Support mcount/gprof test with GCC defaulting to PIE
[glibc.git] / manual / resource.texi
blob8bc2a803d43ae7e72025af1cd518bb12e8ec614c
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 * Memory Resources::            Querying memory available resources.
13 * Processor Resources::         Learn about the processors available.
14 @end menu
17 @node Resource Usage
18 @section Resource Usage
20 @pindex sys/resource.h
21 The function @code{getrusage} and the data type @code{struct rusage}
22 are used to examine the resource usage of a process.  They are declared
23 in @file{sys/resource.h}.
25 @deftypefun int getrusage (int @var{processes}, struct rusage *@var{rusage})
26 @standards{BSD, sys/resource.h}
27 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
28 @c On HURD, this calls task_info 3 times.  On UNIX, it's a syscall.
29 This function reports resource usage totals for processes specified by
30 @var{processes}, storing the information in @code{*@var{rusage}}.
32 In most systems, @var{processes} has only two valid values:
34 @vtable @code
35 @item RUSAGE_SELF
36 @standards{BSD, sys/resource.h}
37 Just the current process.
39 @item RUSAGE_CHILDREN
40 @standards{BSD, sys/resource.h}
41 All child processes (direct and indirect) that have already terminated.
42 @end vtable
44 The return value of @code{getrusage} is zero for success, and @code{-1}
45 for failure.
47 @table @code
48 @item EINVAL
49 The argument @var{processes} is not valid.
50 @end table
51 @end deftypefun
53 One way of getting resource usage for a particular child process is with
54 the function @code{wait4}, which returns totals for a child when it
55 terminates.  @xref{BSD Wait Functions}.
57 @deftp {Data Type} {struct rusage}
58 @standards{BSD, sys/resource.h}
59 This data type stores various resource usage statistics.  It has the
60 following members, and possibly others:
62 @table @code
63 @item struct timeval ru_utime
64 Time spent executing user instructions.
66 @item struct timeval ru_stime
67 Time spent in operating system code on behalf of @var{processes}.
69 @item long int ru_maxrss
70 The maximum resident set size used, in kilobytes.  That is, the maximum
71 number of kilobytes of physical memory that @var{processes} used
72 simultaneously.
74 @item long int ru_ixrss
75 An integral value expressed in kilobytes times ticks of execution, which
76 indicates the amount of memory used by text that was shared with other
77 processes.
79 @item long int ru_idrss
80 An integral value expressed the same way, which is the amount of
81 unshared memory used for data.
83 @item long int ru_isrss
84 An integral value expressed the same way, which is the amount of
85 unshared memory used for stack space.
87 @item long int ru_minflt
88 The number of page faults which were serviced without requiring any I/O.
90 @item long int ru_majflt
91 The number of page faults which were serviced by doing I/O.
93 @item long int ru_nswap
94 The number of times @var{processes} was swapped entirely out of main memory.
96 @item long int ru_inblock
97 The number of times the file system had to read from the disk on behalf
98 of @var{processes}.
100 @item long int ru_oublock
101 The number of times the file system had to write to the disk on behalf
102 of @var{processes}.
104 @item long int ru_msgsnd
105 Number of IPC messages sent.
107 @item long int ru_msgrcv
108 Number of IPC messages received.
110 @item long int ru_nsignals
111 Number of signals received.
113 @item long int ru_nvcsw
114 The number of times @var{processes} voluntarily invoked a context switch
115 (usually to wait for some service).
117 @item long int ru_nivcsw
118 The number of times an involuntary context switch took place (because
119 a time slice expired, or another process of higher priority was
120 scheduled).
121 @end table
122 @end deftp
124 @code{vtimes} is a historical function that does some of what
125 @code{getrusage} does.  @code{getrusage} is a better choice.
127 @code{vtimes} and its @code{vtimes} data structure are declared in
128 @file{sys/vtimes.h}.
129 @pindex sys/vtimes.h
131 @deftypefun int vtimes (struct vtimes *@var{current}, struct vtimes *@var{child})
132 @standards{???, sys/vtimes.h}
133 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
134 @c Calls getrusage twice.
136 @code{vtimes} reports resource usage totals for a process.
138 If @var{current} is non-null, @code{vtimes} stores resource usage totals for
139 the invoking process alone in the structure to which it points.  If
140 @var{child} is non-null, @code{vtimes} stores resource usage totals for all
141 past children (which have terminated) of the invoking process in the structure
142 to which it points.
144 @deftp {Data Type} {struct vtimes}
145 This data type contains information about the resource usage of a process.
146 Each member corresponds to a member of the @code{struct rusage} data type
147 described above.
149 @table @code
150 @item vm_utime
151 User CPU time.  Analogous to @code{ru_utime} in @code{struct rusage}
152 @item vm_stime
153 System CPU time.  Analogous to @code{ru_stime} in @code{struct rusage}
154 @item vm_idsrss
155 Data and stack memory.  The sum of the values that would be reported as
156 @code{ru_idrss} and @code{ru_isrss} in @code{struct rusage}
157 @item vm_ixrss
158 Shared memory.  Analogous to @code{ru_ixrss} in @code{struct rusage}
159 @item vm_maxrss
160 Maximent resident set size.  Analogous to @code{ru_maxrss} in
161 @code{struct rusage}
162 @item vm_majflt
163 Major page faults.  Analogous to @code{ru_majflt} in @code{struct rusage}
164 @item vm_minflt
165 Minor page faults.  Analogous to @code{ru_minflt} in @code{struct rusage}
166 @item vm_nswap
167 Swap count.  Analogous to @code{ru_nswap} in @code{struct rusage}
168 @item vm_inblk
169 Disk reads.  Analogous to @code{ru_inblk} in @code{struct rusage}
170 @item vm_oublk
171 Disk writes.  Analogous to @code{ru_oublk} in @code{struct rusage}
172 @end table
173 @end deftp
176 The return value is zero if the function succeeds; @code{-1} otherwise.
180 @end deftypefun
181 An additional historical function for examining resource usage,
182 @code{vtimes}, is supported but not documented here.  It is declared in
183 @file{sys/vtimes.h}.
185 @node Limits on Resources
186 @section Limiting Resource Usage
187 @cindex resource limits
188 @cindex limits on resource usage
189 @cindex usage limits
191 You can specify limits for the resource usage of a process.  When the
192 process tries to exceed a limit, it may get a signal, or the system call
193 by which it tried to do so may fail, depending on the resource.  Each
194 process initially inherits its limit values from its parent, but it can
195 subsequently change them.
197 There are two per-process limits associated with a resource:
198 @cindex limit
200 @table @dfn
201 @item current limit
202 The current limit is the value the system will not allow usage to
203 exceed.  It is also called the ``soft limit'' because the process being
204 limited can generally raise the current limit at will.
205 @cindex current limit
206 @cindex soft limit
208 @item maximum limit
209 The maximum limit is the maximum value to which a process is allowed to
210 set its current limit.  It is also called the ``hard limit'' because
211 there is no way for a process to get around it.  A process may lower
212 its own maximum limit, but only the superuser may increase a maximum
213 limit.
214 @cindex maximum limit
215 @cindex hard limit
216 @end table
218 @pindex sys/resource.h
219 The symbols for use with @code{getrlimit}, @code{setrlimit},
220 @code{getrlimit64}, and @code{setrlimit64} are defined in
221 @file{sys/resource.h}.
223 @deftypefun int getrlimit (int @var{resource}, struct rlimit *@var{rlp})
224 @standards{BSD, sys/resource.h}
225 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
226 @c Direct syscall on most systems.
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 @deftypefun int getrlimit64 (int @var{resource}, struct rlimit64 *@var{rlp})
239 @standards{Unix98, sys/resource.h}
240 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
241 @c Direct syscall on most systems, wrapper to getrlimit otherwise.
