HACK #11cpuset

本节介绍控制物理CPU分配的cpuset。

cpuset是Linux控制组（Cgroup）之一，其功能是指定特定进程或线程所使用的CPU组。另外，除CPU以外，同样还能指定内存节点的分配。

以前的内核具有CPU affinity功能，该功能将线程分配给特定CPU。现在的内核中虽然也有affinity（taskset命令），但推荐使用cpuset。

用法

使用cpuset前，必须通过内核config启用cpuset功能。

CONFIG_CPUSETS=y

最近的发布版在标准中就已启用。cpuset就是作为Cgroup提供的一个功能。因此，使用cpuset时，就需要挂载 Cgroup文件系统。使用下列方法启用cpuset选项，挂载Cgroup后，就可以使用cpuset（参考Hack #7）。

# mount -o cpuset -t cgroup cgroup /cgroup

在这里创建一个新的CPU分配组GroupA。与其他Cgroup同样在挂载的Cgroup下创建新目录GroupA，作为分组GroupA。

# mkdir /cgroup/GroupA

编辑新创建分组GroupA的cpuset，修改CPU分配情况。这里以仅将CPU0分配给分组GroupA的情况为例进行说明。在分组GroupA下的特殊文件cpuset.cpus内写入要分配的CPU编号，使用下列命令，来控制分组的cpuset。

# echo 0 > /cgroup/GroupA/cpuset.cpus

到这一步，就完成了仅使用CPU0作为GroupA的CPU分配的设置。

接下来，在这个分组GroupA中添加进程。这里将当前shell添加到GroupA中。使用下列命令，将PID（

$$ 表示shell本身的PID）写入GroupA下的task文件。

# echo $$ > /cgroup/GroupA/task

此后由当前shell启动的进程全部在这个GroupA下，使用的CPU仅限于0号CPU。

现在确认所使用的CPU数量是否受限，以及产生的效果如何。本节显示的是以Fedora 12为例的情况。

本示例中使用的Fedora 12内核如下。

# uname -aLinux fedora12 2.6.31.12-174.2.22.fc12.x86_64 #1 SMP Fri Feb 19 18:55:03 UTC 2010 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

如果使用cpuset改变所使用的CPU数量会怎么样？比较内核的编译时间。

首先准备好要进行比较的编译。为了避免磁盘性能的影响，首先创建内存文件系统tmpfs，并在其中配置源文件。创建目录/tmp/build，挂载 tmpfs，命令如下所示。

# mkdir /tmp/build# mount -t tmpfs none /tmp/build

本次测量的是内核源代码每次在创建的tmpfs下解压缩tarball时，使用默认config所花费的内核编译时间。使用的一系列命令行如下。

# cd /tmp/build/# tar jxf /ext4data/kernel/linux-2.6.33.tar.bz2 # cd linux-2.6.33/# make defconfig# time make -j 2

首先测量Linux 2.6.33的编译时间。

将Cgroup挂载到/cgroup，创建分组GroupA。

# mount -o cpuset -t cgroup cgroup /cgroup# mkdir /cgroup/GroupA

接下来看一下向分组GroupA分配两个CPU时的结果。

# echo"0-1" > /cgroup/GroupA/cpuset.cpus# echo 0 > /cgroup/GroupA/cpuset.mems   mems默认为空，因此需要填入值# echo $$ > /cgroup/GroupA/tasks

编译时间如下。

# time make -j 2real   4m55.568suser   2m42.066s sys 5m4.575s

然后将CPU缩减到只有0号CPU。

# echo 0 > /cgroup/GroupA/cpuset.cpus# echo 0 > /cgroup/GroupA/cpuset.mems# echo $$ > /cgroup/GroupA/tasks # mount -t tmpfs none /tmp/build # cd /tmp/build/ # tar jxf /ext4data/kernel/linux-2.6.33.tar.bz2 # cd linux-2.6.33/ # make defconfig # time make -j 2 real 7m44.491s user 2m47.319s sys 4m56.737s

可以看到，CPU数量变为1，实际花费的时间（real）增加。

下面以对虚拟化（KVM）进程所使用的CPU进行限制的情况为例，看一下将分配给KVM进程的CPU固定，并确保主机操作系统能够一直使用CPU后，是否能够减少虚拟化的影响。

这个示例同样使用Fedora 12。

首先使用KVM，启动两个客户端操作系统。然后，在客户端操作系统中循环进行内核编译，加大CPU负载。

在解压缩Linux 2.6.33源代码的目录下，无限循环执行make clean和make命令，增加客户端操作系统的CPU负载。

hshimamoto@ubuntu:~/kernel/linux-2.6.33$ while :; do make clean; time make; done hshimamoto@opensuse:~/kernel/linux-2.6.33> while :; do make clean; time make; done

在这种情况下计算主机操作系统上的内核编译时间。同前例一样，需要创建tmpfs，消除磁盘性能的影响后再进行测量。计算结果如下。

# time make -j 2real    8m20.468suser    2m45.890s sys 4m51.091s

然后，将KVM的qemu-kvm进程可以使用的CPU设置为只有0号CPU。

# mount -o cpuset -t cgroup cgroup /cgroup# mkdir /cgroup/kvm# echo 0 > /cgroup/kvm/cpuset.meme  将kvm分组的cpuset设为只有0# echo 0 > /cgroup/kvm/cpuset.cpus

将启动中的qemu-kvm移动到kvm分组。

# ps x | grep qemu 2495 pts/2    Sl+  238:37 qemu-kvm 2628 pts/3 Sl+ 255:33 qemu-kvm # for i in '\ls /proc/2495/task/'; do echo $i > /cgroup/kvm/tasks; done # for i in '\ls /proc/2628/task/'; do echo $i > /cgroup/kvm/tasks; done

另外，ksmd（参考Hack #36）也使用CPU，因此这里也将其加入kvm分组。

# ps ux | grep ksmdroot     35  2.2  0.0     0   0? SN Mar23 119:42[ksmd] # echo 35 > /cgroup/kvm/tasks

现在，主机操作系统的内核编译时间就变成如下所示。

# time make -j 2real    7m55.081suser    2m43.303s sys 5m12.039s

可以发现，内核编译所花费的实际时间减少了接近30秒。

这是因为虚拟化的KVM进程只在CPU0上运行，在主机操作系统上就可以使用100%的CPU。

小结

本节介绍了使用Linux中的Cgroup的cpuset。通过使用这个功能，就可以限制特定进程所使用的CPU。从另一个角度来看，通过固定使用的CPU，还可以提高缓存的利用效率和性能。

—Hiroshi Shimamoto