Merge tag 'tif-task_work.arch-2020-12-14' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / cpusets.rst
1 .. _cpusets:
2
3 =======
4 CPUSETS
5 =======
6
7 Copyright (C) 2004 BULL SA.
8
9 Written by Simon.Derr@bull.net
10
11 - Portions Copyright (c) 2004-2006 Silicon Graphics, Inc.
12 - Modified by Paul Jackson <pj@sgi.com>
13 - Modified by Christoph Lameter <cl@linux.com>
14 - Modified by Paul Menage <menage@google.com>
15 - Modified by Hidetoshi Seto <seto.hidetoshi@jp.fujitsu.com>
16
17 .. CONTENTS:
18
19    1. Cpusets
20      1.1 What are cpusets ?
21      1.2 Why are cpusets needed ?
22      1.3 How are cpusets implemented ?
23      1.4 What are exclusive cpusets ?
24      1.5 What is memory_pressure ?
25      1.6 What is memory spread ?
26      1.7 What is sched_load_balance ?
27      1.8 What is sched_relax_domain_level ?
28      1.9 How do I use cpusets ?
29    2. Usage Examples and Syntax
30      2.1 Basic Usage
31      2.2 Adding/removing cpus
32      2.3 Setting flags
33      2.4 Attaching processes
34    3. Questions
35    4. Contact
36
37 1. Cpusets
38 ==========
39
40 1.1 What are cpusets ?
41 ----------------------
42
43 Cpusets provide a mechanism for assigning a set of CPUs and Memory
44 Nodes to a set of tasks.   In this document "Memory Node" refers to
45 an on-line node that contains memory.
46
47 Cpusets constrain the CPU and Memory placement of tasks to only
48 the resources within a task's current cpuset.  They form a nested
49 hierarchy visible in a virtual file system.  These are the essential
50 hooks, beyond what is already present, required to manage dynamic
51 job placement on large systems.
52
53 Cpusets use the generic cgroup subsystem described in
54 Documentation/admin-guide/cgroup-v1/cgroups.rst.
55
56 Requests by a task, using the sched_setaffinity(2) system call to
57 include CPUs in its CPU affinity mask, and using the mbind(2) and
58 set_mempolicy(2) system calls to include Memory Nodes in its memory
59 policy, are both filtered through that task's cpuset, filtering out any
60 CPUs or Memory Nodes not in that cpuset.  The scheduler will not
61 schedule a task on a CPU that is not allowed in its cpus_allowed
62 vector, and the kernel page allocator will not allocate a page on a
63 node that is not allowed in the requesting task's mems_allowed vector.
64
65 User level code may create and destroy cpusets by name in the cgroup
66 virtual file system, manage the attributes and permissions of these
67 cpusets and which CPUs and Memory Nodes are assigned to each cpuset,
68 specify and query to which cpuset a task is assigned, and list the
69 task pids assigned to a cpuset.
70
71
72 1.2 Why are cpusets needed ?
73 ----------------------------
74
75 The management of large computer systems, with many processors (CPUs),
76 complex memory cache hierarchies and multiple Memory Nodes having
77 non-uniform access times (NUMA) presents additional challenges for
78 the efficient scheduling and memory placement of processes.
79
80 Frequently more modest sized systems can be operated with adequate
81 efficiency just by letting the operating system automatically share
82 the available CPU and Memory resources amongst the requesting tasks.
83
84 But larger systems, which benefit more from careful processor and
85 memory placement to reduce memory access times and contention,
86 and which typically represent a larger investment for the customer,
87 can benefit from explicitly placing jobs on properly sized subsets of
88 the system.
89
90 This can be especially valuable on:
91
92     * Web Servers running multiple instances of the same web application,
93     * Servers running different applications (for instance, a web server
94       and a database), or
95     * NUMA systems running large HPC applications with demanding
96       performance characteristics.
97
98 These subsets, or "soft partitions" must be able to be dynamically
99 adjusted, as the job mix changes, without impacting other concurrently
100 executing jobs. The location of the running jobs pages may also be moved
101 when the memory locations are changed.
102
103 The kernel cpuset patch provides the minimum essential kernel
104 mechanisms required to efficiently implement such subsets.  It
105 leverages existing CPU and Memory Placement facilities in the Linux
106 kernel to avoid any additional impact on the critical scheduler or
107 memory allocator code.
108
109
110 1.3 How are cpusets implemented ?
111 ---------------------------------
112
113 Cpusets provide a Linux kernel mechanism to constrain which CPUs and
114 Memory Nodes are used by a process or set of processes.
115
116 The Linux kernel already has a pair of mechanisms to specify on which
117 CPUs a task may be scheduled (sched_setaffinity) and on which Memory
118 Nodes it may obtain memory (mbind, set_mempolicy).
119
120 Cpusets extends these two mechanisms as follows:
121
122  - Cpusets are sets of allowed CPUs and Memory Nodes, known to the
123    kernel.
