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[glibc.git] / manual / resource.texi
blobe4f36762fa64d3c62597973db4cb77eb31e90514
1 @node Resource Usage And Limitation, Non-Local Exits, Date and Time, Top
2 @c %MENU% Functions for examining resource usage and getting and setting limits
3 @chapter Resource Usage And Limitation
4 This chapter describes functions for examining how much of various kinds of
5 resources (CPU time, memory, etc.) a process has used and getting and setting
6 limits on future usage.
8 @menu
9 * Resource Usage::              Measuring various resources used.
10 * Limits on Resources::         Specifying limits on resource usage.
11 * Priority::                    Reading or setting process run priority.
12 @end menu
15 @node Resource Usage
16 @section Resource Usage
18 @pindex sys/resource.h
19 The function @code{getrusage} and the data type @code{struct rusage}
20 are used to examine the resource usage of a process.  They are declared
21 in @file{sys/resource.h}.
23 @comment sys/resource.h
24 @comment BSD
25 @deftypefun int getrusage (int @var{processes}, struct rusage *@var{rusage})
26 This function reports resource usage totals for processes specified by
27 @var{processes}, storing the information in @code{*@var{rusage}}.
29 In most systems, @var{processes} has only two valid values:
31 @table @code
32 @comment sys/resource.h
33 @comment BSD
34 @item RUSAGE_SELF
35 Just the current process.
37 @comment sys/resource.h
38 @comment BSD
39 @item RUSAGE_CHILDREN
40 All child processes (direct and indirect) that have already terminated.
41 @end table
43 In the GNU system, you can also inquire about a particular child process
44 by specifying its process ID.
46 The return value of @code{getrusage} is zero for success, and @code{-1}
47 for failure.
49 @table @code
50 @item EINVAL
51 The argument @var{processes} is not valid.
52 @end table
53 @end deftypefun
55 One way of getting resource usage for a particular child process is with
56 the function @code{wait4}, which returns totals for a child when it
57 terminates.  @xref{BSD Wait Functions}.
59 @comment sys/resource.h
60 @comment BSD
61 @deftp {Data Type} {struct rusage}
62 This data type stores various resource usage statistics.  It has the
63 following members, and possibly others:
65 @table @code
66 @item struct timeval ru_utime
67 Time spent executing user instructions.
69 @item struct timeval ru_stime
70 Time spent in operating system code on behalf of @var{processes}.
72 @item long int ru_maxrss
73 The maximum resident set size used, in kilobytes.  That is, the maximum
74 number of kilobytes of physical memory that @var{processes} used
75 simultaneously.
77 @item long int ru_ixrss
78 An integral value expressed in kilobytes times ticks of execution, which
79 indicates the amount of memory used by text that was shared with other
80 processes.
82 @item long int ru_idrss
83 An integral value expressed the same way, which is the amount of
84 unshared memory used for data.
86 @item long int ru_isrss
87 An integral value expressed the same way, which is the amount of
88 unshared memory used for stack space.
90 @item long int ru_minflt
91 The number of page faults which were serviced without requiring any I/O.
93 @item long int ru_majflt
94 The number of page faults which were serviced by doing I/O.
96 @item long int ru_nswap
97 The number of times @var{processes} was swapped entirely out of main memory.
99 @item long int ru_inblock
100 The number of times the file system had to read from the disk on behalf
101 of @var{processes}.
103 @item long int ru_oublock
104 The number of times the file system had to write to the disk on behalf
105 of @var{processes}.
107 @item long int ru_msgsnd
108 Number of IPC messages sent.
110 @item long int ru_msgrcv
111 Number of IPC messages received.
113 @item long int ru_nsignals
114 Number of signals received.
116 @item long int ru_nvcsw
117 The number of times @var{processes} voluntarily invoked a context switch
118 (usually to wait for some service).
120 @item long int ru_nivcsw
121 The number of times an involuntary context switch took place (because
122 a time slice expired, or another process of higher priority was
123 scheduled).
124 @end table
125 @end deftp
127 @code{vtimes} is a historical function that does some of what
128 @code{getrusage} does.  @code{getrusage} is a better choice.
130 @code{vtimes} and its @code{vtimes} data structure are declared in
131 @file{sys/vtimes.h}.
132 @pindex sys/vtimes.h
133 @comment vtimes.h
135 @deftypefun int vtimes (struct vtimes @var{current}, struct vtimes @var{child})
137 @code{vtimes} reports resource usage totals for a process.
139 If @var{current} is non-null, @code{vtimes} stores resource usage totals for
140 the invoking process alone in the structure to which it points.  If
141 @var{child} is non-null, @code{vtimes} stores resource usage totals for all
142 past children (which have terminated) of the invoking process in the structure
143 to which it points.
145 @deftp {Data Type} {struct vtimes}
146 This data type contains information about the resource usage of a process.
147 Each member corresponds to a member of the @code{struct rusage} data type
148 described above.
