プロセスのタイムスライスの値を計測する

タイムスライス

タイムシェアリング方式（時分割方式）でCPUにプロセスを割り当てる単位時間のことをタイムスライス(Time Slice)あるいはタイムクアンタム (Time Quantum)と呼びます(こちらも参照)。 タイムスライスはスケジューリング・ポリシー及びいくつかのカーネルのパラメータによっても変化します。 Linuxカーネルのスケジューリング・ポリシーにはLinuxの独自優先順位 ( SCHED_OTHER ) 、FIFO ( SCHED_FIFO ) 、RR ( SCHED_RR )、バッチ ( SCHED_BATCH )、アイドル ( SCHED_IDLE )等などあります。 ここではどのような値を実際に取っているのか観察してみましょう。

chrtの確認

まずコマンドchrtを使ってカーネルにはどのようなスケジューラと、スケジューラが取るプライオリティの値を確認してみます。

% chrt -m
SCHED_OTHER min/max priority	: 0/0
SCHED_FIFO min/max priority	: 1/99
SCHED_RR min/max priority	: 1/99
SCHED_BATCH min/max priority	: 0/0
SCHED_IDLE min/max priority	: 0/0

コマンド chrt のオプションは次の通りです。

% chrt --help
Show or change the real-time scheduling attributes of a process.

Set policy:
 chrt [options] <priority> <command> [<arg>...]
 chrt [options] -p <priority> <pid>

Get policy:
 chrt [options] -p <pid>

Policy options:
 -b, --batch          set policy to SCHED_BATCH
 -f, --fifo           set policy to SCHED_FIFO
 -i, --idle           set policy to SCHED_IDLE
 -o, --other          set policy to SCHED_OTHER
 -r, --rr             set policy to SCHED_RR (default)
.....
For more details see chrt(1).

今回はタイムスライスの値を表示する短いプログラムを作成し、それをchrtを使って変化させてみます。 試してみるコマンドラインは次のような形式になります。

% sudo chrt <オプション> <オプションのもつ最小プライオリティ値> ./a.out

タイムスライスを表示するプログラム

プロセスに与えられているタイムスライスの値を表示するプログラムは次の通りです。

% cat rr.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
void main(void) {
  struct timespec tp;
  sched_rr_get_interval(getpid(),&tp); /* timeslice of this process */
  printf("%.2fms\n",tp.tv_nsec/1000000.0);
}
% gcc -O rr.c

システムコールsched_rr_get_interval(2)を使います。 システムのもつタイムスライスの時間は /proc/sys/kernel/sched_rr_timeslice_ms に入っています。デフォルトでは100 (100ms) ですがシステムによって変化します。 実際にプロセスに割り当てられているタイムスライスの値はsched_rr_timeslice_msで示される値そのものではありません。 たとえばデスクトップ環境として使用しているDebian 18.04.2 LTSでは次のようになりました。

$ cat /proc/version
Linux version 4.15.0-46-generic (buildd@lgw01-amd64-038) (gcc version 7.3.0
 (Ubuntu 7.3.0-16ubuntu3)) #49-Ubuntu SMP Wed Feb 6 09:33:07 UTC 2019
$ cat /proc/sys/kernel/sched_rr_timeslice_ms 
100
$ ./a.out 
20.00ms

どう変化するのか実験

まずシステムのタイムスライスの値をデフォルト(100ms)の状態でテストしてみます。

$ ./a.out
20.00ms

値は20msでした。この値は実際にこのプロセスに与えられたタイムスライスの値です。時間はミリ秒です。 ではchrtを使ってスケジューリング・ポリシーを変更してみます。優先度はそのスケジューリング・ポリシーのもつ最低の値を与えています。

$ cat /proc/sys/kernel/sched_rr_timeslice_ms
100
$ ./a.out
20.00ms
$ sudo chrt -v -o 0 ./a.out
pid 8703's new scheduling policy: SCHED_OTHER
pid 8703's new scheduling priority: 0
20.00ms
$ sudo chrt -v -b 0 ./a.out
pid 8705's new scheduling policy: SCHED_BATCH
pid 8705's new scheduling priority: 0
20.00ms
$ sudo chrt -v -i 0 ./a.out
pid 8707's new scheduling policy: SCHED_IDLE
pid 8707's new scheduling priority: 0
20.00ms
$ sudo chrt -v -r 1 ./a.out
pid 8709's new scheduling policy: SCHED_RR
pid 8709's new scheduling priority: 1
100.00ms
$ sudo chrt -v -f 1 ./a.out
pid 8711's new scheduling policy: SCHED_FIFO
pid 8711's new scheduling priority: 1
0.00ms

システムで設定しているデフォルトのタイムスライスは100msです。 デフォルト（何もせずに）実行した際のタイムスライスの値は20.00ms、そしてSCHED_OTHERも20.00msです。これはLinuxのカーネルのデフォルトのスケジューリング・ポリシーがSCHED_OTHERなので一致しています。ここではSCHED_OTHER、SCHED_BATCH、SCHED_IDLEは20.00msですが、繰り返し実行しているとSCHED_BATCHが4.00msとなるケースもあり、SCHED_BATCHは内部の諸条件によって変化しているのが観測できます。 SCHED_RRは100.00msです。これはsched_rr_timeslice_msの値が反映されています。 SCHED_FIFOは常に0.00ms、つまりタイムスライスの値が設定されません。最優先でCPUに割り当てられ一度割り当てられたらば、タイムシアリング処理は行われず、その処理が終わるまでCPUが割り当て続けるということになります。

脚注

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