct.lb_strategy_cost = lb_strategy_cost;
775 }
776
777 void MetaBalancer::UpdateAfterLBData(int lb, double lb_max, double lb_avg, double
778     local_comm, double remote_comm) {
779   adaptive_struct.last_lb_type = lb;
780   if (lb == 0) {
781     adaptive_struct.greedy_info.max_avg_ratio = lb_max/lb_avg;
782   } else if (lb == 1) {
783     adaptive_struct.refine_info.max_avg_ratio = lb_max/lb_avg;
784   } else if (lb == 2) {
785     adaptive_struct.comm_info.remote_local_ratio = remote_comm/local_comm;
786   } else if (lb == 3) {
787     adaptive_struct.comm_refine_info.remote_local_ratio =
788     remote_comm/local_comm;
789   }
790 }
791
792 void MetaBalancer::UpdateAfterLBData(double max_load, double max_cpu,
793     double avg_load) {
794   if (adaptive_struct.last_lb_type == -1) {
795     adaptive_struct.last_lb_type = 0;
796   }
797   int lb = adaptive_struct.last_lb_type;
798   if (lb == 0) {
799     adaptive_struct.greedy_info.max_avg_ratio = max_load/avg_load;
800   } else if (lb == 1) {
801     adaptive_struct.refine_info.max_avg_ratio = max_load/avg_load;
802   } else if (lb == 2) {
803     adaptive_struct.comm_info.max_avg_ratio = max_load/avg_load;
804   } else if (lb == 3) {
805     adaptive_struct.comm_refine_info.max_avg_ratio = max_load/avg_load;
806   }
807 }
808
809 void MetaBalancer::UpdateAfterLBComm(double alpha_beta_to_load) {
810   DEBAD(("Setting alpha beta %lf\n", alpha_beta_to_load));
811   alpha_beta_cost_to_load = alpha_beta_to_load;
812 }
813
814
815 void MetaBalancer::GetPrevLBData(int& lb_type, double& lb_max_avg_ratio,
816     double& remote_local_comm_ratio) {
817   lb_type = adaptive_struct.last_lb_type;
818   lb_max_avg_ratio = 1;
819   remote_local_comm_ratio = 1;
820   GetLBDataForLB(lb_type, lb_max_avg_ratio, remote_local_comm_ratio);
821
822   // Based on the first iteration
823   lb_max_avg_ratio = adaptive_struct.info_first_iter.max_avg_ratio;
824 }
825
826 void MetaBalancer::GetLBDataForLB(int lb_type, double& lb_max_avg_ratio,
827     double& remote_local_comm_ratio) {
828   if (lb_type == 0) {
829     lb_max_avg_ratio = adaptive_struct.greedy_info.max_avg_ratio;
830   } else if (lb_type == 1) {
831     lb_max_avg_ratio = adaptive_struct.refine_info.max_avg_ratio;
832   } else if (lb_type == 2) {
833     remote_local_comm_ratio = adaptive_struct.comm_info.remote_local_ratio;
834   } else if (lb_type == 3) {
835     remote_local_comm_ratio =
836        adaptive_struct.comm_refine_info.remote_local_ratio;
837   }
838 }
839
840 void MetaBalancerRedn::init() {
841   metabalancer = (MetaBalancer *)CkLocalBranch(_metalb);
842 }
843
844 void MetaBalancerRedn::pup(PUP::er& p) {
845         CBase_MetaBalancerRedn::pup(p);
846 }
847
848 void MetaBalancerRedn::ReceiveIterNo(int max_iter) {
849   CkAssert(CkMyPe() == 0);
850   if (metabalancer == NULL) {
851     metabalancer = (MetaBalancer*)CkLocalBranch(_metalb);
852   }
853   if (metabalancer != NULL) {
854     metabalancer->ReceiveIterationNo(max_iter);
855   }
856 }
857
858 void MetaBalancerRedn::getMaxIter(int max_iter) {
859   CkCallback cb(CkReductionTarget(MetaBalancerRedn, ReceiveIterNo), thisProxy[0]);
860   contribute(sizeof(int), &max_iter, CkReduction::max_int, cb);
861 }
862
863 #include "MetaBalancer.def.h"
864
865 /*@}*/