150 @table @code
151 @item vm_utime
152 User CPU time.  Analogous to @code{ru_utime} in @code{struct rusage}
153 @item vm_stime
154 System CPU time.  Analogous to @code{ru_stime} in @code{struct rusage}
155 @item vm_idsrss
156 Data and stack memory.  The sum of the values that would be reported as
157 @code{ru_idrss} and @code{ru_isrss} in @code{struct rusage}
158 @item vm_ixrss
159 Shared memory.  Analogous to @code{ru_ixrss} in @code{struct rusage}
160 @item vm_maxrss
161 Maximent resident set size.  Analogous to @code{ru_maxrss} in
162 @code{struct rusage}
163 @item vm_majflt
164 Major page faults.  Analogous to @code{ru_majflt} in @code{struct rusage}
165 @item vm_minflt
166 Minor page faults.  Analogous to @code{ru_minflt} in @code{struct rusage}
167 @item vm_nswap
168 Swap count.  Analogous to @code{ru_nswap} in @code{struct rusage}
169 @item vm_inblk
170 Disk reads.  Analogous to @code{ru_inblk} in @code{struct rusage}
171 @item vm_oublk
172 Disk writes.  Analogous to @code{ru_oublk} in @code{struct rusage}
173 @end table
174 @end deftp
177 The return value is zero if the function succeeds; @code{-1} otherwise.
181 @end deftypefun
182 An additional historical function for examining resource usage,
183 @code{vtimes}, is supported but not documented here.  It is declared in
184 @file{sys/vtimes.h}.
186 @node Limits on Resources
187 @section Limiting Resource Usage
188 @cindex resource limits
189 @cindex limits on resource usage
190 @cindex usage limits
192 You can specify limits for the resource usage of a process.  When the
193 process tries to exceed a limit, it may get a signal, or the system call
194 by which it tried to do so may fail, depending on the resource.  Each
195 process initially inherits its limit values from its parent, but it can
196 subsequently change them.
198 There are two per-process limits associated with a resource:
199 @cindex limit
201 @table @dfn
202 @item current limit
203 The current limit is the value the system will not allow usage to
204 exceed.  It is also called the ``soft limit'' because the process being
205 limited can generally raise the current limit at will.
206 @cindex current limit
207 @cindex soft limit
209 @item maximum limit
210 The maximum limit is the maximum value to which a process is allowed to
211 set its current limit.  It is also called the ``hard limit'' because
212 there is no way for a process to get around it.  A process may lower
213 its own maximum limit, but only the superuser may increase a maximum
214 limit.
215 @cindex maximum limit
216 @cindex hard limit
217 @end table
219 @pindex sys/resource.h
220 The symbols for use with @code{getrlimit}, @code{setrlimit},
221 @code{getrlimit64}, and @code{seterlimit64} are defined in
222 @file{sys/resource.h}.
224 @comment sys/resource.h
225 @comment BSD
226 @deftypefun int getrlimit (int @var{resource}, struct rlimit *@var{rlp})
227 Read the current and maximum limits for the resource @var{resource}
228 and store them in @code{*@var{rlp}}.
230 The return value is @code{0} on success and @code{-1} on failure.  The
231 only possible @code{errno} error condition is @code{EFAULT}.
233 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
234 32-bit system this function is in fact @code{getrlimit64}.  Thus, the
235 LFS interface transparently replaces the old interface.
236 @end deftypefun
238 @comment sys/resource.h
239 @comment Unix98
240 @deftypefun int getrlimit64 (int @var{resource}, struct rlimit64 *@var{rlp})
241 This function is similar to @code{getrlimit} but its second parameter is
242 a pointer to a variable of type @code{struct rlimit64}, which allows it
243 to read values which wouldn't fit in the member of a @code{struct
244 rlimit}.
246 If the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
247 32-bit machine, this function is available under the name
248 @code{getrlimit} and so transparently replaces the old interface.
249 @end deftypefun
251 @comment sys/resource.h
252 @comment BSD
253 @deftypefun int setrlimit (int @var{resource}, const struct rlimit *@var{rlp})
254 Store the current and maximum limits for the resource @var{resource}
255 in @code{*@var{rlp}}.
257 The return value is @code{0} on success and @code{-1} on failure.  The
258 following @code{errno} error condition is possible:
260 @table @code
261 @item EPERM
262 @itemize @bullet
263 @item
264 The process tried to raise a current limit beyond the maximum limit.
266 @item
267 The process tried to raise a maximum limit, but is not superuser.
268 @end itemize
269 @end table
271 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
272 32-bit system this function is in fact @code{setrlimit64}.  Thus, the
273 LFS interface transparently replaces the old interface.
274 @end deftypefun
276 @comment sys/resource.h
277 @comment Unix98
278 @deftypefun int setrlimit64 (int @var{resource}, const struct rlimit64 *@var{rlp})
279 This function is similar to @code{setrlimit} but its second parameter is
280 a pointer to a variable of type @code{struct rlimit64} which allows it
281 to set values which wouldn't fit in the member of a @code{struct
282 rlimit}.
284 If the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
285 32-bit machine this function is available under the name
286 @code{setrlimit} and so transparently replaces the old interface.
287 @end deftypefun
289 @comment sys/resource.h
290 @comment BSD
291 @deftp {Data Type} {struct rlimit}
292 This structure is used with @code{getrlimit} to receive limit values,
293 and with @code{setrlimit} to specify limit values for a particular process
294 and resource.  It has two fields:
296 @table @code
297 @item rlim_t rlim_cur
298 The current limit
300 @item rlim_t rlim_max
301 The maximum limit.
302 @end table
304 For @code{getrlimit}, the structure is an output; it receives the current
305 values.  For @code{setrlimit}, it specifies the new values.
306 @end deftp
308 For the LFS functions a similar type is defined in @file{sys/resource.h}.
310 @comment sys/resource.h
311 @comment Unix98
312 @deftp {Data Type} {struct rlimit64}
313 This structure is analogous to the @code{rlimit} structure above, but
314 its components have wider ranges.  It has two fields:
316 @table @code
317 @item rlim64_t rlim_cur
318 This is analogous to @code{rlimit.rlim_cur}, but with a different type.
320 @item rlim64_t rlim_max
321 This is analogous to @code{rlimit.rlim_max}, but with a different type.
322 @end table
324 @end deftp
326 Here is a list of resources for which you can specify a limit.  Memory
327 and file sizes are measured in bytes.
