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我一直在从事一个爱好项目（用 C 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来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某些部分，以显着删除不必要的操作，减少内存缓存未命中和分支错误预测。出色的 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，我至少在做正确的事情。然而，真正运行该程序却讲述了一个不同的故事。

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

您可能已经注意到，时间主要取决于外部流程。我不知道是什么导致了回归。没有什么特别奇怪的。只是由单个线程完成的传统 vfork/execve/waitpid，以相同的顺序运行相同的程序。

一定是有什么东西导致分叉变慢，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

我猜不是。

这时候我决定为州长投票，而且时间变得更好了：

$ for i in 0 1 2 3 4 5 6 7; do sudo sh -c "echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu$i/cpufreq/scaling_governor";done
$ time ./test
real 1m03.44
user 0m29.30
sys 0m10.66

似乎每个新进程都安排在一个单独的核心上，并且需要一段时间才能切换到更高的频率。我不能说为什么旧版本跑得更快。也许是幸运的。也许它（由于它的低效率）导致CPU更早地选择更高的频率。

改变调控器的一个很好的副作用是编译时间也得到了改善。显然编译需要分叉许多新进程。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。

我发现改善原始时间的唯一方法是通过在开头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，但实际上是最快的：

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

它不仅是一个骇人听闻的解决方案，而且在启动的程序使用多个线程的情况下效果不佳。我的程序无法知道这一点。

有谁知道如何让生成的进程以高 CPU 时钟频率运行？它必须是自动化的，并且不需要 su 特权。虽然到目前为止我只在 Linux 上对此进行了测试，但我打算将其移植到或多或少所有流行和不受欢迎的桌面操作系统（它也将在服务器上运行）。欢迎任何平台上的任何想法。

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CPU 频率（大多数操作系统）被视为系统属性。因此，您不能在没有 root 权限的情况下更改它。存在一些关于允许采用特定程序的扩展的研究；但是，由于即使对于相同的通用架构，能量/性能模型也不同，因此您几乎找不到通用解决方案。

另外要注意，为了保证公平性，linux调度器会共享子进程第一个epoch的perent进程和子进程的执行时间。这可能会对您的问题产生影响。

于 2013-06-03T07:30:36.070 回答