source: GenericIO.h @ 6461f57

Revision 6461f57, 17.4 KB checked in by Hal Finkel <hfinkel@…>, 6 years ago (diff)

start working on sz intrgration

  • Property mode set to 100644
Line 
1/*
2 *                    Copyright (C) 2015, UChicago Argonne, LLC
3 *                               All Rights Reserved
4 *
5 *                               Generic IO (ANL-15-066)
6 *                     Hal Finkel, Argonne National Laboratory
7 *
8 *                              OPEN SOURCE LICENSE
9 *
10 * Under the terms of Contract No. DE-AC02-06CH11357 with UChicago Argonne,
11 * LLC, the U.S. Government retains certain rights in this software.
12 *
13 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
14 * modification, are permitted provided that the following conditions are met:
15 *
16 *   1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
17 *      this list of conditions and the following disclaimer.
18 *
19 *   2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
20 *      notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
21 *      documentation and/or other materials provided with the distribution.
22 *
23 *   3. Neither the names of UChicago Argonne, LLC or the Department of Energy
24 *      nor the names of its contributors may be used to endorse or promote
25 *      products derived from this software without specific prior written
26 *      permission.
27 *
28 * *****************************************************************************
29 *
30 *                                  DISCLAIMER
31 * THE SOFTWARE IS SUPPLIED “AS IS” WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND.  NEITHER THE
32 * UNTED STATES GOVERNMENT, NOR THE UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY, NOR
33 * UCHICAGO ARGONNE, LLC, NOR ANY OF THEIR EMPLOYEES, MAKES ANY WARRANTY,
34 * EXPRESS OR IMPLIED, OR ASSUMES ANY LEGAL LIABILITY OR RESPONSIBILITY FOR THE
35 * ACCURACY, COMPLETENESS, OR USEFULNESS OF ANY INFORMATION, DATA, APPARATUS,
36 * PRODUCT, OR PROCESS DISCLOSED, OR REPRESENTS THAT ITS USE WOULD NOT INFRINGE
37 * PRIVATELY OWNED RIGHTS.
38 *
39 * *****************************************************************************
40 */
41
42#ifndef GENERICIO_H
43#define GENERICIO_H
44
45#include <cstdlib>
46#include <vector>
47#include <string>
48#include <iostream>
49#include <limits>
50#include <stdint.h>
51
52#ifndef GENERICIO_NO_MPI
53#include <mpi.h>
54#else
55#include <fstream>
56#endif
57
58#include <unistd.h>
59
60namespace gio {
61
62class GenericFileIO {
63public:
64  virtual ~GenericFileIO() {}
65
66public:
67  virtual void open(const std::string &FN, bool ForReading = false) = 0;
68  virtual void setSize(size_t sz) = 0;
69  virtual void read(void *buf, size_t count, off_t offset,
70                    const std::string &D) = 0;
71  virtual void write(const void *buf, size_t count, off_t offset,
72                     const std::string &D) = 0;
73
74protected:
75  std::string FileName;
76};
77
78#ifndef GENERICIO_NO_MPI
79class GenericFileIO_MPI : public GenericFileIO {
80public:
81  GenericFileIO_MPI(const MPI_Comm &C) : FH(MPI_FILE_NULL), Comm(C) {}
82  virtual ~GenericFileIO_MPI();
83
84public:
85  virtual void open(const std::string &FN, bool ForReading = false);
86  virtual void setSize(size_t sz);
87  virtual void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
88  virtual void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
89
90protected:
91  MPI_File FH;
92  MPI_Comm Comm;
93};
94
95class GenericFileIO_MPICollective : public GenericFileIO_MPI {
96public:
97  GenericFileIO_MPICollective(const MPI_Comm &C) : GenericFileIO_MPI(C) {}
98
99public:
100  void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
101  void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
102};
103#endif
104
105class GenericFileIO_POSIX : public GenericFileIO {
106public:
107  GenericFileIO_POSIX() : FH(-1) {}
108  ~GenericFileIO_POSIX();
109
110public:
111  void open(const std::string &FN, bool ForReading = false);
112  void setSize(size_t sz);
113  void read(void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
114  void write(const void *buf, size_t count, off_t offset, const std::string &D);
115
116protected:
117  int FH;
118};
119
120namespace detail {
121// A standard enable_if idiom (we include our own here for pre-C++11 support).