329 @table @code
330 @comment sys/resource.h
331 @comment BSD
332 @item RLIMIT_CPU
333 @vindex RLIMIT_CPU
334 The maximum amount of CPU time the process can use.  If it runs for
335 longer than this, it gets a signal: @code{SIGXCPU}.  The value is
336 measured in seconds.  @xref{Operation Error Signals}.
338 @comment sys/resource.h
339 @comment BSD
340 @item RLIMIT_FSIZE
341 @vindex RLIMIT_FSIZE
342 The maximum size of file the process can create.  Trying to write a
343 larger file causes a signal: @code{SIGXFSZ}.  @xref{Operation Error
344 Signals}.
346 @comment sys/resource.h
347 @comment BSD
348 @item RLIMIT_DATA
349 @vindex RLIMIT_DATA
350 The maximum size of data memory for the process.  If the process tries
351 to allocate data memory beyond this amount, the allocation function
352 fails.
354 @comment sys/resource.h
355 @comment BSD
356 @item RLIMIT_STACK
357 @vindex RLIMIT_STACK
358 The maximum stack size for the process.  If the process tries to extend
359 its stack past this size, it gets a @code{SIGSEGV} signal.
360 @xref{Program Error Signals}.
362 @comment sys/resource.h
363 @comment BSD
364 @item RLIMIT_CORE
365 @vindex RLIMIT_CORE
366 The maximum size core file that this process can create.  If the process
367 terminates and would dump a core file larger than this, then no core
368 file is created.  So setting this limit to zero prevents core files from
369 ever being created.
371 @comment sys/resource.h
372 @comment BSD
373 @item RLIMIT_RSS
374 @vindex RLIMIT_RSS
375 The maximum amount of physical memory that this process should get.
376 This parameter is a guide for the system's scheduler and memory
377 allocator; the system may give the process more memory when there is a
378 surplus.
380 @comment sys/resource.h
381 @comment BSD
382 @item RLIMIT_MEMLOCK
383 The maximum amount of memory that can be locked into physical memory (so
384 it will never be paged out).
386 @comment sys/resource.h
387 @comment BSD
388 @item RLIMIT_NPROC
389 The maximum number of processes that can be created with the same user ID.
390 If you have reached the limit for your user ID, @code{fork} will fail
391 with @code{EAGAIN}.  @xref{Creating a Process}.
393 @comment sys/resource.h
394 @comment BSD
395 @item RLIMIT_NOFILE
396 @vindex RLIMIT_NOFILE
397 @itemx RLIMIT_OFILE
398 @vindex RLIMIT_OFILE
399 The maximum number of files that the process can open.  If it tries to
400 open more files than this, its open attempt fails with @code{errno}
401 @code{EMFILE}.  @xref{Error Codes}.  Not all systems support this limit;
402 GNU does, and 4.4 BSD does.
404 @comment sys/resource.h
405 @comment Unix98
406 @item RLIMIT_AS
407 @vindex RLIMIT_AS
408 The maximum size of total memory that this process should get.  If the
409 process tries to allocate more memory beyond this amount with, for
410 example, @code{brk}, @code{malloc}, @code{mmap} or @code{sbrk}, the
411 allocation function fails.
413 @comment sys/resource.h
414 @comment BSD
415 @item RLIM_NLIMITS
416 @vindex RLIM_NLIMITS
417 The number of different resource limits.  Any valid @var{resource}
418 operand must be less than @code{RLIM_NLIMITS}.
419 @end table
421 @comment sys/resource.h
422 @comment BSD
423 @deftypevr Constant int RLIM_INFINITY
424 This constant stands for a value of ``infinity'' when supplied as
425 the limit value in @code{setrlimit}.
426 @end deftypevr
429 The following are historical functions to do some of what the functions
430 above do.  The functions above are better choices.
432 @code{ulimit} and the command symbols are declared in @file{ulimit.h}.
433 @pindex ulimit.h
434 @comment ulimit.h
436 @deftypefun int ulimit (int @var{cmd}, ...)
438 @code{ulimit} gets the current limit or sets the current and maximum
439 limit for a particular resource for the calling process according to the
440 command @var{cmd}.a
442 If you are getting a limit, the command argument is the only argument.
443 If you are setting a limit, there is a second argument:
444 @code{long int} @var{limit} which is the value to which you are setting
445 the limit.
447 The @var{cmd} values and the operations they specify are:
448 @table @code
450 @item GETFSIZE
451 Get the current limit on the size of a file, in units of 512 bytes.
453 @item SETFSIZE
454 Set the current and maximum limit on the size of a file to @var{limit} *
455 512 bytes.
457 @end table
459 There are also some other @var{cmd} values that may do things on some
460 systems, but they are not supported.
462 Only the superuser may increase a maximum limit.
464 When you successfully get a limit, the return value of @code{ulimit} is
465 that limit, which is never negative.  When you successfully set a limit,
466 the return value is zero.  When the function fails, the return value is
467 @code{-1} and @code{errno} is set according to the reason:
469 @table @code
470 @item EPERM
471 A process tried to increase a maximum limit, but is not superuser.
472 @end table
475 @end deftypefun
477 @code{vlimit} and its resource symbols are declared in @file{sys/vlimit.h}.
478 @comment sys/vlimit.h
479 @pindex sys/vlimit.h
480 @comment BSD
482 @deftypefun int vlimit (int @var{resource}, int @var{limit})
484 @code{vlimit} sets the current limit for a resource for a process.