124  - Each task in the system is attached to a cpuset, via a pointer
125    in the task structure to a reference counted cgroup structure.
126  - Calls to sched_setaffinity are filtered to just those CPUs
127    allowed in that task's cpuset.
128  - Calls to mbind and set_mempolicy are filtered to just
129    those Memory Nodes allowed in that task's cpuset.
130  - The root cpuset contains all the systems CPUs and Memory
131    Nodes.
132  - For any cpuset, one can define child cpusets containing a subset
133    of the parents CPU and Memory Node resources.
134  - The hierarchy of cpusets can be mounted at /dev/cpuset, for
135    browsing and manipulation from user space.
136  - A cpuset may be marked exclusive, which ensures that no other
137    cpuset (except direct ancestors and descendants) may contain
138    any overlapping CPUs or Memory Nodes.
139  - You can list all the tasks (by pid) attached to any cpuset.
140
141 The implementation of cpusets requires a few, simple hooks
142 into the rest of the kernel, none in performance critical paths:
143
144  - in init/main.c, to initialize the root cpuset at system boot.
145  - in fork and exit, to attach and detach a task from its cpuset.
146  - in sched_setaffinity, to mask the requested CPUs by what's
147    allowed in that task's cpuset.
148  - in sched.c migrate_live_tasks(), to keep migrating tasks within
149    the CPUs allowed by their cpuset, if possible.
150  - in the mbind and set_mempolicy system calls, to mask the requested
151    Memory Nodes by what's allowed in that task's cpuset.
152  - in page_alloc.c, to restrict memory to allowed nodes.
153  - in vmscan.c, to restrict page recovery to the current cpuset.
154
155 You should mount the "cgroup" filesystem type in order to enable
156 browsing and modifying the cpusets presently known to the kernel.  No
157 new system calls are added for cpusets - all support for querying and
158 modifying cpusets is via this cpuset file system.
159
160 The /proc/<pid>/status file for each task has four added lines,
161 displaying the task's cpus_allowed (on which CPUs it may be scheduled)
162 and mems_allowed (on which Memory Nodes it may obtain memory),
163 in the two formats seen in the following example::
164
165   Cpus_allowed:   ffffffff,ffffffff,ffffffff,ffffffff
166   Cpus_allowed_list:      0-127
167   Mems_allowed:   ffffffff,ffffffff
168   Mems_allowed_list:      0-63
169
170 Each cpuset is represented by a directory in the cgroup file system
171 containing (on top of the standard cgroup files) the following
172 files describing that cpuset:
173
174  - cpuset.cpus: list of CPUs in that cpuset
175  - cpuset.mems: list of Memory Nodes in that cpuset
176  - cpuset.memory_migrate flag: if set, move pages to cpusets nodes
177  - cpuset.cpu_exclusive flag: is cpu placement exclusive?
178  - cpuset.mem_exclusive flag: is memory placement exclusive?
179  - cpuset.mem_hardwall flag:  is memory allocation hardwalled
180  - cpuset.memory_pressure: measure of how much paging pressure in cpuset
181  - cpuset.memory_spread_page flag: if set, spread page cache evenly on allowed nodes
182  - cpuset.memory_spread_slab flag: if set, spread slab cache evenly on allowed nodes
183  - cpuset.sched_load_balance flag: if set, load balance within CPUs on that cpuset
184  - cpuset.sched_relax_domain_level: the searching range when migrating tasks
185
186 In addition, only the root cpuset has the following file:
187
188  - cpuset.memory_pressure_enabled flag: compute memory_pressure?
189
190 New cpusets are created using the mkdir system call or shell
191 command.  The properties of a cpuset, such as its flags, allowed
192 CPUs and Memory Nodes, and attached tasks, are modified by writing
193 to the appropriate file in that cpusets directory, as listed above.
194
195 The named hierarchical structure of nested cpusets allows partitioning
196 a large system into nested, dynamically changeable, "soft-partitions".
197
198 The attachment of each task, automatically inherited at fork by any
199 children of that task, to a cpuset allows organizing the work load
200 on a system into related sets of tasks such that each set is constrained
201 to using the CPUs and Memory Nodes of a particular cpuset.  A task
202 may be re-attached to any other cpuset, if allowed by the permissions
203 on the necessary cpuset file system directories.
204
205 Such management of a system "in the large" integrates smoothly with
206 the detailed placement done on individual tasks and memory regions
207 using the sched_setaffinity, mbind and set_mempolicy system calls.
208
209 The following rules apply to each cpuset:
210
211  - Its CPUs and Memory Nodes must be a subset of its parents.
212  - It can't be marked exclusive unless its parent is.
213  - If its cpu or memory is exclusive, they may not overlap any sibling.
214
215 These rules, and the natural hierarchy of cpusets, enable efficient
216 enforcement of the exclusive guarantee, without having to scan all
217 cpusets every time any of them change to ensure nothing overlaps a
218 exclusive cpuset.  Also, the use of a Linux virtual file system (vfs)
219 to represent the cpuset hierarchy provides for a familiar permission
220 and name space for cpusets, with a minimum of additional kernel code.