122template <bool B, typename T = void>
123struct enable_if {};
124
125template <typename T>
126struct enable_if<true, T> { typedef T type; };
127
128// A SFINAE-based trait to detect whether a type has a member named x. This is
129// designed to work both with structs/classes and also with OpenCL-style vector
130// types.
131template <typename T>
132class has_x {
133  typedef char yes[1];
134  typedef char no[2];
135
136  template <typename C>
137  static yes &test(char(*)[sizeof((*((C *) 0)).x)]);
138
139  template <typename C>
140  static no &test(...);
141
142public:
143  enum { value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(yes) };
144};
145
146// A SFINAE-based trait to detect whether a type is array-like (i.e. supports
147// the [] operator).
148template <typename T>
149class is_array {
150  typedef char yes[1];
151  typedef char no[2];
152
153  template <typename C>
154  static yes &test(char(*)[sizeof((*((C *) 0))[0])]);
155
156  template <typename C>
157  static no &test(...);
158
159public:
160  enum { value = sizeof(test<T>(0)) == sizeof(yes) };
161};
162} // namespace detail
163
164class GenericIO {
165public:
166  enum VariableFlags {
167    VarHasExtraSpace =  (1 << 0), // Note that this flag indicates that the
168                                  // extra space is available, but the GenericIO
169                                  // implementation is required to
170                                  // preserve its contents.
171    VarIsPhysCoordX  =  (1 << 1),
172    VarIsPhysCoordY  =  (1 << 2),
173    VarIsPhysCoordZ  =  (1 << 3),
174    VarMaybePhysGhost = (1 << 4)
175  };
176
177  struct VariableInfo {
178    VariableInfo(const std::string &N, std::size_t S, bool IF, bool IS,
179                 bool PCX, bool PCY, bool PCZ, bool PG, std::size_t ES = 0)
180      : Name(N), Size(S), IsFloat(IF), IsSigned(IS),
181        IsPhysCoordX(PCX), IsPhysCoordY(PCY), IsPhysCoordZ(PCZ),
182        MaybePhysGhost(PG), ElementSize(ES ? ES : S) {}
183
184    std::string Name;
185    std::size_t Size;
186    bool IsFloat;
187    bool IsSigned;
188    bool IsPhysCoordX, IsPhysCoordY, IsPhysCoordZ;
189    bool MaybePhysGhost;
190    std::size_t ElementSize;
191  };
192
193public:
194  struct LossyCompressionInfo {
195    enum LCMode {
196      LCModeNone,
197      LCModeAbs,
198      LCModeRel,
199      LCModeAbsAndRel,
200      LCModeAbsOrRel,
201      LCModePSNR
202    };
203
204    LCMode Mode;
205    double AbsErrThreshold;
206    double RelErrThreshold;
207    double PSNRThreshold;
208
209    LossyCompressionInfo()
210      : Mode(LCModeNone), AbsErrThreshold(0.0),
211        RelErrThreshold(0.0), PSNRThreshold(0.0) {}
212  };
213
214  class Variable {
215  private:
216    template <typename ET>
217    void deduceTypeInfoFromElement(ET *) {
218      ElementSize = sizeof(ET);
219      IsFloat = !std::numeric_limits<ET>::is_integer;
220      IsSigned = std::numeric_limits<ET>::is_signed;
221    }
222
223    // There are specializations here to handle array types
224    // (e.g. typedef float float4[4];), struct types
225    // (e.g. struct float4 { float x, y, z, w; };), and scalar types.
226    // Builtin vector types
227    // (e.g. typedef float float4 __attribute__((ext_vector_type(4)));) should
228    // also work.