486 @var{resource} identifies the resource:
488 @table @code
489 @item LIM_CPU
490 Maximum CPU time.  Same as @code{RLIMIT_CPU} for @code{setrlimit}.
491 @item LIM_FSIZE
492 Maximum file size.  Same as @code{RLIMIT_FSIZE} for @code{setrlimit}.
493 @item LIM_DATA
494 Maximum data memory.  Same as @code{RLIMIT_DATA} for @code{setrlimit}.
495 @item LIM_STACK
496 Maximum stack size.  Same as @code{RLIMIT_STACK} for @code{setrlimit}.
497 @item LIM_CORE
498 Maximum core file size.  Same as @code{RLIMIT_COR} for @code{setrlimit}.
499 @item LIM_MAXRSS
500 Maximum physical memory.  Same as @code{RLIMIT_RSS} for @code{setrlimit}.
501 @end table
503 The return value is zero for success, and @code{-1} with @code{errno} set
504 accordingly for failure:
506 @table @code
507 @item EPERM
508 The process tried to set its current limit beyond its maximum limit.
509 @end table
511 @end deftypefun
513 @node Priority
514 @section Process CPU Priority And Scheduling
515 @cindex process priority
516 @cindex cpu priority
517 @cindex priority of a process
519 When multiple processes simultaneously require CPU time, the system's
520 scheduling policy and process CPU priorities determine which processes
521 get it.  This section describes how that determination is made and
522 GNU C library functions to control it.
524 It is common to refer to CPU scheduling simply as scheduling and a
525 process' CPU priority simply as the process' priority, with the CPU
526 resource being implied.  Bear in mind, though, that CPU time is not the
527 only resource a process uses or that processes contend for.  In some
528 cases, it is not even particularly important.  Giving a process a high
529 ``priority'' may have very little effect on how fast a process runs with
530 respect to other processes.  The priorities discussed in this section
531 apply only to CPU time.
533 CPU scheduling is a complex issue and different systems do it in wildly
534 different ways.  New ideas continually develop and find their way into
535 the intricacies of the various systems' scheduling algorithms.  This
536 section discusses the general concepts, some specifics of systems 
537 that commonly use the GNU C library, and some standards.
539 For simplicity, we talk about CPU contention as if there is only one CPU
540 in the system.  But all the same principles apply when a processor has
541 multiple CPUs, and knowing that the number of processes that can run at
542 any one time is equal to the number of CPUs, you can easily extrapolate
543 the information.
545 The functions described in this section are all defined by the POSIX.1
546 and POSIX.1b standards (the @code{sched...} functions are POSIX.1b).
547 However, POSIX does not define any semantics for the values that these
548 functions get and set.  In this chapter, the semantics are based on the
549 Linux kernel's implementation of the POSIX standard.  As you will see,
550 the Linux implementation is quite the inverse of what the authors of the
551 POSIX syntax had in mind.
553 @menu
554 * Absolute Priority::               The first tier of priority.  Posix
555 * Realtime Scheduling::             Scheduling among the process nobility
556 * Basic Scheduling Functions::      Get/set scheduling policy, priority
557 * Traditional Scheduling::          Scheduling among the vulgar masses
558 @end menu
562 @node Absolute Priority
563 @subsection Absolute Priority
564 @cindex absolute priority
565 @cindex priority, absolute
567 Every process has an absolute priority, and it is represented by a number.
568 The higher the number, the higher the absolute priority.
570 @cindex realtime CPU scheduling
571 On systems of the past, and most systems today, all processes have
572 absolute priority 0 and this section is irrelevant.  In that case,
573 @xref{Traditional Scheduling}.  Absolute priorities were invented to
574 accomodate realtime systems, in which it is vital that certain processes
575 be able to respond to external events happening in real time, which
576 means they cannot wait around while some other process that @emph{wants
577 to}, but doesn't @emph{need to} run occupies the CPU.
579 @cindex ready to run
580 @cindex preemptive scheduling
581 When two processes are in contention to use the CPU at any instant, the
582 one with the higher absolute priority always gets it.  This is true even if the
583 process with the lower priority is already using the CPU (i.e. the
584 scheduling is preemptive).  Of course, we're only talking about
585 processes that are running or ``ready to run,'' which means they are
586 ready to execute instructions right now.  When a process blocks to wait
587 for something like I/O, its absolute priority is irrelevant.
589 @cindex runnable process
590 @strong{Note:}  The term ``runnable'' is a synonym for ``ready to run.''
592 When two processes are running or ready to run and both have the same
593 absolute priority, it's more interesting.  In that case, who gets the
594 CPU is determined by the scheduling policy.  If the processeses have
595 absolute priority 0, the traditional scheduling policy described in
596 @ref{Traditional Scheduling} applies.  Otherwise, the policies described
597 in @ref{Realtime Scheduling} apply.
599 You normally give an absolute priority above 0 only to a process that
600 can be trusted not to hog the CPU.  Such processes are designed to block
601 (or terminate) after relatively short CPU runs.
603 A process begins life with the same absolute priority as its parent
604 process.  Functions described in @ref{Basic Scheduling Functions} can
605 change it.
607 Only a privileged process can change a process' absolute priority to
608 something other than @code{0}.  Only a privileged process or the
609 target process' owner can change its absolute priority at all.
611 POSIX requires absolute priority values used with the realtime
612 scheduling policies to be consecutive with a range of at least 32.  On
613 Linux, they are 1 through 99.  The functions
614 @code{sched_get_priority_max} and @code{sched_set_priority_min} portably
615 tell you what the range is on a particular system.