221
222 The cpus and mems files in the root (top_cpuset) cpuset are
223 read-only.  The cpus file automatically tracks the value of
224 cpu_online_mask using a CPU hotplug notifier, and the mems file
225 automatically tracks the value of node_states[N_MEMORY]--i.e.,
226 nodes with memory--using the cpuset_track_online_nodes() hook.
227
228 The cpuset.effective_cpus and cpuset.effective_mems files are
229 normally read-only copies of cpuset.cpus and cpuset.mems files
230 respectively.  If the cpuset cgroup filesystem is mounted with the
231 special "cpuset_v2_mode" option, the behavior of these files will become
232 similar to the corresponding files in cpuset v2.  In other words, hotplug
233 events will not change cpuset.cpus and cpuset.mems.  Those events will
234 only affect cpuset.effective_cpus and cpuset.effective_mems which show
235 the actual cpus and memory nodes that are currently used by this cpuset.
236 See Documentation/admin-guide/cgroup-v2.rst for more information about
237 cpuset v2 behavior.
238
239
240 1.4 What are exclusive cpusets ?
241 --------------------------------
242
243 If a cpuset is cpu or mem exclusive, no other cpuset, other than
244 a direct ancestor or descendant, may share any of the same CPUs or
245 Memory Nodes.
246
247 A cpuset that is cpuset.mem_exclusive *or* cpuset.mem_hardwall is "hardwalled",
248 i.e. it restricts kernel allocations for page, buffer and other data
249 commonly shared by the kernel across multiple users.  All cpusets,
250 whether hardwalled or not, restrict allocations of memory for user
251 space.  This enables configuring a system so that several independent
252 jobs can share common kernel data, such as file system pages, while
253 isolating each job's user allocation in its own cpuset.  To do this,
254 construct a large mem_exclusive cpuset to hold all the jobs, and
255 construct child, non-mem_exclusive cpusets for each individual job.
256 Only a small amount of typical kernel memory, such as requests from
257 interrupt handlers, is allowed to be taken outside even a
258 mem_exclusive cpuset.
259
260
261 1.5 What is memory_pressure ?
262 -----------------------------
263 The memory_pressure of a cpuset provides a simple per-cpuset metric
264 of the rate that the tasks in a cpuset are attempting to free up in
265 use memory on the nodes of the cpuset to satisfy additional memory
266 requests.
267
268 This enables batch managers monitoring jobs running in dedicated
269 cpusets to efficiently detect what level of memory pressure that job
270 is causing.
271
272 This is useful both on tightly managed systems running a wide mix of
273 submitted jobs, which may choose to terminate or re-prioritize jobs that
274 are trying to use more memory than allowed on the nodes assigned to them,
275 and with tightly coupled, long running, massively parallel scientific
276 computing jobs that will dramatically fail to meet required performance
277 goals if they start to use more memory than allowed to them.
278
279 This mechanism provides a very economical way for the batch manager
280 to monitor a cpuset for signs of memory pressure.  It's up to the
281 batch manager or other user code to decide what to do about it and
282 take action.
283
284 ==>
285     Unless this feature is enabled by writing "1" to the special file
286     /dev/cpuset/memory_pressure_enabled, the hook in the rebalance
287     code of __alloc_pages() for this metric reduces to simply noticing
288     that the cpuset_memory_pressure_enabled flag is zero.  So only
289     systems that enable this feature will compute the metric.
290
291 Why a per-cpuset, running average:
292
293     Because this meter is per-cpuset, rather than per-task or mm,
294     the system load imposed by a batch scheduler monitoring this
295     metric is sharply reduced on large systems, because a scan of
296     the tasklist can be avoided on each set of queries.
297
298     Because this meter is a running average, instead of an accumulating
299     counter, a batch scheduler can detect memory pressure with a
300     single read, instead of having to read and accumulate results
301     for a period of time.
302
303     Because this meter is per-cpuset rather than per-task or mm,
304     the batch scheduler can obtain the key information, memory
305     pressure in a cpuset, with a single read, rather than having to
306     query and accumulate results over all the (dynamically changing)
307     set of tasks in the cpuset.
308
309 A per-cpuset simple digital filter (requires a spinlock and 3 words
310 of data per-cpuset) is kept, and updated by any task attached to that
311 cpuset, if it enters the synchronous (direct) page reclaim code.
312
313 A per-cpuset file provides an integer number representing the recent
314 (half-life of 10 seconds) rate of direct page reclaims caused by
315 the tasks in the cpuset, in units of reclaims attempted per second,
316 times 1000.
317
318
319 1.6 What is memory spread ?
320 ---------------------------
321 There are two boolean flag files per cpuset that control where the
322 kernel allocates pages for the file system buffers and related in
323 kernel data structures.  They are called 'cpuset.memory_spread_page' and
324 'cpuset.memory_spread_slab'.