229    template <typename T>
230    typename detail::enable_if<detail::is_array<T>::value, void>::type
231    deduceTypeInfo(T *D) {
232      Size = sizeof(T);
233      deduceTypeInfoFromElement(&(*D)[0]);
234    }
235
236    template <typename T>
237    typename detail::enable_if<detail::has_x<T>::value &&
238                               !detail::is_array<T>::value, void>::type
239    deduceTypeInfo(T *D) {
240      Size = sizeof(T);
241      deduceTypeInfoFromElement(&(*D).x);
242    }
243
244    template <typename T>
245    typename detail::enable_if<!detail::has_x<T>::value &&
246                               !detail::is_array<T>::value, void>::type
247    deduceTypeInfo(T *D) {
248      Size = sizeof(T);
249      deduceTypeInfoFromElement(D);
250    }
251
252  public:
253    template <typename T>
254    Variable(const std::string &N, T* D, unsigned Flags = 0,
255        const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo())
256      : Name(N), Data((void *) D), HasExtraSpace(Flags & VarHasExtraSpace),
257        IsPhysCoordX(Flags & VarIsPhysCoordX),
258        IsPhysCoordY(Flags & VarIsPhysCoordY),
259        IsPhysCoordZ(Flags & VarIsPhysCoordZ),
260        MaybePhysGhost(Flags & VarMaybePhysGhost),
261        LCI(LCI) {
262      deduceTypeInfo(D);
263    }
264
265    template <typename T>
266    Variable(const std::string &N, std::size_t NumElements, T* D,
267             unsigned Flags = 0,
268             const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo())
269      : Name(N), Data((void *) D), HasExtraSpace(Flags & VarHasExtraSpace),
270        IsPhysCoordX(Flags & VarIsPhysCoordX),
271        IsPhysCoordY(Flags & VarIsPhysCoordY),
272        IsPhysCoordZ(Flags & VarIsPhysCoordZ),
273        MaybePhysGhost(Flags & VarMaybePhysGhost),
274        LCI(LCI) {
275      deduceTypeInfoFromElement(D);
276      Size = ElementSize*NumElements;
277    }
278
279    Variable(const VariableInfo &VI, void *D, unsigned Flags = 0,
280             const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo())
281      : Name(VI.Name), Size(VI.Size), IsFloat(VI.IsFloat),
282        IsSigned(VI.IsSigned), Data(D),
283        HasExtraSpace(Flags & VarHasExtraSpace),
284        IsPhysCoordX((Flags & VarIsPhysCoordX) || VI.IsPhysCoordX),
285        IsPhysCoordY((Flags & VarIsPhysCoordY) || VI.IsPhysCoordY),
286        IsPhysCoordZ((Flags & VarIsPhysCoordZ) || VI.IsPhysCoordZ),
287        MaybePhysGhost((Flags & VarMaybePhysGhost) || VI.MaybePhysGhost),
288        ElementSize(VI.ElementSize), LCI(LCI) {}
289
290    std::string Name;
291    std::size_t Size;
292    bool IsFloat;
293    bool IsSigned;
294    void *Data;
295    bool HasExtraSpace;
296    bool IsPhysCoordX, IsPhysCoordY, IsPhysCoordZ;
297    bool MaybePhysGhost;
298    std::size_t ElementSize;
299
300    LossyCompressionInfo LCI;
301  };
302
303public:
304  enum FileIO {
305    FileIOMPI,
306    FileIOPOSIX,
307    FileIOMPICollective
308  };
309
310#ifndef GENERICIO_NO_MPI
311  GenericIO(const MPI_Comm &C, const std::string &FN, unsigned FIOT = -1)
312    : NElems(0), FileIOType(FIOT == (unsigned) -1 ? DefaultFileIOType : FIOT),
313      Partition(DefaultPartition), Comm(C), FileName(FN), Redistributing(false),
314      DisableCollErrChecking(false), SplitComm(MPI_COMM_NULL) {
315    std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, 0.0);
316    std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, 0.0);
317  }
318#else
319  GenericIO(const std::string &FN, unsigned FIOT = -1)
320    : NElems(0), FileIOType(FIOT == (unsigned) -1 ? DefaultFileIOType : FIOT),
321      Partition(DefaultPartition), FileName(FN), Redistributing(false),
322      DisableCollErrChecking(false) {
323    std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, 0.0);
324    std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, 0.0);
325  }
326#endif
327
328  ~GenericIO() {
329    close();
330
331#ifndef GENERICIO_NO_MPI
332    if (SplitComm != MPI_COMM_NULL)
333      MPI_Comm_free(&SplitComm);
334#endif
335  }
336
337public:
338  std::size_t requestedExtraSpace() const {
339    return 8;
340  }
341