618 @subsubsection Using Absolute Priority
620 One thing you must keep in mind when designing real time applications is
621 that having higher absolute priority than any other process doesn't
622 guarantee the process can run continuously.  Two things that can wreck a
623 good CPU run are interrupts and page faults.  
625 Interrupt handlers live in that limbo between processes.  The CPU is
626 executing instructions, but they aren't part of any process.  An
627 interrupt will stop even the highest priority process.  So you must
628 allow for slight delays and make sure that no device in the system has
629 an interrupt handler that could cause too long a delay between
630 instructions for your process.
632 Similarly, a page fault causes what looks like a straightforward
633 sequence of instructions to take a long time.  The fact that other
634 processes get to run while the page faults in is of no consequence,
635 because as soon as the I/O is complete, the high priority process will
636 kick them out and run again, but the wait for the I/O itself could be a
637 problem.  To neutralize this threat, use @code{mlock} or
638 @code{mlockall}.
640 There are a few ramifications of the absoluteness of this priority on a
641 single-CPU system that you need to keep in mind when you choose to set a
642 priority and also when you're working on a program that runs with high
643 absolute priority.  Consider a process that has higher absolute priority
644 than any other process in the system and due to a bug in its program, it
645 gets into an infinite loop.  It will never cede the CPU.  You can't run
646 a command to kill it because your command would need to get the CPU in
647 order to run.  The errant program is in complete control.  It controls
648 the vertical, it controls the horizontal.
650 There are two ways to avoid this: 1) keep a shell running somewhere with
651 a higher absolute priority.  2) keep a controlling terminal attached to
652 the high priority process group.  All the priority in the world won't
653 stop an interrupt handler from running and delivering a signal to the
654 process if you hit Control-C.
656 Some systems use absolute priority as a means of allocating a fixed per
657 centage of CPU time to a process.  To do this, a super high priority
658 privileged process constantly monitors the process' CPU usage and raises
659 its absolute priority when the process isn't getting its entitled share
660 and lowers it when the process is exceeding it.
662 @strong{Note:}  The absolute priority is sometimes called the ``static
663 priority.''  We don't use that term in this manual because it misses the
664 most important feature of the absolute priority:  its absoluteness.
667 @node Realtime Scheduling
668 @subsection Realtime Scheduling
669 @comment realtime scheduling
671 Whenever two processes with the same absolute priority are ready to run,
672 the kernel has a decision to make, because only one can run at a time.
673 If the processes have absolute priority 0, the kernel makes this decision
674 as described in @ref{Traditional Scheduling}.  Otherwise, the decision
675 is as described in this section.
677 If two processes are ready to run but have different absolute priorities,
678 the decision is much simpler, and is described in @ref{Absolute
679 Priority}.
681 Each process has a scheduling policy.  For processes with absolute 
682 priority other than zero, there are two available:
684 @enumerate
685 @item
686 First Come First Served
687 @item
688 Round Robin
689 @end enumerate
691 The most sensible case is where all the processes with a certain
692 absolute priority have the same scheduling policy.  We'll discuss that
693 first.
695 In Round Robin, processes share the CPU, each one running for a small
696 quantum of time (``time slice'') and then yielding to another in a
697 circular fashion.  Of course, only processes that are ready to run and
698 have the same absolute priority are in this circle.
700 In First Come First Served, the process that has been waiting the
701 longest to run gets the CPU, and it keeps it until it voluntarily
702 relinquishes the CPU, runs out of things to do (blocks), or gets
703 preempted by a higher priority process.
705 First Come First Served, along with maximal absolute priority and
706 careful control of interrupts and page faults, is the one to use when a
707 process absolutely, positively has to run at full CPU speed or not at
708 all.
710 Judicious use of @code{sched_yield} function invocations by processes
711 with First Come First Served scheduling policy forms a good compromise
712 between Round Robin and First Come First Served.
714 To understand how scheduling works when processes of different scheduling
715 policies occupy the same absolute priority, you have to know the nitty
716 gritty details of how processes enter and exit the ready to run list:
718 In both cases, the ready to run list is organized as a true queue, where
719 a process gets pushed onto the tail when it becomes ready to run and is
720 popped off the head when the scheduler decides to run it.  Note that
721 ready to run and running are two mutually exclusive states.  When the
722 scheduler runs a process, that process is no longer ready to run and no
723 longer in the ready to run list.  When the process stops running, it
724 may go back to being ready to run again.
726 The only difference between a process that is assigned the Round Robin
727 scheduling policy and a process that is assigned First Come First Serve
728 is that in the former case, the process is automatically booted off the
729 CPU after a certain amount of time.  When that happens, the process goes
730 back to being ready to run, which means it enters the queue at the tail.
731 The time quantum we're talking about is small.  Really small.  This is
732 not your father's timesharing.  For example, with the Linux kernel, the
733 round robin time slice is a thousand times shorter than its typical
734 time slice for traditional scheduling.
736 A process begins life with the same scheduling policy as its parent process.
737 Functions described in @ref{Basic Scheduling Functions} can change it.
739 Only a privileged process can set the scheduling policy of a process
740 that has absolute priority higher than 0.
742 @node Basic Scheduling Functions
743 @subsection Basic Scheduling Functions
745 This section describes functions in the GNU C library for setting the
746 absolute priority and scheduling policy of a process.
748 @strong{Portability Note:}  On systems that have the functions in this
749 section, the macro _POSIX_PRIORITY_SCHEDULING is defined in
750 @file{<unistd.h>}.