242 This function is similar to @code{getrlimit} but its second parameter is
243 a pointer to a variable of type @code{struct rlimit64}, which allows it
244 to read values which wouldn't fit in the member of a @code{struct
245 rlimit}.
247 If the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
248 32-bit machine, this function is available under the name
249 @code{getrlimit} and so transparently replaces the old interface.
250 @end deftypefun
252 @deftypefun int setrlimit (int @var{resource}, const struct rlimit *@var{rlp})
253 @standards{BSD, sys/resource.h}
254 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
255 @c Direct syscall on most systems; lock-taking critical section on HURD.
256 Store the current and maximum limits for the resource @var{resource}
257 in @code{*@var{rlp}}.
259 The return value is @code{0} on success and @code{-1} on failure.  The
260 following @code{errno} error condition is possible:
262 @table @code
263 @item EPERM
264 @itemize @bullet
265 @item
266 The process tried to raise a current limit beyond the maximum limit.
268 @item
269 The process tried to raise a maximum limit, but is not superuser.
270 @end itemize
271 @end table
273 When the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
274 32-bit system this function is in fact @code{setrlimit64}.  Thus, the
275 LFS interface transparently replaces the old interface.
276 @end deftypefun
278 @deftypefun int setrlimit64 (int @var{resource}, const struct rlimit64 *@var{rlp})
279 @standards{Unix98, sys/resource.h}
280 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
281 @c Wrapper for setrlimit or direct syscall.
282 This function is similar to @code{setrlimit} but its second parameter is
283 a pointer to a variable of type @code{struct rlimit64} which allows it
284 to set values which wouldn't fit in the member of a @code{struct
285 rlimit}.
287 If the sources are compiled with @code{_FILE_OFFSET_BITS == 64} on a
288 32-bit machine this function is available under the name
289 @code{setrlimit} and so transparently replaces the old interface.
290 @end deftypefun
292 @deftp {Data Type} {struct rlimit}
293 @standards{BSD, sys/resource.h}
294 This structure is used with @code{getrlimit} to receive limit values,
295 and with @code{setrlimit} to specify limit values for a particular process
296 and resource.  It has two fields:
298 @table @code
299 @item rlim_t rlim_cur
300 The current limit
302 @item rlim_t rlim_max
303 The maximum limit.
304 @end table
306 For @code{getrlimit}, the structure is an output; it receives the current
307 values.  For @code{setrlimit}, it specifies the new values.
308 @end deftp
310 For the LFS functions a similar type is defined in @file{sys/resource.h}.
312 @deftp {Data Type} {struct rlimit64}
313 @standards{Unix98, sys/resource.h}
314 This structure is analogous to the @code{rlimit} structure above, but
315 its components have wider ranges.  It has two fields:
317 @table @code
318 @item rlim64_t rlim_cur
319 This is analogous to @code{rlimit.rlim_cur}, but with a different type.
321 @item rlim64_t rlim_max
322 This is analogous to @code{rlimit.rlim_max}, but with a different type.
323 @end table
325 @end deftp
327 Here is a list of resources for which you can specify a limit.  Memory
328 and file sizes are measured in bytes.
330 @vtable @code
331 @item RLIMIT_CPU
332 @standards{BSD, sys/resource.h}
333 The maximum amount of CPU time the process can use.  If it runs for
334 longer than this, it gets a signal: @code{SIGXCPU}.  The value is
335 measured in seconds.  @xref{Operation Error Signals}.
337 @item RLIMIT_FSIZE
338 @standards{BSD, sys/resource.h}
339 The maximum size of file the process can create.  Trying to write a
340 larger file causes a signal: @code{SIGXFSZ}.  @xref{Operation Error
341 Signals}.
343 @item RLIMIT_DATA
344 @standards{BSD, sys/resource.h}
345 The maximum size of data memory for the process.  If the process tries
346 to allocate data memory beyond this amount, the allocation function
347 fails.
349 @item RLIMIT_STACK
350 @standards{BSD, sys/resource.h}
351 The maximum stack size for the process.  If the process tries to extend
352 its stack past this size, it gets a @code{SIGSEGV} signal.
353 @xref{Program Error Signals}.
355 @item RLIMIT_CORE
356 @standards{BSD, sys/resource.h}
357 The maximum size core file that this process can create.  If the process
358 terminates and would dump a core file larger than this, then no core
359 file is created.  So setting this limit to zero prevents core files from
360 ever being created.
362 @item RLIMIT_RSS
363 @standards{BSD, sys/resource.h}
364 The maximum amount of physical memory that this process should get.
365 This parameter is a guide for the system's scheduler and memory
366 allocator; the system may give the process more memory when there is a
367 surplus.
369 @item RLIMIT_MEMLOCK
370 @standards{BSD, sys/resource.h}
371 The maximum amount of memory that can be locked into physical memory (so
372 it will never be paged out).
374 @item RLIMIT_NPROC
375 @standards{BSD, sys/resource.h}
376 The maximum number of processes that can be created with the same user ID.
377 If you have reached the limit for your user ID, @code{fork} will fail
378 with @code{EAGAIN}.  @xref{Creating a Process}.
380 @item RLIMIT_NOFILE
381 @itemx RLIMIT_OFILE
382 @standardsx{RLIMIT_NOFILE, BSD, sys/resource.h}
383 The maximum number of files that the process can open.  If it tries to
384 open more files than this, its open attempt fails with @code{errno}
385 @code{EMFILE}.  @xref{Error Codes}.  Not all systems support this limit;
386 GNU does, and 4.4 BSD does.
388 @item RLIMIT_AS
389 @standards{Unix98, sys/resource.h}
390 The maximum size of total memory that this process should get.  If the
391 process tries to allocate more memory beyond this amount with, for
392 example, @code{brk}, @code{malloc}, @code{mmap} or @code{sbrk}, the
393 allocation function fails.
395 @item RLIM_NLIMITS
396 @standards{BSD, sys/resource.h}
397 The number of different resource limits.  Any valid @var{resource}
398 operand must be less than @code{RLIM_NLIMITS}.
399 @end vtable
401 @deftypevr Constant rlim_t RLIM_INFINITY
402 @standards{BSD, sys/resource.h}
403 This constant stands for a value of ``infinity'' when supplied as
404 the limit value in @code{setrlimit}.
405 @end deftypevr
408 The following are historical functions to do some of what the functions
409 above do.  The functions above are better choices.
411 @code{ulimit} and the command symbols are declared in @file{ulimit.h}.
412 @pindex ulimit.h
414 @deftypefun {long int} ulimit (int @var{cmd}, @dots{})
415 @standards{BSD, ulimit.h}
416 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
417 @c Wrapper for getrlimit, setrlimit or
418 @c sysconf(_SC_OPEN_MAX)->getdtablesize->getrlimit.
420 @code{ulimit} gets the current limit or sets the current and maximum
421 limit for a particular resource for the calling process according to the
422 command @var{cmd}.
424 If you are getting a limit, the command argument is the only argument.
425 If you are setting a limit, there is a second argument:
426 @code{long int} @var{limit} which is the value to which you are setting
427 the limit.
429 The @var{cmd} values and the operations they specify are:
430 @vtable @code
432 @item GETFSIZE
433 Get the current limit on the size of a file, in units of 512 bytes.
435 @item SETFSIZE
436 Set the current and maximum limit on the size of a file to @var{limit} *
437 512 bytes.
439 @end vtable
441 There are also some other @var{cmd} values that may do things on some
442 systems, but they are not supported.
444 Only the superuser may increase a maximum limit.
446 When you successfully get a limit, the return value of @code{ulimit} is
447 that limit, which is never negative.  When you successfully set a limit,
448 the return value is zero.  When the function fails, the return value is
449 @code{-1} and @code{errno} is set according to the reason:
451 @table @code
452 @item EPERM
453 A process tried to increase a maximum limit, but is not superuser.
454 @end table
457 @end deftypefun
459 @code{vlimit} and its resource symbols are declared in @file{sys/vlimit.h}.