325
326 If the per-cpuset boolean flag file 'cpuset.memory_spread_page' is set, then
327 the kernel will spread the file system buffers (page cache) evenly
328 over all the nodes that the faulting task is allowed to use, instead
329 of preferring to put those pages on the node where the task is running.
330
331 If the per-cpuset boolean flag file 'cpuset.memory_spread_slab' is set,
332 then the kernel will spread some file system related slab caches,
333 such as for inodes and dentries evenly over all the nodes that the
334 faulting task is allowed to use, instead of preferring to put those
335 pages on the node where the task is running.
336
337 The setting of these flags does not affect anonymous data segment or
338 stack segment pages of a task.
339
340 By default, both kinds of memory spreading are off, and memory
341 pages are allocated on the node local to where the task is running,
342 except perhaps as modified by the task's NUMA mempolicy or cpuset
343 configuration, so long as sufficient free memory pages are available.
344
345 When new cpusets are created, they inherit the memory spread settings
346 of their parent.
347
348 Setting memory spreading causes allocations for the affected page
349 or slab caches to ignore the task's NUMA mempolicy and be spread
350 instead.    Tasks using mbind() or set_mempolicy() calls to set NUMA
351 mempolicies will not notice any change in these calls as a result of
352 their containing task's memory spread settings.  If memory spreading
353 is turned off, then the currently specified NUMA mempolicy once again
354 applies to memory page allocations.
355
356 Both 'cpuset.memory_spread_page' and 'cpuset.memory_spread_slab' are boolean flag
357 files.  By default they contain "0", meaning that the feature is off
358 for that cpuset.  If a "1" is written to that file, then that turns
359 the named feature on.
360
361 The implementation is simple.
362
363 Setting the flag 'cpuset.memory_spread_page' turns on a per-process flag
364 PFA_SPREAD_PAGE for each task that is in that cpuset or subsequently
365 joins that cpuset.  The page allocation calls for the page cache
366 is modified to perform an inline check for this PFA_SPREAD_PAGE task
367 flag, and if set, a call to a new routine cpuset_mem_spread_node()
368 returns the node to prefer for the allocation.
369
370 Similarly, setting 'cpuset.memory_spread_slab' turns on the flag
371 PFA_SPREAD_SLAB, and appropriately marked slab caches will allocate
372 pages from the node returned by cpuset_mem_spread_node().
373
374 The cpuset_mem_spread_node() routine is also simple.  It uses the
375 value of a per-task rotor cpuset_mem_spread_rotor to select the next
376 node in the current task's mems_allowed to prefer for the allocation.
377
378 This memory placement policy is also known (in other contexts) as
379 round-robin or interleave.
380
381 This policy can provide substantial improvements for jobs that need
382 to place thread local data on the corresponding node, but that need
383 to access large file system data sets that need to be spread across
384 the several nodes in the jobs cpuset in order to fit.  Without this
385 policy, especially for jobs that might have one thread reading in the
386 data set, the memory allocation across the nodes in the jobs cpuset
387 can become very uneven.
388
389 1.7 What is sched_load_balance ?
390 --------------------------------
391
392 The kernel scheduler (kernel/sched/core.c) automatically load balances
393 tasks.  If one CPU is underutilized, kernel code running on that
394 CPU will look for tasks on other more overloaded CPUs and move those
395 tasks to itself, within the constraints of such placement mechanisms
396 as cpusets and sched_setaffinity.
397
398 The algorithmic cost of load balancing and its impact on key shared
399 kernel data structures such as the task list increases more than
400 linearly with the number of CPUs being balanced.  So the scheduler
401 has support to partition the systems CPUs into a number of sched
402 domains such that it only load balances within each sched domain.
403 Each sched domain covers some subset of the CPUs in the system;
404 no two sched domains overlap; some CPUs might not be in any sched
405 domain and hence won't be load balanced.
406
407 Put simply, it costs less to balance between two smaller sched domains
408 than one big one, but doing so means that overloads in one of the
409 two domains won't be load balanced to the other one.
410
411 By default, there is one sched domain covering all CPUs, including those
412 marked isolated using the kernel boot time "isolcpus=" argument. However,
413 the isolated CPUs will not participate in load balancing, and will not
414 have tasks running on them unless explicitly assigned.
415
416 This default load balancing across all CPUs is not well suited for
417 the following two situations:
418
419  1) On large systems, load balancing across many CPUs is expensive.
420     If the system is managed using cpusets to place independent jobs
421     on separate sets of CPUs, full load balancing is unnecessary.
422  2) Systems supporting realtime on some CPUs need to minimize
423     system overhead on those CPUs, including avoiding task load
424     balancing if that is not needed.
425
426 When the per-cpuset flag "cpuset.sched_load_balance" is enabled (the default
427 setting), it requests that all the CPUs in that cpusets allowed 'cpuset.cpus'
428 be contained in a single sched domain, ensuring that load balancing
429 can move a task (not otherwised pinned, as by sched_setaffinity)
430 from any CPU in that cpuset to any other.