752 For the case that the scheduling policy is traditional scheduling, more
753 functions to fine tune the scheduling are in @ref{Traditional Scheduling}.
755 Don't try to make too much out of the naming and structure of these
756 functions.  They don't match the concepts described in this manual
757 because the functions are as defined by POSIX.1b, but the implementation
758 on systems that use the GNU C library is the inverse of what the POSIX
759 structure contemplates.  The POSIX scheme assumes that the primary
760 scheduling parameter is the scheduling policy and that the priority
761 value, if any, is a parameter of the scheduling policy.  In the
762 implementation, though, the priority value is king and the scheduling
763 policy, if anything, only fine tunes the effect of that priority.
765 The symbols in this section are declared by including file @file{sched.h}.
767 @comment sched.h
768 @comment POSIX
769 @deftp {Data Type} {struct sched_param}
770 This structure describes an absolute priority.
771 @table @code
772 @item int sched_priority
773 absolute priority value
774 @end table
775 @end deftp
777 @comment sched.h
778 @comment POSIX
779 @deftypefun int sched_setscheduler (pid_t @var{pid}, int @var{policy}, const struct sched_param *@var{param})
781 This function sets both the absolute priority and the scheduling policy
782 for a process.
784 It assigns the absolute priority value given by @var{param} and the
785 scheduling policy @var{policy} to the process with Process ID @var{pid},
786 or the calling process if @var{pid} is zero.  If @var{policy} is
787 negative, @code{sched_setschedule} keeps the existing scheduling policy.
789 The following macros represent the valid values for @var{policy}:
791 @table @code
792 @item SCHED_OTHER
793 Traditional Scheduling
794 @item SCHED_FIFO
795 First In First Out 
796 @item SCHED_RR
797 Round Robin
798 @end table
800 @c The Linux kernel code (in sched.c) actually reschedules the process,
801 @c but it puts it at the head of the run queue, so I'm not sure just what
802 @c the effect is, but it must be subtle.
804 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
805 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
806 to this function are:
808 @table @code
809 @item EPERM
810 @itemize @bullet
811 @item
812 The calling process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission and
813 @var{policy} is not @code{SCHED_OTHER} (or it's negative and the
814 existing policy is not @code{SCHED_OTHER}.
816 @item
817 The calling process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission and its
818 owner is not the target process' owner.  I.e.  the effective uid of the
819 calling process is neither the effective nor the real uid of process
820 @var{pid}.
821 @c We need a cross reference to the capabilities section, when written.
822 @end itemize
824 @item ESRCH
825 There is no process with pid @var{pid} and @var{pid} is not zero.
827 @item EINVAL
828 @itemize @bullet
829 @item
830 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
832 @item
833 The absolute priority value identified by *@var{param} is outside the
834 valid range for the scheduling policy @var{policy} (or the existing
835 scheduling policy if @var{policy} is negative) or @var{param} is
836 null.  @code{sched_get_priority_max} and @code{sched_get_priority_min}
837 tell you what the valid range is.
839 @item
840 @var{pid} is negative.
841 @end itemize
842 @end table
844 @end deftypefun
847 @comment sched.h
848 @comment POSIX
849 @deftypefun int sched_getscheduler (pid_t @var{pid})
851 This function returns the scheduling policy assigned to the process with
852 Process ID (pid) @var{pid}, or the calling process if @var{pid} is zero.
854 The return value is the scheduling policy.  See
855 @code{sched_setscheduler} for the possible values.
857 If the function fails, the return value is instead @code{-1} and
858 @code{errno} is set accordingly.
860 The @code{errno} values specific to this function are:
862 @table @code
864 @item ESRCH
865 There is no process with pid @var{pid} and it is not zero.
867 @item EINVAL
868 @var{pid} is negative.
870 @end table
872 Note that this function is not an exact mate to @code{sched_setscheduler}
873 because while that function sets the scheduling policy and the absolute
874 priority, this function gets only the scheduling policy.  To get the
875 absolute priority, use @code{sched_getparam}.
877 @end deftypefun
880 @comment sched.h
881 @comment POSIX
882 @deftypefun int sched_setparam (pid_t @var{pid}, const struct sched_param *@var{param})
884 This function sets a process' absolute priority.
886 It is functionally identical to @code{sched_setscheduler} with
887 @var{policy} = @code{-1}.
889 @c in fact, that's how it's implemented in Linux.
891 @end deftypefun
893 @comment sched.h
894 @comment POSIX
895 @deftypefun int sched_getparam (pid_t @var{pid}, const struct sched_param *@var{param})
897 This function returns a process' absolute priority.
899 @var{pid} is the Process ID (pid) of the process whose absolute priority
900 you want to know.
902 @var{param} is a pointer to a structure in which the function stores the
903 absolute priority of the process.
905 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
906 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
907 to this function are:
909 @table @code
911 @item ESRCH
912 There is no process with pid @var{pid} and it is not zero.
914 @item EINVAL
915 @var{pid} is negative.
917 @end table
919 @end deftypefun
922 @comment sched.h
923 @comment POSIX
924 @deftypefun int sched_get_priority_min (int *@var{policy});
926 This function returns the lowest absolute priority value that is
927 allowable for a process with scheduling policy @var{policy}.
929 On Linux, it is 0 for SCHED_OTHER and 1 for everything else.
931 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
932 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
933 to this function are:
935 @table @code
936 @item EINVAL
937 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
938 @end table
940 @end deftypefun
942 @comment sched.h
943 @comment POSIX
944 @deftypefun int sched_set_priority_max (int *@var{policy});
946 This function returns the highest absolute priority value that is
947 allowable for a process that with scheduling policy @var{policy}.