460 @pindex sys/vlimit.h
462 @deftypefun int vlimit (int @var{resource}, int @var{limit})
463 @standards{BSD, sys/vlimit.h}
464 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:setrlimit}}@asunsafe{}@acsafe{}}
465 @c It calls getrlimit and modifies the rlim_cur field before calling
466 @c setrlimit.  There's a window for a concurrent call to setrlimit that
467 @c modifies e.g. rlim_max, which will be lost if running as super-user.
469 @code{vlimit} sets the current limit for a resource for a process.
471 @var{resource} identifies the resource:
473 @vtable @code
474 @item LIM_CPU
475 Maximum CPU time.  Same as @code{RLIMIT_CPU} for @code{setrlimit}.
476 @item LIM_FSIZE
477 Maximum file size.  Same as @code{RLIMIT_FSIZE} for @code{setrlimit}.
478 @item LIM_DATA
479 Maximum data memory.  Same as @code{RLIMIT_DATA} for @code{setrlimit}.
480 @item LIM_STACK
481 Maximum stack size.  Same as @code{RLIMIT_STACK} for @code{setrlimit}.
482 @item LIM_CORE
483 Maximum core file size.  Same as @code{RLIMIT_COR} for @code{setrlimit}.
484 @item LIM_MAXRSS
485 Maximum physical memory.  Same as @code{RLIMIT_RSS} for @code{setrlimit}.
486 @end vtable
488 The return value is zero for success, and @code{-1} with @code{errno} set
489 accordingly for failure:
491 @table @code
492 @item EPERM
493 The process tried to set its current limit beyond its maximum limit.
494 @end table
496 @end deftypefun
498 @node Priority
499 @section Process CPU Priority And Scheduling
500 @cindex process priority
501 @cindex cpu priority
502 @cindex priority of a process
504 When multiple processes simultaneously require CPU time, the system's
505 scheduling policy and process CPU priorities determine which processes
506 get it.  This section describes how that determination is made and
507 @glibcadj{} functions to control it.
509 It is common to refer to CPU scheduling simply as scheduling and a
510 process' CPU priority simply as the process' priority, with the CPU
511 resource being implied.  Bear in mind, though, that CPU time is not the
512 only resource a process uses or that processes contend for.  In some
513 cases, it is not even particularly important.  Giving a process a high
514 ``priority'' may have very little effect on how fast a process runs with
515 respect to other processes.  The priorities discussed in this section
516 apply only to CPU time.
518 CPU scheduling is a complex issue and different systems do it in wildly
519 different ways.  New ideas continually develop and find their way into
520 the intricacies of the various systems' scheduling algorithms.  This
521 section discusses the general concepts, some specifics of systems
522 that commonly use @theglibc{}, and some standards.
524 For simplicity, we talk about CPU contention as if there is only one CPU
525 in the system.  But all the same principles apply when a processor has
526 multiple CPUs, and knowing that the number of processes that can run at
527 any one time is equal to the number of CPUs, you can easily extrapolate
528 the information.
530 The functions described in this section are all defined by the POSIX.1
531 and POSIX.1b standards (the @code{sched@dots{}} functions are POSIX.1b).
532 However, POSIX does not define any semantics for the values that these
533 functions get and set.  In this chapter, the semantics are based on the
534 Linux kernel's implementation of the POSIX standard.  As you will see,
535 the Linux implementation is quite the inverse of what the authors of the
536 POSIX syntax had in mind.
538 @menu
539 * Absolute Priority::               The first tier of priority.  Posix
540 * Realtime Scheduling::             Scheduling among the process nobility
541 * Basic Scheduling Functions::      Get/set scheduling policy, priority
542 * Traditional Scheduling::          Scheduling among the vulgar masses
543 * CPU Affinity::                    Limiting execution to certain CPUs
544 @end menu
548 @node Absolute Priority
549 @subsection Absolute Priority
550 @cindex absolute priority
551 @cindex priority, absolute
553 Every process has an absolute priority, and it is represented by a number.
554 The higher the number, the higher the absolute priority.
556 @cindex realtime CPU scheduling
557 On systems of the past, and most systems today, all processes have
558 absolute priority 0 and this section is irrelevant.  In that case,
559 @xref{Traditional Scheduling}.  Absolute priorities were invented to
560 accommodate realtime systems, in which it is vital that certain processes
561 be able to respond to external events happening in real time, which
562 means they cannot wait around while some other process that @emph{wants
563 to}, but doesn't @emph{need to} run occupies the CPU.
565 @cindex ready to run
566 @cindex preemptive scheduling
567 When two processes are in contention to use the CPU at any instant, the
568 one with the higher absolute priority always gets it.  This is true even if the
569 process with the lower priority is already using the CPU (i.e., the
570 scheduling is preemptive).  Of course, we're only talking about
571 processes that are running or ``ready to run,'' which means they are
572 ready to execute instructions right now.  When a process blocks to wait
573 for something like I/O, its absolute priority is irrelevant.
575 @cindex runnable process
576 @strong{NB:}  The term ``runnable'' is a synonym for ``ready to run.''
578 When two processes are running or ready to run and both have the same
579 absolute priority, it's more interesting.  In that case, who gets the
580 CPU is determined by the scheduling policy.  If the processes have
581 absolute priority 0, the traditional scheduling policy described in
582 @ref{Traditional Scheduling} applies.  Otherwise, the policies described
583 in @ref{Realtime Scheduling} apply.
585 You normally give an absolute priority above 0 only to a process that
586 can be trusted not to hog the CPU.  Such processes are designed to block
587 (or terminate) after relatively short CPU runs.
589 A process begins life with the same absolute priority as its parent
590 process.  Functions described in @ref{Basic Scheduling Functions} can
591 change it.
593 Only a privileged process can change a process' absolute priority to
594 something other than @code{0}.  Only a privileged process or the
595 target process' owner can change its absolute priority at all.
597 POSIX requires absolute priority values used with the realtime
598 scheduling policies to be consecutive with a range of at least 32.  On
599 Linux, they are 1 through 99.  The functions
600 @code{sched_get_priority_max} and @code{sched_set_priority_min} portably
601 tell you what the range is on a particular system.
604 @subsubsection Using Absolute Priority
606 One thing you must keep in mind when designing real time applications is
607 that having higher absolute priority than any other process doesn't
608 guarantee the process can run continuously.  Two things that can wreck a
609 good CPU run are interrupts and page faults.
611 Interrupt handlers live in that limbo between processes.  The CPU is
612 executing instructions, but they aren't part of any process.  An
613 interrupt will stop even the highest priority process.  So you must
614 allow for slight delays and make sure that no device in the system has
615 an interrupt handler that could cause too long a delay between
616 instructions for your process.
618 Similarly, a page fault causes what looks like a straightforward
619 sequence of instructions to take a long time.  The fact that other
620 processes get to run while the page faults in is of no consequence,
621 because as soon as the I/O is complete, the higher priority process will
622 kick them out and run again, but the wait for the I/O itself could be a
623 problem.  To neutralize this threat, use @code{mlock} or
624 @code{mlockall}.
626 There are a few ramifications of the absoluteness of this priority on a
627 single-CPU system that you need to keep in mind when you choose to set a
628 priority and also when you're working on a program that runs with high
629 absolute priority.  Consider a process that has higher absolute priority
630 than any other process in the system and due to a bug in its program, it
631 gets into an infinite loop.  It will never cede the CPU.  You can't run
632 a command to kill it because your command would need to get the CPU in
633 order to run.  The errant program is in complete control.  It controls
634 the vertical, it controls the horizontal.