431
432 When the per-cpuset flag "cpuset.sched_load_balance" is disabled, then the
433 scheduler will avoid load balancing across the CPUs in that cpuset,
434 --except-- in so far as is necessary because some overlapping cpuset
435 has "sched_load_balance" enabled.
436
437 So, for example, if the top cpuset has the flag "cpuset.sched_load_balance"
438 enabled, then the scheduler will have one sched domain covering all
439 CPUs, and the setting of the "cpuset.sched_load_balance" flag in any other
440 cpusets won't matter, as we're already fully load balancing.
441
442 Therefore in the above two situations, the top cpuset flag
443 "cpuset.sched_load_balance" should be disabled, and only some of the smaller,
444 child cpusets have this flag enabled.
445
446 When doing this, you don't usually want to leave any unpinned tasks in
447 the top cpuset that might use non-trivial amounts of CPU, as such tasks
448 may be artificially constrained to some subset of CPUs, depending on
449 the particulars of this flag setting in descendant cpusets.  Even if
450 such a task could use spare CPU cycles in some other CPUs, the kernel
451 scheduler might not consider the possibility of load balancing that
452 task to that underused CPU.
453
454 Of course, tasks pinned to a particular CPU can be left in a cpuset
455 that disables "cpuset.sched_load_balance" as those tasks aren't going anywhere
456 else anyway.
457
458 There is an impedance mismatch here, between cpusets and sched domains.
459 Cpusets are hierarchical and nest.  Sched domains are flat; they don't
460 overlap and each CPU is in at most one sched domain.
461
462 It is necessary for sched domains to be flat because load balancing
463 across partially overlapping sets of CPUs would risk unstable dynamics
464 that would be beyond our understanding.  So if each of two partially
465 overlapping cpusets enables the flag 'cpuset.sched_load_balance', then we
466 form a single sched domain that is a superset of both.  We won't move
467 a task to a CPU outside its cpuset, but the scheduler load balancing
468 code might waste some compute cycles considering that possibility.
469
470 This mismatch is why there is not a simple one-to-one relation
471 between which cpusets have the flag "cpuset.sched_load_balance" enabled,
472 and the sched domain configuration.  If a cpuset enables the flag, it
473 will get balancing across all its CPUs, but if it disables the flag,
474 it will only be assured of no load balancing if no other overlapping
475 cpuset enables the flag.
476
477 If two cpusets have partially overlapping 'cpuset.cpus' allowed, and only
478 one of them has this flag enabled, then the other may find its
479 tasks only partially load balanced, just on the overlapping CPUs.
480 This is just the general case of the top_cpuset example given a few
481 paragraphs above.  In the general case, as in the top cpuset case,
482 don't leave tasks that might use non-trivial amounts of CPU in
483 such partially load balanced cpusets, as they may be artificially
484 constrained to some subset of the CPUs allowed to them, for lack of
485 load balancing to the other CPUs.
486
487 CPUs in "cpuset.isolcpus" were excluded from load balancing by the
488 isolcpus= kernel boot option, and will never be load balanced regardless
489 of the value of "cpuset.sched_load_balance" in any cpuset.
490
491 1.7.1 sched_load_balance implementation details.
492 ------------------------------------------------
493
494 The per-cpuset flag 'cpuset.sched_load_balance' defaults to enabled (contrary
495 to most cpuset flags.)  When enabled for a cpuset, the kernel will
496 ensure that it can load balance across all the CPUs in that cpuset
497 (makes sure that all the CPUs in the cpus_allowed of that cpuset are
498 in the same sched domain.)
499
500 If two overlapping cpusets both have 'cpuset.sched_load_balance' enabled,
501 then they will be (must be) both in the same sched domain.
502
503 If, as is the default, the top cpuset has 'cpuset.sched_load_balance' enabled,
504 then by the above that means there is a single sched domain covering
505 the whole system, regardless of any other cpuset settings.
506
507 The kernel commits to user space that it will avoid load balancing
508 where it can.  It will pick as fine a granularity partition of sched
509 domains as it can while still providing load balancing for any set
510 of CPUs allowed to a cpuset having 'cpuset.sched_load_balance' enabled.
511
512 The internal kernel cpuset to scheduler interface passes from the
513 cpuset code to the scheduler code a partition of the load balanced
514 CPUs in the system. This partition is a set of subsets (represented
515 as an array of struct cpumask) of CPUs, pairwise disjoint, that cover
516 all the CPUs that must be load balanced.
517
518 The cpuset code builds a new such partition and passes it to the
519 scheduler sched domain setup code, to have the sched domains rebuilt
520 as necessary, whenever:
521
522  - the 'cpuset.sched_load_balance' flag of a cpuset with non-empty CPUs changes,
523  - or CPUs come or go from a cpuset with this flag enabled,
524  - or 'cpuset.sched_relax_domain_level' value of a cpuset with non-empty CPUs
525    and with this flag enabled changes,
526  - or a cpuset with non-empty CPUs and with this flag enabled is removed,
527  - or a cpu is offlined/onlined.