949 On Linux, it is 0 for SCHED_OTHER and 99 for everything else.
951 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
952 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
953 to this function are:
955 @table @code
956 @item EINVAL
957 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
958 @end table
960 @end deftypefun
962 @comment sched.h
963 @comment POSIX
964 @deftypefun int sched_rr_get_interval (pid_t @var{pid}, struct timespec *@var{interval})
966 This function returns the length of the quantum (time slice) used with 
967 the Round Robin scheduling policy, if it is used, for the process with
968 Process ID @var{pid}.
970 It returns the length of time as @var{interval}.  
971 @c We need a cross-reference to where timespec is explained.  But that
972 @c section doesn't exist yet, and the time chapter needs to be slightly
973 @c reorganized so there is a place to put it (which will be right next
974 @c to timeval, which is presently misplaced).  2000.05.07.
976 With a Linux kernel, the round robin time slice is always 150
977 microseconds, and @var{pid} need not even be a real pid.
979 The return value is @code{0} on success and in the pathological case
980 that it fails, the return value is @code{-1} and @code{errno} is set
981 accordingly.  There is nothing specific that can go wrong with this
982 function, so there are no specific @code{errno} values.
984 @end deftypefun
986 @comment sched.h
987 @comment POSIX
988 @deftypefun sched_yield (void)
990 This function voluntarily gives up the process' claim on the CPU.
992 Technically, @code{sched_yield} causes the calling process to be made
993 immediately ready to run (as opposed to running, which is what it was
994 before).  This means that if it has absolute priority higher than 0, it
995 gets pushed onto the tail of the queue of processes that share its
996 absolute priority and are ready to run, and it will run again when its
997 turn next arrives.  If its absolute priority is 0, it is more
998 complicated, but still has the effect of yielding the CPU to other
999 processes.
1001 If there are no other processes that share the calling process' absolute
1002 priority, this function doesn't have any effect.
1004 To the extent that the containing program is oblivious to what other
1005 processes in the system are doing and how fast it executes, this
1006 function appears as a no-op.
1008 The return value is @code{0} on success and in the pathological case
1009 that it fails, the return value is @code{-1} and @code{errno} is set
1010 accordingly.  There is nothing specific that can go wrong with this
1011 function, so there are no specific @code{errno} values.
1013 @end deftypefun
1015 @node Traditional Scheduling
1016 @subsection Traditional Scheduling
1017 @cindex scheduling, traditional
1019 This section is about the scheduling among processes whose absolute
1020 priority is 0.  When the system hands out the scraps of CPU time that
1021 are left over after the processes with higher absolulte priority have
1022 taken all they want, the scheduling described herein determines who
1023 among the great unwashed processes gets them.
1025 @menu
1026 * Traditional Scheduling Intro::
1027 * Traditional Scheduling Functions::
1028 @end menu
1030 @node Traditional Scheduling Intro
1031 @subsubsection Introduction To Traditional Scheduling
1033 Long before there was absolute priority (See @ref{Absolute Priority}),
1034 Unix systems were scheduling the CPU using this system.  When Posix came
1035 in like the Romans and imposed absolute priorities to accomodate the
1036 needs of realtime processing, it left the indigenous Absolute Priority
1037 Zero processes to govern themselves by their own familiar scheduling
1038 policy.
1040 Indeed, absolute priorities higher than zero are not available on many
1041 systems today and are not typically used when they are, being intended
1042 mainly for computers that do realtime processing.  So this section
1043 describes the only scheduling many programmers need to be concerned
1044 about.
1046 But just to be clear about the scope of this scheduling: Any time a
1047 process with a absolute priority of 0 and a process with an absolute
1048 priority higher than 0 are ready to run at the same time, the one with
1049 absolute priority 0 does not run.  If it's already running when the
1050 higher priority ready-to-run process comes into existence, it stops
1051 immediately.
1053 In addition to its absolute priority of zero, every process has another
1054 priority, which we will refer to as "dynamic priority" because it changes
1055 over time.  The dynamic priority is meaningless for processes with 
1056 an absolute priority higher than zero.
1058 The dynamic priority sometimes determines who gets the next turn on the
1059 CPU.  Sometimes it determines how long turns last.  Sometimes it
1060 determines whether a process can kick another off the CPU.
1062 In Linux, the value is a combination of these things, but mostly it is
1063 just determines the length of the time slice.  The higher a process'
1064 dynamic priority, the longer a shot it gets on the CPU when it gets one.
1065 If it doesn't use up its time slice before giving up the CPU to do
1066 something like wait for I/O, it is favored for getting the CPU back when
1067 it's ready for it, to finish out its time slice.  Other than that,
1068 selection of processes for new time slices is basically round robin.
1069 But the scheduler does throw a bone to the low priority processes: A
1070 process' dynamic priority rises every time it is snubbed in the
1071 scheduling process.  In Linux, even the fat kid gets to play.
1073 The fluctuation of a process' dynamic priority is regulated by another
1074 value: The ``nice'' value.  The nice value is an integer, usually in the
1075 range -20 to 20, and represents an upper limit on a process' dynamic
1076 priority.  The higher the nice number, the lower that limit.
1078 On a typical Linux system, for example, a process with a nice value of
1079 20 can get only 10 milliseconds on the CPU at a time, whereas a process
1080 with a nice value of -20 can achieve a high enough priority to get 400
1081 milliseconds.