636 There are two ways to avoid this: 1) keep a shell running somewhere with
637 a higher absolute priority or 2) keep a controlling terminal attached to
638 the high priority process group.  All the priority in the world won't
639 stop an interrupt handler from running and delivering a signal to the
640 process if you hit Control-C.
642 Some systems use absolute priority as a means of allocating a fixed
643 percentage of CPU time to a process.  To do this, a super high priority
644 privileged process constantly monitors the process' CPU usage and raises
645 its absolute priority when the process isn't getting its entitled share
646 and lowers it when the process is exceeding it.
648 @strong{NB:}  The absolute priority is sometimes called the ``static
649 priority.''  We don't use that term in this manual because it misses the
650 most important feature of the absolute priority:  its absoluteness.
653 @node Realtime Scheduling
654 @subsection Realtime Scheduling
655 @cindex realtime scheduling
657 Whenever two processes with the same absolute priority are ready to run,
658 the kernel has a decision to make, because only one can run at a time.
659 If the processes have absolute priority 0, the kernel makes this decision
660 as described in @ref{Traditional Scheduling}.  Otherwise, the decision
661 is as described in this section.
663 If two processes are ready to run but have different absolute priorities,
664 the decision is much simpler, and is described in @ref{Absolute
665 Priority}.
667 Each process has a scheduling policy.  For processes with absolute
668 priority other than zero, there are two available:
670 @enumerate
671 @item
672 First Come First Served
673 @item
674 Round Robin
675 @end enumerate
677 The most sensible case is where all the processes with a certain
678 absolute priority have the same scheduling policy.  We'll discuss that
679 first.
681 In Round Robin, processes share the CPU, each one running for a small
682 quantum of time (``time slice'') and then yielding to another in a
683 circular fashion.  Of course, only processes that are ready to run and
684 have the same absolute priority are in this circle.
686 In First Come First Served, the process that has been waiting the
687 longest to run gets the CPU, and it keeps it until it voluntarily
688 relinquishes the CPU, runs out of things to do (blocks), or gets
689 preempted by a higher priority process.
691 First Come First Served, along with maximal absolute priority and
692 careful control of interrupts and page faults, is the one to use when a
693 process absolutely, positively has to run at full CPU speed or not at
694 all.
696 Judicious use of @code{sched_yield} function invocations by processes
697 with First Come First Served scheduling policy forms a good compromise
698 between Round Robin and First Come First Served.
700 To understand how scheduling works when processes of different scheduling
701 policies occupy the same absolute priority, you have to know the nitty
702 gritty details of how processes enter and exit the ready to run list.
704 In both cases, the ready to run list is organized as a true queue, where
705 a process gets pushed onto the tail when it becomes ready to run and is
706 popped off the head when the scheduler decides to run it.  Note that
707 ready to run and running are two mutually exclusive states.  When the
708 scheduler runs a process, that process is no longer ready to run and no
709 longer in the ready to run list.  When the process stops running, it
710 may go back to being ready to run again.
712 The only difference between a process that is assigned the Round Robin
713 scheduling policy and a process that is assigned First Come First Serve
714 is that in the former case, the process is automatically booted off the
715 CPU after a certain amount of time.  When that happens, the process goes
716 back to being ready to run, which means it enters the queue at the tail.
717 The time quantum we're talking about is small.  Really small.  This is
718 not your father's timesharing.  For example, with the Linux kernel, the
719 round robin time slice is a thousand times shorter than its typical
720 time slice for traditional scheduling.
722 A process begins life with the same scheduling policy as its parent process.
723 Functions described in @ref{Basic Scheduling Functions} can change it.
725 Only a privileged process can set the scheduling policy of a process
726 that has absolute priority higher than 0.
728 @node Basic Scheduling Functions
729 @subsection Basic Scheduling Functions
731 This section describes functions in @theglibc{} for setting the
732 absolute priority and scheduling policy of a process.
734 @strong{Portability Note:}  On systems that have the functions in this
735 section, the macro _POSIX_PRIORITY_SCHEDULING is defined in
736 @file{<unistd.h>}.
738 For the case that the scheduling policy is traditional scheduling, more
739 functions to fine tune the scheduling are in @ref{Traditional Scheduling}.
741 Don't try to make too much out of the naming and structure of these
742 functions.  They don't match the concepts described in this manual
743 because the functions are as defined by POSIX.1b, but the implementation
744 on systems that use @theglibc{} is the inverse of what the POSIX
745 structure contemplates.  The POSIX scheme assumes that the primary
746 scheduling parameter is the scheduling policy and that the priority
747 value, if any, is a parameter of the scheduling policy.  In the
748 implementation, though, the priority value is king and the scheduling
749 policy, if anything, only fine tunes the effect of that priority.
751 The symbols in this section are declared by including file @file{sched.h}.
753 @deftp {Data Type} {struct sched_param}
754 @standards{POSIX, sched.h}
755 This structure describes an absolute priority.
756 @table @code
757 @item int sched_priority
758 absolute priority value
759 @end table
760 @end deftp
762 @deftypefun int sched_setscheduler (pid_t @var{pid}, int @var{policy}, const struct sched_param *@var{param})
763 @standards{POSIX, sched.h}
764 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
765 @c Direct syscall, Linux only.
767 This function sets both the absolute priority and the scheduling policy
768 for a process.
770 It assigns the absolute priority value given by @var{param} and the
771 scheduling policy @var{policy} to the process with Process ID @var{pid},
772 or the calling process if @var{pid} is zero.  If @var{policy} is
773 negative, @code{sched_setscheduler} keeps the existing scheduling policy.
775 The following macros represent the valid values for @var{policy}:
777 @vtable @code
778 @item SCHED_OTHER
779 Traditional Scheduling
780 @item SCHED_FIFO
781 First In First Out
782 @item SCHED_RR
783 Round Robin
784 @end vtable
786 @c The Linux kernel code (in sched.c) actually reschedules the process,
787 @c but it puts it at the head of the run queue, so I'm not sure just what
788 @c the effect is, but it must be subtle.
790 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
791 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
792 to this function are:
794 @table @code
795 @item EPERM
796 @itemize @bullet
797 @item
798 The calling process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission and
799 @var{policy} is not @code{SCHED_OTHER} (or it's negative and the
800 existing policy is not @code{SCHED_OTHER}.
802 @item
803 The calling process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission and its
804 owner is not the target process' owner.  I.e., the effective uid of the
805 calling process is neither the effective nor the real uid of process
806 @var{pid}.
807 @c We need a cross reference to the capabilities section, when written.
808 @end itemize
810 @item ESRCH
811 There is no process with pid @var{pid} and @var{pid} is not zero.
813 @item EINVAL
814 @itemize @bullet
815 @item
816 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
818 @item
819 The absolute priority value identified by *@var{param} is outside the
820 valid range for the scheduling policy @var{policy} (or the existing
821 scheduling policy if @var{policy} is negative) or @var{param} is
822 null.  @code{sched_get_priority_max} and @code{sched_get_priority_min}
823 tell you what the valid range is.
825 @item
826 @var{pid} is negative.
827 @end itemize
828 @end table
830 @end deftypefun
833 @deftypefun int sched_getscheduler (pid_t @var{pid})
834 @standards{POSIX, sched.h}
835 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
836 @c Direct syscall, Linux only.
838 This function returns the scheduling policy assigned to the process with
839 Process ID (pid) @var{pid}, or the calling process if @var{pid} is zero.
841 The return value is the scheduling policy.  See
842 @code{sched_setscheduler} for the possible values.
844 If the function fails, the return value is instead @code{-1} and
845 @code{errno} is set accordingly.
847 The @code{errno} values specific to this function are:
849 @table @code
851 @item ESRCH
852 There is no process with pid @var{pid} and it is not zero.
854 @item EINVAL
855 @var{pid} is negative.