342  void setNumElems(std::size_t E) {
343    NElems = E;
344
345#ifndef GENERICIO_NO_MPI
346    int IsLarge = E >= CollectiveMPIIOThreshold;
347    int AllIsLarge;
348    MPI_Allreduce(&IsLarge, &AllIsLarge, 1, MPI_INT, MPI_SUM, Comm);
349    if (!AllIsLarge)
350      FileIOType = FileIOMPICollective;
351#endif
352  }
353
354  void setPhysOrigin(double O, int Dim = -1) {
355    if (Dim >= 0)
356      PhysOrigin[Dim] = O;
357    else
358      std::fill(PhysOrigin, PhysOrigin + 3, O);
359  }
360
361  void setPhysScale(double S, int Dim = -1) {
362    if (Dim >= 0)
363      PhysScale[Dim] = S;
364    else
365      std::fill(PhysScale,  PhysScale + 3, S);
366  }
367
368  template <typename T>
369  void addVariable(const std::string &Name, T *Data,
370                   unsigned Flags = 0,
371                   const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo()) {
372    Vars.push_back(Variable(Name, Data, Flags, LCI));
373  }
374
375  template <typename T, typename A>
376  void addVariable(const std::string &Name, std::vector<T, A> &Data,
377                   unsigned Flags = 0,
378                   const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo()) {
379    T *D = Data.empty() ? 0 : &Data[0];
380    addVariable(Name, D, Flags, LCI);
381  }
382
383  void addVariable(const VariableInfo &VI, void *Data,
384                   unsigned Flags = 0,
385                   const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo()) {
386    Vars.push_back(Variable(VI, Data, Flags, LCI));
387  }
388
389  template <typename T>
390  void addScalarizedVariable(const std::string &Name, T *Data,
391                             std::size_t NumElements, unsigned Flags = 0,
392                             const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo()) {
393    Vars.push_back(Variable(Name, NumElements, Data, Flags, LCI));
394  }
395
396  template <typename T, typename A>
397  void addScalarizedVariable(const std::string &Name, std::vector<T, A> &Data,
398                             std::size_t NumElements, unsigned Flags = 0,
399                             const LossyCompressionInfo &LCI = LossyCompressionInfo()) {
400    T *D = Data.empty() ? 0 : &Data[0];
401    addScalarizedVariable(Name, D, NumElements, Flags, LCI);
402  }
403
404#ifndef GENERICIO_NO_MPI
405  // Writing
406  void write();
407#endif
408
409  enum MismatchBehavior {
410    MismatchAllowed,
411    MismatchDisallowed,
412    MismatchRedistribute
413  };
414
415  // Reading
416  void openAndReadHeader(MismatchBehavior MB = MismatchDisallowed,
417                         int EffRank = -1, bool CheckPartMap = true);
418
419  int readNRanks();
420  void readDims(int Dims[3]);
421
422  // Note: For partitioned inputs, this returns -1.
423  uint64_t readTotalNumElems();
424
425  void readPhysOrigin(double Origin[3]);
426  void readPhysScale(double Scale[3]);
427
428  void clearVariables() { this->Vars.clear(); };
429
430  int getNumberOfVariables() { return this->Vars.size(); };
431
432  void getVariableInfo(std::vector<VariableInfo> &VI);
433
434  std::size_t readNumElems(int EffRank = -1);
435  void readCoords(int Coords[3], int EffRank = -1);
436  int readGlobalRankNumber(int EffRank = -1);
437
438  void readData(int EffRank = -1, bool PrintStats = true, bool CollStats = true);
439
440  void getSourceRanks(std::vector<int> &SR);
441
442  void close() {
443    FH.close();
444  }
445
446  void setPartition(int P) {
447    Partition = P;
448  }
449
450  static void setDefaultFileIOType(unsigned FIOT) {
451    DefaultFileIOType = FIOT;
452  }
453
454  static void setDefaultPartition(int P) {
455    DefaultPartition = P;
456  }
457
458  static void setNaturalDefaultPartition();
459
460  static void setDefaultShouldCompress(bool C) {
461    DefaultShouldCompress = C;
462  }
463
464#ifndef GENERICIO_NO_MPI
465  static void setCollectiveMPIIOThreshold(std::size_t T) {
466#ifndef GENERICIO_NO_NEVER_USE_COLLECTIVE_IO
467    CollectiveMPIIOThreshold = T;
468#endif
469  }
470#endif
471
472private:
473  // Implementation functions templated on the Endianness of the underlying
474  // data.
