プロセスはどのようにスケジューリングされるのか

Linux のしくみの プロセススケジューラの章の内容、まあそうですよね...と思いつつ実際に手元マシンで実験してみたことはなかったのでやってみました。ついでに、たまたま気が向いたので結果をグラフ化してまとめておきました。gnuplot 使うの 4 年ぶり以上だ...。

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実験内容

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define LOOP_COUNT 100000UL
#define NSEC_PER_SEC 1000000000UL

static inline void loop()
{
    long i;
    for(i = 0; i < LOOP_COUNT; i++);
}

static inline void print_progress(long elapsed_time_nsec, int pid, int progress)
{
    printf("%ld\t%d\t%d\n", elapsed_time_nsec, pid, progress);
}

static inline long diff_nsec(struct timespec before, struct timespec after)
{
    return (after.tv_sec * NSEC_PER_SEC + after.tv_nsec) - (before.tv_sec * NSEC_PER_SEC + before.tv_nsec);
}

static inline void child_function(int id, struct timespec before)
{
    struct timespec after;
    int i;
    for (i = 0; i < 100; i++) {
        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &after);
        print_progress(diff_nsec(before, after), id, i);
        loop();
    }
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &after);
    print_progress(diff_nsec(before, after), id, 100);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int status = EXIT_FAILURE;
    if (argc != 2) {
        fprintf(stdout, "Usage: %s nproc\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    int nproc = atoi(argv[1]);
    if (nproc < 1) {
        fprintf(stdout, "Argument: invalid nproc %s nproc\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    struct timespec before;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &before);
    int i;
    for (i = 0; i < nproc; i++) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            fprintf(stdout, "error\n");
            exit(1);
        } else if (pid == 0) {
            // child process
            child_function(i, before);
            exit(0);
        }
    }

    // parent process
    int j;
    for (j = 0; i < nproc; j++) {
        wait(NULL);
    }
    printf("\n");
    exit(0);
}

実験結果

taskset -c 0 ./test 1
taskset -c 0 ./test 2
taskset -c 0 ./test 4

nproc = 1

throughput: 1 process / 33615570 nsec = 29.748 process / sec
latency(id=0): 3.36x10^7 nsec

nproc = 2

throughput: 2 process / 64405632 nsec = 31.053 process / sec
latency(id=0): 5.31x10^7 nsec
latency(id=1): 5.40x10^7 nsec
latency(ave.): 5.36x10-7 nsec

nproc = 4

throughput: 4 process / 130027521 nsec = 30.762 process / sec
latency(id=0): 8.67x10^7 nsec
latency(id=1): 10.9x10^7 nsec
latency(id=2): 8.71x10^7 nsec
latency(id=3): 10.8x10^7 nsec
latency(ave.): 9.77x10^7 nsec

測定結果のまとめ

プロセス数	スループット (process/sec)	平均レイテンシ (x10^7 [nsec])
1	29.748	3.36
2	31.053	5.36
4	30.762	9.77

論理 CPU が複数ある場合

以下のような環境で実験してみる（この実験結果は前のマシンとは異なるもので実験しているので、スループットやレイテンシは比較しないでください）

$ grep proc /proc/cpuinfo
processor : 0
processor : 1
processor : 2