857 @end table
859 Note that this function is not an exact mate to @code{sched_setscheduler}
860 because while that function sets the scheduling policy and the absolute
861 priority, this function gets only the scheduling policy.  To get the
862 absolute priority, use @code{sched_getparam}.
864 @end deftypefun
867 @deftypefun int sched_setparam (pid_t @var{pid}, const struct sched_param *@var{param})
868 @standards{POSIX, sched.h}
869 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
870 @c Direct syscall, Linux only.
872 This function sets a process' absolute priority.
874 It is functionally identical to @code{sched_setscheduler} with
875 @var{policy} = @code{-1}.
877 @c in fact, that's how it's implemented in Linux.
879 @end deftypefun
881 @deftypefun int sched_getparam (pid_t @var{pid}, struct sched_param *@var{param})
882 @standards{POSIX, sched.h}
883 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
884 @c Direct syscall, Linux only.
886 This function returns a process' absolute priority.
888 @var{pid} is the Process ID (pid) of the process whose absolute priority
889 you want to know.
891 @var{param} is a pointer to a structure in which the function stores the
892 absolute priority of the process.
894 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
895 and @code{errno} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
896 to this function are:
898 @table @code
900 @item ESRCH
901 There is no process with pid @var{pid} and it is not zero.
903 @item EINVAL
904 @var{pid} is negative.
906 @end table
908 @end deftypefun
911 @deftypefun int sched_get_priority_min (int @var{policy})
912 @standards{POSIX, sched.h}
913 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
914 @c Direct syscall, Linux only.
916 This function returns the lowest absolute priority value that is
917 allowable for a process with scheduling policy @var{policy}.
919 On Linux, it is 0 for SCHED_OTHER and 1 for everything else.
921 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
922 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
923 to this function are:
925 @table @code
926 @item EINVAL
927 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
928 @end table
930 @end deftypefun
932 @deftypefun int sched_get_priority_max (int @var{policy})
933 @standards{POSIX, sched.h}
934 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
935 @c Direct syscall, Linux only.
937 This function returns the highest absolute priority value that is
938 allowable for a process that with scheduling policy @var{policy}.
940 On Linux, it is 0 for SCHED_OTHER and 99 for everything else.
942 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
943 and @code{ERRNO} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
944 to this function are:
946 @table @code
947 @item EINVAL
948 @var{policy} does not identify an existing scheduling policy.
949 @end table
951 @end deftypefun
953 @deftypefun int sched_rr_get_interval (pid_t @var{pid}, struct timespec *@var{interval})
954 @standards{POSIX, sched.h}
955 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
956 @c Direct syscall, Linux only.
958 This function returns the length of the quantum (time slice) used with
959 the Round Robin scheduling policy, if it is used, for the process with
960 Process ID @var{pid}.
962 It returns the length of time as @var{interval}.
963 @c We need a cross-reference to where timespec is explained.  But that
964 @c section doesn't exist yet, and the time chapter needs to be slightly
965 @c reorganized so there is a place to put it (which will be right next
966 @c to timeval, which is presently misplaced).  2000.05.07.
968 With a Linux kernel, the round robin time slice is always 150
969 microseconds, and @var{pid} need not even be a real pid.
971 The return value is @code{0} on success and in the pathological case
972 that it fails, the return value is @code{-1} and @code{errno} is set
973 accordingly.  There is nothing specific that can go wrong with this
974 function, so there are no specific @code{errno} values.
976 @end deftypefun
978 @deftypefun int sched_yield (void)
979 @standards{POSIX, sched.h}
980 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
981 @c Direct syscall on Linux; alias to swtch on HURD.
983 This function voluntarily gives up the process' claim on the CPU.
985 Technically, @code{sched_yield} causes the calling process to be made
986 immediately ready to run (as opposed to running, which is what it was
987 before).  This means that if it has absolute priority higher than 0, it
988 gets pushed onto the tail of the queue of processes that share its
989 absolute priority and are ready to run, and it will run again when its
990 turn next arrives.  If its absolute priority is 0, it is more
991 complicated, but still has the effect of yielding the CPU to other
992 processes.
994 If there are no other processes that share the calling process' absolute
995 priority, this function doesn't have any effect.
997 To the extent that the containing program is oblivious to what other
998 processes in the system are doing and how fast it executes, this
999 function appears as a no-op.
1001 The return value is @code{0} on success and in the pathological case
1002 that it fails, the return value is @code{-1} and @code{errno} is set
1003 accordingly.  There is nothing specific that can go wrong with this
1004 function, so there are no specific @code{errno} values.
1006 @end deftypefun
1008 @node Traditional Scheduling
1009 @subsection Traditional Scheduling
1010 @cindex scheduling, traditional
1012 This section is about the scheduling among processes whose absolute
1013 priority is 0.  When the system hands out the scraps of CPU time that
1014 are left over after the processes with higher absolute priority have
1015 taken all they want, the scheduling described herein determines who
1016 among the great unwashed processes gets them.
1018 @menu
1019 * Traditional Scheduling Intro::
1020 * Traditional Scheduling Functions::
1021 @end menu
1023 @node Traditional Scheduling Intro
1024 @subsubsection Introduction To Traditional Scheduling
1026 Long before there was absolute priority (See @ref{Absolute Priority}),
1027 Unix systems were scheduling the CPU using this system.  When POSIX came
1028 in like the Romans and imposed absolute priorities to accommodate the
1029 needs of realtime processing, it left the indigenous Absolute Priority
1030 Zero processes to govern themselves by their own familiar scheduling
1031 policy.
1033 Indeed, absolute priorities higher than zero are not available on many
1034 systems today and are not typically used when they are, being intended
1035 mainly for computers that do realtime processing.  So this section
1036 describes the only scheduling many programmers need to be concerned
1037 about.
1039 But just to be clear about the scope of this scheduling: Any time a
1040 process with an absolute priority of 0 and a process with an absolute
1041 priority higher than 0 are ready to run at the same time, the one with
1042 absolute priority 0 does not run.  If it's already running when the
1043 higher priority ready-to-run process comes into existence, it stops
1044 immediately.
1046 In addition to its absolute priority of zero, every process has another
1047 priority, which we will refer to as "dynamic priority" because it changes
1048 over time.  The dynamic priority is meaningless for processes with
1049 an absolute priority higher than zero.
1051 The dynamic priority sometimes determines who gets the next turn on the
1052 CPU.  Sometimes it determines how long turns last.  Sometimes it
1053 determines whether a process can kick another off the CPU.
1055 In Linux, the value is a combination of these things, but mostly it
1056 just determines the length of the time slice.  The higher a process'
1057 dynamic priority, the longer a shot it gets on the CPU when it gets one.
1058 If it doesn't use up its time slice before giving up the CPU to do
1059 something like wait for I/O, it is favored for getting the CPU back when
1060 it's ready for it, to finish out its time slice.  Other than that,
1061 selection of processes for new time slices is basically round robin.
1062 But the scheduler does throw a bone to the low priority processes: A
1063 process' dynamic priority rises every time it is snubbed in the
1064 scheduling process.  In Linux, even the fat kid gets to play.
1066 The fluctuation of a process' dynamic priority is regulated by another
1067 value: The ``nice'' value.  The nice value is an integer, usually in the
1068 range -20 to 20, and represents an upper limit on a process' dynamic
1069 priority.  The higher the nice number, the lower that limit.
1071 On a typical Linux system, for example, a process with a nice value of
1072 20 can get only 10 milliseconds on the CPU at a time, whereas a process
1073 with a nice value of -20 can achieve a high enough priority to get 400
1074 milliseconds.
1076 The idea of the nice value is deferential courtesy.  In the beginning,
1077 in the Unix garden of Eden, all processes shared equally in the bounty
1078 of the computer system.  But not all processes really need the same
1079 share of CPU time, so the nice value gave a courteous process the
1080 ability to refuse its equal share of CPU time that others might prosper.