528
529 This partition exactly defines what sched domains the scheduler should
530 setup - one sched domain for each element (struct cpumask) in the
531 partition.
532
533 The scheduler remembers the currently active sched domain partitions.
534 When the scheduler routine partition_sched_domains() is invoked from
535 the cpuset code to update these sched domains, it compares the new
536 partition requested with the current, and updates its sched domains,
537 removing the old and adding the new, for each change.
538
539
540 1.8 What is sched_relax_domain_level ?
541 --------------------------------------
542
543 In sched domain, the scheduler migrates tasks in 2 ways; periodic load
544 balance on tick, and at time of some schedule events.
545
546 When a task is woken up, scheduler try to move the task on idle CPU.
547 For example, if a task A running on CPU X activates another task B
548 on the same CPU X, and if CPU Y is X's sibling and performing idle,
549 then scheduler migrate task B to CPU Y so that task B can start on
550 CPU Y without waiting task A on CPU X.
551
552 And if a CPU run out of tasks in its runqueue, the CPU try to pull
553 extra tasks from other busy CPUs to help them before it is going to
554 be idle.
555
556 Of course it takes some searching cost to find movable tasks and/or
557 idle CPUs, the scheduler might not search all CPUs in the domain
558 every time.  In fact, in some architectures, the searching ranges on
559 events are limited in the same socket or node where the CPU locates,
560 while the load balance on tick searches all.
561
562 For example, assume CPU Z is relatively far from CPU X.  Even if CPU Z
563 is idle while CPU X and the siblings are busy, scheduler can't migrate
564 woken task B from X to Z since it is out of its searching range.
565 As the result, task B on CPU X need to wait task A or wait load balance
566 on the next tick.  For some applications in special situation, waiting
567 1 tick may be too long.
568
569 The 'cpuset.sched_relax_domain_level' file allows you to request changing
570 this searching range as you like.  This file takes int value which
571 indicates size of searching range in levels ideally as follows,
572 otherwise initial value -1 that indicates the cpuset has no request.
573
574 ====== ===========================================================
575   -1   no request. use system default or follow request of others.
576    0   no search.
577    1   search siblings (hyperthreads in a core).
578    2   search cores in a package.
579    3   search cpus in a node [= system wide on non-NUMA system]
580    4   search nodes in a chunk of node [on NUMA system]
581    5   search system wide [on NUMA system]
582 ====== ===========================================================
583
584 The system default is architecture dependent.  The system default
585 can be changed using the relax_domain_level= boot parameter.
586
587 This file is per-cpuset and affect the sched domain where the cpuset
588 belongs to.  Therefore if the flag 'cpuset.sched_load_balance' of a cpuset
589 is disabled, then 'cpuset.sched_relax_domain_level' have no effect since
590 there is no sched domain belonging the cpuset.
591
592 If multiple cpusets are overlapping and hence they form a single sched
593 domain, the largest value among those is used.  Be careful, if one
594 requests 0 and others are -1 then 0 is used.
595
596 Note that modifying this file will have both good and bad effects,
597 and whether it is acceptable or not depends on your situation.
598 Don't modify this file if you are not sure.
599
600 If your situation is:
601
602  - The migration costs between each cpu can be assumed considerably
603    small(for you) due to your special application's behavior or
604    special hardware support for CPU cache etc.
605  - The searching cost doesn't have impact(for you) or you can make
606    the searching cost enough small by managing cpuset to compact etc.
607  - The latency is required even it sacrifices cache hit rate etc.
608    then increasing 'sched_relax_domain_level' would benefit you.
609
610
611 1.9 How do I use cpusets ?
612 --------------------------
613
614 In order to minimize the impact of cpusets on critical kernel
615 code, such as the scheduler, and due to the fact that the kernel
616 does not support one task updating the memory placement of another
617 task directly, the impact on a task of changing its cpuset CPU
618 or Memory Node placement, or of changing to which cpuset a task
619 is attached, is subtle.
620
621 If a cpuset has its Memory Nodes modified, then for each task attached
622 to that cpuset, the next time that the kernel attempts to allocate
623 a page of memory for that task, the kernel will notice the change
624 in the task's cpuset, and update its per-task memory placement to
625 remain within the new cpusets memory placement.  If the task was using
626 mempolicy MPOL_BIND, and the nodes to which it was bound overlap with
627 its new cpuset, then the task will continue to use whatever subset
628 of MPOL_BIND nodes are still allowed in the new cpuset.  If the task
629 was using MPOL_BIND and now none of its MPOL_BIND nodes are allowed
630 in the new cpuset, then the task will be essentially treated as if it
631 was MPOL_BIND bound to the new cpuset (even though its NUMA placement,
632 as queried by get_mempolicy(), doesn't change).  If a task is moved
633 from one cpuset to another, then the kernel will adjust the task's
634 memory placement, as above, the next time that the kernel attempts
635 to allocate a page of memory for that task.