475
476#ifndef GENERICIO_NO_MPI
477  template <bool IsBigEndian>
478  void write();
479#endif
480
481  template <bool IsBigEndian>
482  void readHeaderLeader(void *GHPtr, MismatchBehavior MB, int Rank, int NRanks,
483                        int SplitNRanks, std::string &LocalFileName,
484                        uint64_t &HeaderSize, std::vector<char> &Header);
485
486  template <bool IsBigEndian>
487  int readNRanks();
488
489  template <bool IsBigEndian>
490  void readDims(int Dims[3]);
491
492  template <bool IsBigEndian>
493  uint64_t readTotalNumElems();
494
495  template <bool IsBigEndian>
496  void readPhysOrigin(double Origin[3]);
497
498  template <bool IsBigEndian>
499  void readPhysScale(double Scale[3]);
500
501  template <bool IsBigEndian>
502  int readGlobalRankNumber(int EffRank);
503
504  template <bool IsBigEndian>
505  size_t readNumElems(int EffRank);
506
507  template <bool IsBigEndian>
508  void readCoords(int Coords[3], int EffRank);
509
510  void readData(int EffRank, size_t RowOffset, int Rank,
511                uint64_t &TotalReadSize, int NErrs[3]);
512
513  template <bool IsBigEndian>
514  void readData(int EffRank, size_t RowOffset,
515                int Rank, uint64_t &TotalReadSize, int NErrs[3]);
516
517  template <bool IsBigEndian>
518  void getVariableInfo(std::vector<VariableInfo> &VI);
519
520protected:
521  std::vector<Variable> Vars;
522  std::size_t NElems;
523
524  double PhysOrigin[3], PhysScale[3];
525
526  unsigned FileIOType;
527  int Partition;
528#ifndef GENERICIO_NO_MPI
529  MPI_Comm Comm;
530#endif
531  std::string FileName;
532
533  static unsigned DefaultFileIOType;
534  static int DefaultPartition;
535  static bool DefaultShouldCompress;
536
537#ifndef GENERICIO_NO_MPI
538  static std::size_t CollectiveMPIIOThreshold;
539#endif
540
541  // When redistributing, the rank blocks which this process should read.
542  bool Redistributing, DisableCollErrChecking;
543  std::vector<int> SourceRanks;
544
545  std::vector<int> RankMap;
546#ifndef GENERICIO_NO_MPI
547  MPI_Comm SplitComm;
548#endif
549  std::string OpenFileName;
550
551  // This reference counting mechanism allows the the GenericIO class
552  // to be used in a cursor mode. To do this, make a copy of the class
553  // after reading the header but prior to adding the variables.
554  struct FHManager {
555    FHManager() : CountedFH(0) {
556      allocate();
557    }
558
559    FHManager(const FHManager& F) {
560      CountedFH = F.CountedFH;
561      CountedFH->Cnt += 1;
562    }
563
564    ~FHManager() {
565      close();
566    }
567
568    GenericFileIO *&get() {
569      if (!CountedFH)
570        allocate();
571
572      return CountedFH->GFIO;
573    }
574
575    std::vector<char> &getHeaderCache() {
576      if (!CountedFH)
577        allocate();
578
579      return CountedFH->HeaderCache;
580    }
581
582    bool isBigEndian() {
583      return CountedFH ? CountedFH->IsBigEndian : false;
584    }
585
586    void setIsBigEndian(bool isBE) {
587      CountedFH->IsBigEndian = isBE;
588    }
589
590    void allocate() {
591      close();
592      CountedFH = new FHWCnt;
593    };
594
595    void close() {
596      if (CountedFH && CountedFH->Cnt == 1)
597        delete CountedFH;
598      else if (CountedFH)
599        CountedFH->Cnt -= 1;
600
601      CountedFH = 0;
602    }
603
604    struct FHWCnt {
605      FHWCnt() : GFIO(0), Cnt(1), IsBigEndian(false) {}
606
607      ~FHWCnt() {
608        close();
609      }
610
611protected:
612      void close() {
613        delete GFIO;
614        GFIO = 0;
615      }
616
617public:
618      GenericFileIO *GFIO;
619      size_t Cnt;
620
621      // Used for reading
622      std::vector<char> HeaderCache;
623      bool IsBigEndian;
624    };
625
626    FHWCnt *CountedFH;
627  } FH;
628};
629
630} /* END namespace cosmotk */
631#endif // GENERICIO_H
632
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.