1081 Hence, the higher a process' nice value, the nicer the process is.
1082 (Then a snake came along and offered some process a negative nice value
1083 and the system became the crass resource allocation system we know
1084 today.)
1086 Dynamic priorities tend upward and downward with an objective of
1087 smoothing out allocation of CPU time and giving quick response time to
1088 infrequent requests.  But they never exceed their nice limits, so on a
1089 heavily loaded CPU, the nice value effectively determines how fast a
1090 process runs.
1092 In keeping with the socialistic heritage of Unix process priority, a
1093 process begins life with the same nice value as its parent process and
1094 can raise it at will.  A process can also raise the nice value of any
1095 other process owned by the same user (or effective user).  But only a
1096 privileged process can lower its nice value.  A privileged process can
1097 also raise or lower another process' nice value.
1099 @glibcadj{} functions for getting and setting nice values are described in
1100 @xref{Traditional Scheduling Functions}.
1102 @node Traditional Scheduling Functions
1103 @subsubsection Functions For Traditional Scheduling
1105 @pindex sys/resource.h
1106 This section describes how you can read and set the nice value of a
1107 process.  All these symbols are declared in @file{sys/resource.h}.
1109 The function and macro names are defined by POSIX, and refer to
1110 "priority," but the functions actually have to do with nice values, as
1111 the terms are used both in the manual and POSIX.
1113 The range of valid nice values depends on the kernel, but typically it
1114 runs from @code{-20} to @code{20}.  A lower nice value corresponds to
1115 higher priority for the process.  These constants describe the range of
1116 priority values:
1118 @vtable @code
1119 @item PRIO_MIN
1120 @standards{BSD, sys/resource.h}
1121 The lowest valid nice value.
1123 @item PRIO_MAX
1124 @standards{BSD, sys/resource.h}
1125 The highest valid nice value.
1126 @end vtable
1128 @deftypefun int getpriority (int @var{class}, int @var{id})
1129 @standards{BSD, sys/resource.h}
1130 @standards{POSIX, sys/resource.h}
1131 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1132 @c Direct syscall on UNIX.  On HURD, calls _hurd_priority_which_map.
1133 Return the nice value of a set of processes; @var{class} and @var{id}
1134 specify which ones (see below).  If the processes specified do not all
1135 have the same nice value, this returns the lowest value that any of them
1136 has.
1138 On success, the return value is @code{0}.  Otherwise, it is @code{-1}
1139 and @code{errno} is set accordingly.  The @code{errno} values specific
1140 to this function are:
1142 @table @code
1143 @item ESRCH
1144 The combination of @var{class} and @var{id} does not match any existing
1145 process.
1147 @item EINVAL
1148 The value of @var{class} is not valid.
1149 @end table
1151 If the return value is @code{-1}, it could indicate failure, or it could
1152 be the nice value.  The only way to make certain is to set @code{errno =
1153 0} before calling @code{getpriority}, then use @code{errno != 0}
1154 afterward as the criterion for failure.
1155 @end deftypefun
1157 @deftypefun int setpriority (int @var{class}, int @var{id}, int @var{niceval})
1158 @standards{BSD, sys/resource.h}
1159 @standards{POSIX, sys/resource.h}
1160 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1161 @c Direct syscall on UNIX.  On HURD, calls _hurd_priority_which_map.
1162 Set the nice value of a set of processes to @var{niceval}; @var{class}
1163 and @var{id} specify which ones (see below).
1165 The return value is @code{0} on success, and @code{-1} on
1166 failure.  The following @code{errno} error condition are possible for
1167 this function:
1169 @table @code
1170 @item ESRCH
1171 The combination of @var{class} and @var{id} does not match any existing
1172 process.
1174 @item EINVAL
1175 The value of @var{class} is not valid.
1177 @item EPERM
1178 The call would set the nice value of a process which is owned by a different
1179 user than the calling process (i.e., the target process' real or effective
1180 uid does not match the calling process' effective uid) and the calling
1181 process does not have @code{CAP_SYS_NICE} permission.
1183 @item EACCES
1184 The call would lower the process' nice value and the process does not have
1185 @code{CAP_SYS_NICE} permission.
1186 @end table
1188 @end deftypefun
1190 The arguments @var{class} and @var{id} together specify a set of
1191 processes in which you are interested.  These are the possible values of
1192 @var{class}:
1194 @vtable @code
1195 @item PRIO_PROCESS
1196 @standards{BSD, sys/resource.h}
1197 One particular process.  The argument @var{id} is a process ID (pid).
1199 @item PRIO_PGRP
1200 @standards{BSD, sys/resource.h}
1201 All the processes in a particular process group.  The argument @var{id} is
1202 a process group ID (pgid).
1204 @item PRIO_USER
1205 @standards{BSD, sys/resource.h}
1206 All the processes owned by a particular user (i.e., whose real uid
1207 indicates the user).  The argument @var{id} is a user ID (uid).
1208 @end vtable
1210 If the argument @var{id} is 0, it stands for the calling process, its
1211 process group, or its owner (real uid), according to @var{class}.
1213 @deftypefun int nice (int @var{increment})
1214 @standards{BSD, unistd.h}
1215 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:setpriority}}@asunsafe{}@acsafe{}}
1216 @c Calls getpriority before and after setpriority, using the result of
1217 @c the first call to compute the argument for setpriority.  This creates
1218 @c a window for a concurrent setpriority (or nice) call to be lost or
1219 @c exhibit surprising behavior.
1220 Increment the nice value of the calling process by @var{increment}.
1221 The return value is the new nice value on success, and @code{-1} on
1222 failure.  In the case of failure, @code{errno} will be set to the
1223 same values as for @code{setpriority}.
1226 Here is an equivalent definition of @code{nice}:
1228 @smallexample
1230 nice (int increment)
1232   int result, old = getpriority (PRIO_PROCESS, 0);
1233   result = setpriority (PRIO_PROCESS, 0, old + increment);
1234   if (result != -1)
1235       return old + increment;
1236   else
1237       return -1;
1239 @end smallexample
1240 @end deftypefun
1243 @node CPU Affinity
1244 @subsection Limiting execution to certain CPUs
1246 On a multi-processor system the operating system usually distributes
1247 the different processes which are runnable on all available CPUs in a
1248 way which allows the system to work most efficiently.  Which processes
1249 and threads run can be to some extend be control with the scheduling
1250 functionality described in the last sections.  But which CPU finally
1251 executes which process or thread is not covered.
1253 There are a number of reasons why a program might want to have control
1254 over this aspect of the system as well:
1256 @itemize @bullet
1257 @item
1258 One thread or process is responsible for absolutely critical work
1259 which under no circumstances must be interrupted or hindered from
1260 making progress by other processes or threads using CPU resources.  In
1261 this case the special process would be confined to a CPU which no
1262 other process or thread is allowed to use.
1264 @item
1265 The access to certain resources (RAM, I/O ports) has different costs
1266 from different CPUs.  This is the case in NUMA (Non-Uniform Memory
1267 Architecture) machines.  Preferably memory should be accessed locally
1268 but this requirement is usually not visible to the scheduler.
1269 Therefore forcing a process or thread to the CPUs which have local
1270 access to the most-used memory helps to significantly boost the
1271 performance.
1273 @item
1274 In controlled runtimes resource allocation and book-keeping work (for
1275 instance garbage collection) is performance local to processors.  This
1276 can help to reduce locking costs if the resources do not have to be
1277 protected from concurrent accesses from different processors.
1278 @end itemize
1280 The POSIX standard up to this date is of not much help to solve this
1281 problem.  The Linux kernel provides a set of interfaces to allow
1282 specifying @emph{affinity sets} for a process.  The scheduler will
1283 schedule the thread or process on CPUs specified by the affinity
1284 masks.  The interfaces which @theglibc{} define follow to some
1285 extent the Linux kernel interface.