636
637 If a cpuset has its 'cpuset.cpus' modified, then each task in that cpuset
638 will have its allowed CPU placement changed immediately.  Similarly,
639 if a task's pid is written to another cpuset's 'tasks' file, then its
640 allowed CPU placement is changed immediately.  If such a task had been
641 bound to some subset of its cpuset using the sched_setaffinity() call,
642 the task will be allowed to run on any CPU allowed in its new cpuset,
643 negating the effect of the prior sched_setaffinity() call.
644
645 In summary, the memory placement of a task whose cpuset is changed is
646 updated by the kernel, on the next allocation of a page for that task,
647 and the processor placement is updated immediately.
648
649 Normally, once a page is allocated (given a physical page
650 of main memory) then that page stays on whatever node it
651 was allocated, so long as it remains allocated, even if the
652 cpusets memory placement policy 'cpuset.mems' subsequently changes.
653 If the cpuset flag file 'cpuset.memory_migrate' is set true, then when
654 tasks are attached to that cpuset, any pages that task had
655 allocated to it on nodes in its previous cpuset are migrated
656 to the task's new cpuset. The relative placement of the page within
657 the cpuset is preserved during these migration operations if possible.
658 For example if the page was on the second valid node of the prior cpuset
659 then the page will be placed on the second valid node of the new cpuset.
660
661 Also if 'cpuset.memory_migrate' is set true, then if that cpuset's
662 'cpuset.mems' file is modified, pages allocated to tasks in that
663 cpuset, that were on nodes in the previous setting of 'cpuset.mems',
664 will be moved to nodes in the new setting of 'mems.'
665 Pages that were not in the task's prior cpuset, or in the cpuset's
666 prior 'cpuset.mems' setting, will not be moved.
667
668 There is an exception to the above.  If hotplug functionality is used
669 to remove all the CPUs that are currently assigned to a cpuset,
670 then all the tasks in that cpuset will be moved to the nearest ancestor
671 with non-empty cpus.  But the moving of some (or all) tasks might fail if
672 cpuset is bound with another cgroup subsystem which has some restrictions
673 on task attaching.  In this failing case, those tasks will stay
674 in the original cpuset, and the kernel will automatically update
675 their cpus_allowed to allow all online CPUs.  When memory hotplug
676 functionality for removing Memory Nodes is available, a similar exception
677 is expected to apply there as well.  In general, the kernel prefers to
678 violate cpuset placement, over starving a task that has had all
679 its allowed CPUs or Memory Nodes taken offline.
680
681 There is a second exception to the above.  GFP_ATOMIC requests are
682 kernel internal allocations that must be satisfied, immediately.
683 The kernel may drop some request, in rare cases even panic, if a
684 GFP_ATOMIC alloc fails.  If the request cannot be satisfied within
685 the current task's cpuset, then we relax the cpuset, and look for
686 memory anywhere we can find it.  It's better to violate the cpuset
687 than stress the kernel.
688
689 To start a new job that is to be contained within a cpuset, the steps are:
690
691  1) mkdir /sys/fs/cgroup/cpuset
692  2) mount -t cgroup -ocpuset cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
693  3) Create the new cpuset by doing mkdir's and write's (or echo's) in
694     the /sys/fs/cgroup/cpuset virtual file system.
695  4) Start a task that will be the "founding father" of the new job.
696  5) Attach that task to the new cpuset by writing its pid to the
697     /sys/fs/cgroup/cpuset tasks file for that cpuset.
698  6) fork, exec or clone the job tasks from this founding father task.
699
700 For example, the following sequence of commands will setup a cpuset
701 named "Charlie", containing just CPUs 2 and 3, and Memory Node 1,
702 and then start a subshell 'sh' in that cpuset::
703
704   mount -t cgroup -ocpuset cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
705   cd /sys/fs/cgroup/cpuset
706   mkdir Charlie
707   cd Charlie
708   /bin/echo 2-3 > cpuset.cpus
709   /bin/echo 1 > cpuset.mems
710   /bin/echo $$ > tasks
711   sh
712   # The subshell 'sh' is now running in cpuset Charlie
713   # The next line should display '/Charlie'
714   cat /proc/self/cpuset
715
716 There are ways to query or modify cpusets:
717
718  - via the cpuset file system directly, using the various cd, mkdir, echo,
719    cat, rmdir commands from the shell, or their equivalent from C.
720  - via the C library libcpuset.
721  - via the C library libcgroup.
722    (http://sourceforge.net/projects/libcg/)
723  - via the python application cset.
724    (http://code.google.com/p/cpuset/)
725
726 The sched_setaffinity calls can also be done at the shell prompt using
727 SGI's runon or Robert Love's taskset.  The mbind and set_mempolicy
728 calls can be done at the shell prompt using the numactl command
729 (part of Andi Kleen's numa package).