1083 The idea of the nice value is deferential courtesy.  In the beginning,
1084 in the Unix garden of Eden, all processes shared equally in the bounty
1085 of the computer system.  But not all processes really need the same
1086 share of CPU time, so the nice value gave a courteous process the
1087 ability to refuse its equal share of CPU time that others might prosper.
1088 Hence, the higher a process' nice value, the nicer the process is.
1089 (Then a snake came along and offered some process a negative nice value
1090 and the system became the crass resource allocation system we know
1091 today).
1093 Dynamic priorities tend upward and downward with an objective of
1094 smoothing out allocation of CPU time and giving quick response time to
1095 infrequent requests.  But they never exceed their nice limits, so on a
1096 heavily loaded CPU, the nice value effectively determines how fast a
1097 process runs.
1099 In keeping with the socialistic heritage of Unix process priority, a
1100 process begins life with the same nice value as its parent process and
1101 can raise it at will.  A process can also raise the nice value of any
1102 other process owned by the same user (or effective user).  But only a
1103 privileged process can lower its nice value.  A privileged process can
1104 also raise or lower another process' nice value.
1106 GNU C Library functions for getting and setting nice values are described in 
1107 @xref{Traditional Scheduling Functions}.
1109 @node Traditional Scheduling Functions
1110 @subsubsection Functions For Traditional Scheduling
1112 @pindex sys/resource.h
1113 This section describes how you can read and set the nice value of a
1114 process.  All these symbols are declared in @file{sys/resource.h}.
1116 The function and macro names are defined by POSIX, and refer to
1117 "priority," but the functions actually have to do with nice values, as
1118 the terms are used both in the manual and POSIX.
1120 The range of valid nice values depends on the kernel, but typically it
1121 runs from @code{-20} to @code{20}.  A lower nice value corresponds to
1122 higher priority for the process.  These constants describe the range of
1123 priority values:
1125 @table @code
1126 @comment sys/resource.h
1127 @comment BSD
1128 @item PRIO_MIN
1129 @vindex PRIO_MIN
1130 The lowest valid nice value.
1132 @comment sys/resource.h
1133 @comment BSD
1134 @item PRIO_MAX
1135 @vindex PRIO_MAX
1136 The highest valid nice value.
1137 @end table
1139 @comment sys/resource.h
1140 @comment BSD,POSIX
1141 @deftypefun int getpriority (int @var{class}, int @var{id})
1142 Return the nice value of a set of processes; @var{class} and @var{id}
1143 specify which ones (see below).  If the processes specified do not all
1144 have the same nice value, this returns the lowest value that any of them
1145 has.
1147 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
1148 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
1149 to this function are:
1151 @table @code
1152 @item ESRCH
1153 The combination of @var{class} and @var{id} does not match any existing
1154 process.
1156 @item EINVAL
1157 The value of @var{class} is not valid.
1158 @end table
1160 If the return value is @code{-1}, it could indicate failure, or it could
1161 be the nice value.  The only way to make certain is to set @code{errno =
1162 0} before calling @code{getpriority}, then use @code{errno != 0}
1163 afterward as the criterion for failure.
1164 @end deftypefun
1166 @comment sys/resource.h
1167 @comment BSD,POSIX
1168 @deftypefun int setpriority (int @var{class}, int @var{id}, int @var{niceval})
1169 Set the nice value of a set of processes to @var{niceval}; @var{class}
1170 and @var{id} specify which ones (see below).
1172 The return value is the nice value on success, and @code{-1} on
1173 failure.  The following @code{errno} error condition are possible for
1174 this function:
1176 @table @code
1177 @item ESRCH
1178 The combination of @var{class} and @var{id} does not match any existing
1179 process.
1181 @item EINVAL
1182 The value of @var{class} is not valid.
1184 @item EPERM
1185 The call would set the nice value of a process which is owned by a different
1186 user than the calling process (i.e. the target process' real or effective
1187 uid does not match the calling process' effective uid) and the calling
1188 process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission.
1190 @item EACCES
1191 The call would lower the process' nice value and the process does not have
1192 @code{CAP_SYS_NICE} permission.
1193 @end table
1195 @end deftypefun
1197 The arguments @var{class} and @var{id} together specify a set of
1198 processes in which you are interested.  These are the possible values of
1199 @var{class}:
1201 @table @code
1202 @comment sys/resource.h
1203 @comment BSD
1204 @item PRIO_PROCESS
1205 @vindex PRIO_PROCESS
1206 One particular process.  The argument @var{id} is a process ID (pid).
1208 @comment sys/resource.h
1209 @comment BSD
1210 @item PRIO_PGRP
1211 @vindex PRIO_PGRP
1212 All the processes in a particular process group.  The argument @var{id} is
1213 a process group ID (pgid).
1215 @comment sys/resource.h
1216 @comment BSD
1217 @item PRIO_USER
1218 @vindex PRIO_USER
1219 All the processes owned by a particular user (i.e. whose real uid
1220 indicates the user).  The argument @var{id} is a user ID (uid).
1221 @end table
1223 If the argument @var{id} is 0, it stands for the calling process, its
1224 process group, or its owner (real uid), according to @var{class}.
1226 @c ??? I don't know where we should say this comes from.
1227 @comment Unix
1228 @comment dunno.h
1229 @deftypefun int nice (int @var{increment})
1230 Increment the nice value of the calling process by @var{increment}.
1231 The return value is the same as for @code{setpriority}.
1233 Here is an equivalent definition of @code{nice}:
1235 @smallexample
1237 nice (int increment)
1239   int old = getpriority (PRIO_PROCESS, 0);
1240   return setpriority (PRIO_PROCESS, 0, old + increment);
1242 @end smallexample
1243 @end deftypefun