1287 @deftp {Data Type} cpu_set_t
1288 @standards{GNU, sched.h}
1289 This data set is a bitset where each bit represents a CPU.  How the
1290 system's CPUs are mapped to bits in the bitset is system dependent.
1291 The data type has a fixed size; in the unlikely case that the number
1292 of bits are not sufficient to describe the CPUs of the system a
1293 different interface has to be used.
1295 This type is a GNU extension and is defined in @file{sched.h}.
1296 @end deftp
1298 To manipulate the bitset, to set and reset bits, a number of macros are
1299 defined.  Some of the macros take a CPU number as a parameter.  Here
1300 it is important to never exceed the size of the bitset.  The following
1301 macro specifies the number of bits in the @code{cpu_set_t} bitset.
1303 @deftypevr Macro int CPU_SETSIZE
1304 @standards{GNU, sched.h}
1305 The value of this macro is the maximum number of CPUs which can be
1306 handled with a @code{cpu_set_t} object.
1307 @end deftypevr
1309 The type @code{cpu_set_t} should be considered opaque; all
1310 manipulation should happen via the next four macros.
1312 @deftypefn Macro void CPU_ZERO (cpu_set_t *@var{set})
1313 @standards{GNU, sched.h}
1314 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1315 @c CPU_ZERO ok
1316 @c  __CPU_ZERO_S ok
1317 @c   memset dup ok
1318 This macro initializes the CPU set @var{set} to be the empty set.
1320 This macro is a GNU extension and is defined in @file{sched.h}.
1321 @end deftypefn
1323 @deftypefn Macro void CPU_SET (int @var{cpu}, cpu_set_t *@var{set})
1324 @standards{GNU, sched.h}
1325 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1326 @c CPU_SET ok
1327 @c  __CPU_SET_S ok
1328 @c   __CPUELT ok
1329 @c   __CPUMASK ok
1330 This macro adds @var{cpu} to the CPU set @var{set}.
1332 The @var{cpu} parameter must not have side effects since it is
1333 evaluated more than once.
1335 This macro is a GNU extension and is defined in @file{sched.h}.
1336 @end deftypefn
1338 @deftypefn Macro void CPU_CLR (int @var{cpu}, cpu_set_t *@var{set})
1339 @standards{GNU, sched.h}
1340 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1341 @c CPU_CLR ok
1342 @c  __CPU_CLR_S ok
1343 @c   __CPUELT dup ok
1344 @c   __CPUMASK dup ok
1345 This macro removes @var{cpu} from the CPU set @var{set}.
1347 The @var{cpu} parameter must not have side effects since it is
1348 evaluated more than once.
1350 This macro is a GNU extension and is defined in @file{sched.h}.
1351 @end deftypefn
1353 @deftypefn Macro int CPU_ISSET (int @var{cpu}, const cpu_set_t *@var{set})
1354 @standards{GNU, sched.h}
1355 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1356 @c CPU_ISSET ok
1357 @c  __CPU_ISSET_S ok
1358 @c   __CPUELT dup ok
1359 @c   __CPUMASK dup ok
1360 This macro returns a nonzero value (true) if @var{cpu} is a member
1361 of the CPU set @var{set}, and zero (false) otherwise.
1363 The @var{cpu} parameter must not have side effects since it is
1364 evaluated more than once.
1366 This macro is a GNU extension and is defined in @file{sched.h}.
1367 @end deftypefn
1370 CPU bitsets can be constructed from scratch or the currently installed
1371 affinity mask can be retrieved from the system.
1373 @deftypefun int sched_getaffinity (pid_t @var{pid}, size_t @var{cpusetsize}, cpu_set_t *@var{cpuset})
1374 @standards{GNU, sched.h}
1375 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1376 @c Wrapped syscall to zero out past the kernel cpu set size; Linux
1377 @c only.
1379 This function stores the CPU affinity mask for the process or thread
1380 with the ID @var{pid} in the @var{cpusetsize} bytes long bitmap
1381 pointed to by @var{cpuset}.  If successful, the function always
1382 initializes all bits in the @code{cpu_set_t} object and returns zero.
1384 If @var{pid} does not correspond to a process or thread on the system
1385 the or the function fails for some other reason, it returns @code{-1}
1386 and @code{errno} is set to represent the error condition.
1388 @table @code
1389 @item ESRCH
1390 No process or thread with the given ID found.
1392 @item EFAULT
1393 The pointer @var{cpuset} does not point to a valid object.
1394 @end table
1396 This function is a GNU extension and is declared in @file{sched.h}.
1397 @end deftypefun
1399 Note that it is not portably possible to use this information to
1400 retrieve the information for different POSIX threads.  A separate
1401 interface must be provided for that.
1403 @deftypefun int sched_setaffinity (pid_t @var{pid}, size_t @var{cpusetsize}, const cpu_set_t *@var{cpuset})
1404 @standards{GNU, sched.h}
1405 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1406 @c Wrapped syscall to detect attempts to set bits past the kernel cpu
1407 @c set size; Linux only.
1409 This function installs the @var{cpusetsize} bytes long affinity mask
1410 pointed to by @var{cpuset} for the process or thread with the ID @var{pid}.
1411 If successful the function returns zero and the scheduler will in the future
1412 take the affinity information into account.
1414 If the function fails it will return @code{-1} and @code{errno} is set
1415 to the error code:
1417 @table @code
1418 @item ESRCH
1419 No process or thread with the given ID found.
1421 @item EFAULT
1422 The pointer @var{cpuset} does not point to a valid object.
1424 @item EINVAL
1425 The bitset is not valid.  This might mean that the affinity set might
1426 not leave a processor for the process or thread to run on.
1427 @end table
1429 This function is a GNU extension and is declared in @file{sched.h}.
1430 @end deftypefun
1433 @node Memory Resources
1434 @section Querying memory available resources
1436 The amount of memory available in the system and the way it is organized
1437 determines oftentimes the way programs can and have to work.  For
1438 functions like @code{mmap} it is necessary to know about the size of
1439 individual memory pages and knowing how much memory is available enables
1440 a program to select appropriate sizes for, say, caches.  Before we get
1441 into these details a few words about memory subsystems in traditional
1442 Unix systems will be given.
1444 @menu
1445 * Memory Subsystem::           Overview about traditional Unix memory handling.
1446 * Query Memory Parameters::    How to get information about the memory
1447                                 subsystem?
1448 @end menu
1450 @node Memory Subsystem
1451 @subsection Overview about traditional Unix memory handling
1453 @cindex address space
1454 @cindex physical memory
1455 @cindex physical address
1456 Unix systems normally provide processes virtual address spaces.  This
1457 means that the addresses of the memory regions do not have to correspond
1458 directly to the addresses of the actual physical memory which stores the
1459 data.  An extra level of indirection is introduced which translates
1460 virtual addresses into physical addresses.  This is normally done by the
1461 hardware of the processor.
1463 @cindex shared memory
1464 Using a virtual address space has several advantages.  The most important
1465 is process isolation.  The different processes running on the system
1466 cannot interfere directly with each other.  No process can write into
1467 the address space of another process (except when shared memory is used
1468 but then it is wanted and controlled).
1470 Another advantage of virtual memory is that the address space the
1471 processes see can actually be larger than the physical memory available.
1472 The physical memory can be extended by storage on an external media
1473 where the content of currently unused memory regions is stored.  The
1474 address translation can then intercept accesses to these memory regions
1475 and make memory content available again by loading the data back into
1476 memory.  This concept makes it necessary that programs which have to use
1477 lots of memory know the difference between available virtual address
1478 space and available physical memory.  If the working set of virtual
1479 memory of all the processes is larger than the available physical memory
1480 the system will slow down dramatically due to constant swapping of
1481 memory content from the memory to the storage media and back.  This is
1482 called ``thrashing''.
