Linux 如何提高新生成进程的CPU频率

我从事一个爱好项目已有一段时间了（用C语言编写），但它还远未完成。它的速度非常重要，所以我最近决定做一些基准测试，以验证我解决问题的方法不会低效

$ time ./old
real 1m55.92
user 0m54.29
sys 0m33.24

我重新设计了程序的各个部分，以显著消除不必要的操作，减少内存缓存未命中和分支预测失误。奇妙的Callgrind工具向我展示了越来越多令人印象深刻的数字。大多数基准测试都是在没有分叉外部流程的情况下完成的

$ time ./old --dry-run
real 0m00.75
user 0m00.28
sys 0m00.24

$ time ./new --dry-run
real 0m00.15
user 0m00.12
sys 0m00.02

显然，我至少做了一些正确的事情。然而，真正运行这个程序却说明了一个不同的故事

$ time ./new
real 2m00.29
user 0m53.74
sys 0m36.22

正如您可能已经注意到的，时间主要取决于外部过程。我不知道是什么导致了衰退。这没什么奇怪的；只是一个传统的vfork/execve/waitpid，由一个线程完成，以相同的顺序运行相同的程序

一定是什么原因导致了分叉速度变慢，所以我做了一个小测试（类似于下面的测试），它只会产生新的进程，并且没有与我的程序相关的开销。显然，这必须是最快的

#define _GNU_SOURCE
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, const char **argv)
{
    static const char *const _argv[] = {"/usr/bin/md5sum", "test.c", 0};

    int fd = open("/dev/null", O_WRONLY);
    dup2(fd, STDOUT_FILENO);
    close(fd);

    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        int pid = vfork();
        int status;
        if (!pid)
        {
            execve("/usr/bin/md5sum", (char*const*)_argv, environ);
            _exit(1);
        }
        waitpid(pid, &status, 0);
    }
    return 0;
}

$ time ./test
real 1m58.63
user 0m68.05
sys 0m30.96

似乎每一个新进程都安排在一个单独的核心上，需要一段时间才能切换到更高的频率。我说不出为什么旧版本运行得更快。也许这是幸运的。可能是（由于效率低下）导致CPU更早地选择了更高的频率

更改调控器的一个很好的副作用是编译时间也得到了改进。显然，编译需要很多新的过程。但这不是一个可行的解决方案，因为该程序必须在其他人的台式机（和笔记本电脑）上运行

我发现改进原始时间的唯一方法是在开始时添加以下代码，将程序（和子进程）限制为单个CPU：

cpu_set_t mask;
CPU_ZERO(&mask);
CPU_SET(0, &mask);
sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask);

尽管使用了默认的“ondemand”调控器，但哪种调控器实际上是最快的：

$ time ./test
real 0m59.74
user 0m29.02
sys 0m10.67

它不仅是一个黑客的解决方案，而且在启动的程序使用多个线程的情况下也不能很好地工作。我的程序不可能知道这一点

有人知道如何让派生的进程以高CPU时钟频率运行吗？它必须是自动化的，不需要su特权。虽然到目前为止我只在Linux上测试过，但我打算将其移植到几乎所有流行和不受欢迎的桌面操作系统上（它也将在服务器上运行）。任何平台上的任何想法都是受欢迎的。

CPU频率被（大多数OSs）视为系统属性。因此，没有根权限，您无法更改它。存在一些关于扩展的研究，以允许采用特定的程序；但是，由于即使对于相同的通用体系结构，能量/性能模型也有所不同，因此您很难找到通用的解决方案

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此外，请注意，为了保证公平性，linux调度程序在子进程的第一个历元中共享perent和子进程的执行时间。这可能会对你的问题产生影响。

几乎肯定还有其他事情发生在这里，你没有考虑。在任何真正的计算机上，活动的CPU调控器在性能上不会造成如此程度的差异。你的计划是什么？它在做什么，它是如何做的，你是如何测试它的？请尝试测试代码。对我来说，它运行在1M14秒与ondemand总督和32秒与性能（在核心i7-2600）。我和你一样惊讶。我指的是

/new

中显示的性能差异。我的程序非常类似于shell脚本解释器。（尽管强调脚本）。我最初尝试将命令放在bash脚本中，它显示了相同的性能特征。现在看来shell脚本运行效率很低。

$ time ./test
real 0m59.74
user 0m29.02
sys 0m10.67