730
731 2. Usage Examples and Syntax
732 ============================
733
734 2.1 Basic Usage
735 ---------------
736
737 Creating, modifying, using the cpusets can be done through the cpuset
738 virtual filesystem.
739
740 To mount it, type:
741 # mount -t cgroup -o cpuset cpuset /sys/fs/cgroup/cpuset
742
743 Then under /sys/fs/cgroup/cpuset you can find a tree that corresponds to the
744 tree of the cpusets in the system. For instance, /sys/fs/cgroup/cpuset
745 is the cpuset that holds the whole system.
746
747 If you want to create a new cpuset under /sys/fs/cgroup/cpuset::
748
749   # cd /sys/fs/cgroup/cpuset
750   # mkdir my_cpuset
751
752 Now you want to do something with this cpuset::
753
754   # cd my_cpuset
755
756 In this directory you can find several files::
757
758   # ls
759   cgroup.clone_children  cpuset.memory_pressure
760   cgroup.event_control   cpuset.memory_spread_page
761   cgroup.procs           cpuset.memory_spread_slab
762   cpuset.cpu_exclusive   cpuset.mems
763   cpuset.cpus            cpuset.sched_load_balance
764   cpuset.mem_exclusive   cpuset.sched_relax_domain_level
765   cpuset.mem_hardwall    notify_on_release
766   cpuset.memory_migrate  tasks
767
768 Reading them will give you information about the state of this cpuset:
769 the CPUs and Memory Nodes it can use, the processes that are using
770 it, its properties.  By writing to these files you can manipulate
771 the cpuset.
772
773 Set some flags::
774
775   # /bin/echo 1 > cpuset.cpu_exclusive
776
777 Add some cpus::
778
779   # /bin/echo 0-7 > cpuset.cpus
780
781 Add some mems::
782
783   # /bin/echo 0-7 > cpuset.mems
784
785 Now attach your shell to this cpuset::
786
787   # /bin/echo $$ > tasks
788
789 You can also create cpusets inside your cpuset by using mkdir in this
790 directory::
791
792   # mkdir my_sub_cs
793
794 To remove a cpuset, just use rmdir::
795
796   # rmdir my_sub_cs
797
798 This will fail if the cpuset is in use (has cpusets inside, or has
799 processes attached).
800
801 Note that for legacy reasons, the "cpuset" filesystem exists as a
802 wrapper around the cgroup filesystem.
803
804 The command::
805
806   mount -t cpuset X /sys/fs/cgroup/cpuset
807
808 is equivalent to::
809
810   mount -t cgroup -ocpuset,noprefix X /sys/fs/cgroup/cpuset
811   echo "/sbin/cpuset_release_agent" > /sys/fs/cgroup/cpuset/release_agent
812
813 2.2 Adding/removing cpus
814 ------------------------
815
816 This is the syntax to use when writing in the cpus or mems files
817 in cpuset directories::
818
819   # /bin/echo 1-4 > cpuset.cpus         -> set cpus list to cpus 1,2,3,4
820   # /bin/echo 1,2,3,4 > cpuset.cpus     -> set cpus list to cpus 1,2,3,4
821
822 To add a CPU to a cpuset, write the new list of CPUs including the
823 CPU to be added. To add 6 to the above cpuset::
824
825   # /bin/echo 1-4,6 > cpuset.cpus       -> set cpus list to cpus 1,2,3,4,6
826
827 Similarly to remove a CPU from a cpuset, write the new list of CPUs
828 without the CPU to be removed.
829
830 To remove all the CPUs::
831
832   # /bin/echo "" > cpuset.cpus          -> clear cpus list
833
834 2.3 Setting flags
835 -----------------
836
837 The syntax is very simple::
838
839   # /bin/echo 1 > cpuset.cpu_exclusive  -> set flag 'cpuset.cpu_exclusive'
840   # /bin/echo 0 > cpuset.cpu_exclusive  -> unset flag 'cpuset.cpu_exclusive'
841
842 2.4 Attaching processes
843 -----------------------
844
845 ::
846
847   # /bin/echo PID > tasks
848
849 Note that it is PID, not PIDs. You can only attach ONE task at a time.
850 If you have several tasks to attach, you have to do it one after another::
851
852   # /bin/echo PID1 > tasks
853   # /bin/echo PID2 > tasks
854         ...
855   # /bin/echo PIDn > tasks
856
857
858 3. Questions
859 ============
860
861 Q:
862    what's up with this '/bin/echo' ?
863
864 A:
865    bash's builtin 'echo' command does not check calls to write() against
866    errors. If you use it in the cpuset file system, you won't be
867    able to tell whether a command succeeded or failed.
868
869 Q:
870    When I attach processes, only the first of the line gets really attached !
871
872 A:
873    We can only return one error code per call to write(). So you should also
874    put only ONE pid.
875
876 4. Contact
877 ==========
878
879 Web: http://www.bullopensource.org/cpuset