1483 @cindex thrashing
1485 @cindex memory page
1486 @cindex page, memory
1487 A final aspect of virtual memory which is important and follows from
1488 what is said in the last paragraph is the granularity of the virtual
1489 address space handling.  When we said that the virtual address handling
1490 stores memory content externally it cannot do this on a byte-by-byte
1491 basis.  The administrative overhead does not allow this (leaving alone
1492 the processor hardware).  Instead several thousand bytes are handled
1493 together and form a @dfn{page}.  The size of each page is always a power
1494 of two bytes.  The smallest page size in use today is 4096, with 8192,
1495 16384, and 65536 being other popular sizes.
1497 @node Query Memory Parameters
1498 @subsection How to get information about the memory subsystem?
1500 The page size of the virtual memory the process sees is essential to
1501 know in several situations.  Some programming interfaces (e.g.,
1502 @code{mmap}, @pxref{Memory-mapped I/O}) require the user to provide
1503 information adjusted to the page size.  In the case of @code{mmap} it is
1504 necessary to provide a length argument which is a multiple of the page
1505 size.  Another place where the knowledge about the page size is useful
1506 is in memory allocation.  If one allocates pieces of memory in larger
1507 chunks which are then subdivided by the application code it is useful to
1508 adjust the size of the larger blocks to the page size.  If the total
1509 memory requirement for the block is close (but not larger) to a multiple
1510 of the page size the kernel's memory handling can work more effectively
1511 since it only has to allocate memory pages which are fully used.  (To do
1512 this optimization it is necessary to know a bit about the memory
1513 allocator which will require a bit of memory itself for each block and
1514 this overhead must not push the total size over the page size multiple.)
1516 The page size traditionally was a compile time constant.  But recent
1517 development of processors changed this.  Processors now support
1518 different page sizes and they can possibly even vary among different
1519 processes on the same system.  Therefore the system should be queried at
1520 runtime about the current page size and no assumptions (except about it
1521 being a power of two) should be made.
1523 @vindex _SC_PAGESIZE
1524 The correct interface to query about the page size is @code{sysconf}
1525 (@pxref{Sysconf Definition}) with the parameter @code{_SC_PAGESIZE}.
1526 There is a much older interface available, too.
1528 @deftypefun int getpagesize (void)
1529 @standards{BSD, unistd.h}
1530 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1531 @c Obtained from the aux vec at program startup time.  GNU/Linux/m68k is
1532 @c the exception, with the possibility of a syscall.
1533 The @code{getpagesize} function returns the page size of the process.
1534 This value is fixed for the runtime of the process but can vary in
1535 different runs of the application.
1537 The function is declared in @file{unistd.h}.
1538 @end deftypefun
1540 Widely available on @w{System V} derived systems is a method to get
1541 information about the physical memory the system has.  The call
1543 @vindex _SC_PHYS_PAGES
1544 @cindex sysconf
1545 @smallexample
1546   sysconf (_SC_PHYS_PAGES)
1547 @end smallexample
1549 @noindent
1550 returns the total number of pages of physical memory the system has.
1551 This does not mean all this memory is available.  This information can
1552 be found using
1554 @vindex _SC_AVPHYS_PAGES
1555 @cindex sysconf
1556 @smallexample
1557   sysconf (_SC_AVPHYS_PAGES)
1558 @end smallexample
1560 These two values help to optimize applications.  The value returned for
1561 @code{_SC_AVPHYS_PAGES} is the amount of memory the application can use
1562 without hindering any other process (given that no other process
1563 increases its memory usage).  The value returned for
1564 @code{_SC_PHYS_PAGES} is more or less a hard limit for the working set.
1565 If all applications together constantly use more than that amount of
1566 memory the system is in trouble.
1568 @Theglibc{} provides in addition to these already described way to
1569 get this information two functions.  They are declared in the file
1570 @file{sys/sysinfo.h}.  Programmers should prefer to use the
1571 @code{sysconf} method described above.
1573 @deftypefun {long int} get_phys_pages (void)
1574 @standards{GNU, sys/sysinfo.h}
1575 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1576 @c This fopens a /proc file and scans it for the requested information.
1577 The @code{get_phys_pages} function returns the total number of pages of
1578 physical memory the system has.  To get the amount of memory this number has to
1579 be multiplied by the page size.
1581 This function is a GNU extension.
1582 @end deftypefun
1584 @deftypefun {long int} get_avphys_pages (void)
1585 @standards{GNU, sys/sysinfo.h}
1586 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1587 The @code{get_avphys_pages} function returns the number of available pages of
1588 physical memory the system has.  To get the amount of memory this number has to
1589 be multiplied by the page size.
1591 This function is a GNU extension.
1592 @end deftypefun
1594 @node Processor Resources
1595 @section Learn about the processors available
1597 The use of threads or processes with shared memory allows an application
1598 to take advantage of all the processing power a system can provide.  If
1599 the task can be parallelized the optimal way to write an application is
1600 to have at any time as many processes running as there are processors.
1601 To determine the number of processors available to the system one can
1604 @vindex _SC_NPROCESSORS_CONF
1605 @cindex sysconf
1606 @smallexample
1607   sysconf (_SC_NPROCESSORS_CONF)
1608 @end smallexample
1610 @noindent
1611 which returns the number of processors the operating system configured.
1612 But it might be possible for the operating system to disable individual
1613 processors and so the call
1615 @vindex _SC_NPROCESSORS_ONLN
1616 @cindex sysconf
1617 @smallexample
1618   sysconf (_SC_NPROCESSORS_ONLN)
1619 @end smallexample
1621 @noindent
1622 returns the number of processors which are currently online (i.e.,
1623 available).
1625 For these two pieces of information @theglibc{} also provides
1626 functions to get the information directly.  The functions are declared
1627 in @file{sys/sysinfo.h}.
1629 @deftypefun int get_nprocs_conf (void)
1630 @standards{GNU, sys/sysinfo.h}
1631 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@ascuheap{} @asulock{}}@acunsafe{@aculock{} @acsfd{} @acsmem{}}}
1632 @c This function reads from from /sys using dir streams (single user, so
1633 @c no @mtasurace issue), and on some arches, from /proc using streams.
1634 The @code{get_nprocs_conf} function returns the number of processors the
1635 operating system configured.
1637 This function is a GNU extension.
1638 @end deftypefun
1640 @deftypefun int get_nprocs (void)
1641 @standards{GNU, sys/sysinfo.h}
1642 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
1643 @c This function reads from /proc using file descriptor I/O.
1644 The @code{get_nprocs} function returns the number of available processors.
1646 This function is a GNU extension.
1647 @end deftypefun
1649 @cindex load average
1650 Before starting more threads it should be checked whether the processors
1651 are not already overused.  Unix systems calculate something called the
1652 @dfn{load average}.  This is a number indicating how many processes were
1653 running.  This number is an average over different periods of time
1654 (normally 1, 5, and 15 minutes).
1656 @deftypefun int getloadavg (double @var{loadavg}[], int @var{nelem})
1657 @standards{BSD, stdlib.h}
1658 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{@acsfd{}}}
1659 @c Calls host_info on HURD; on Linux, opens /proc/loadavg, reads from
1660 @c it, closes it, without cancellation point, and calls strtod_l with
1661 @c the C locale to convert the strings to doubles.
1662 This function gets the 1, 5 and 15 minute load averages of the
1663 system.  The values are placed in @var{loadavg}.  @code{getloadavg} will
1664 place at most @var{nelem} elements into the array but never more than
1665 three elements.  The return value is the number of elements written to
1666 @var{loadavg}, or -1 on error.
1668 This function is declared in @file{stdlib.h}.
1669 @end deftypefun