linux下把进程/线程绑定到特定cpu核上运行

现在大家使用的基本上都是多核cpu，一般是4核的。平时应用程序在运行时都是由操作系统管理的。操作系统对应用进程进行调度，使其在不同的核上轮番运行。

对于普通的应用，操作系统的默认调度机制是没有问题的。但是，当某个进程需要较高的运行效率时，就有必要考虑将其绑定到单独的核上运行，以减小由于在不同的核上调度造成的开销。

把某个进程/线程绑定到特定的cpu核上后，该进程就会一直在此核上运行，不会再被操作系统调度到其他核上。但绑定的这个核上还是可能会被调度运行其他应用程序的。

目前windows和linux都支持对多核cpu进行调度管理。

软件开发在多核环境下的核心是多线程开发。这个多线程不仅代表了软件实现上多线程，要求在硬件上也采用多线程技术。

多核操作系统的关注点在于进程的分配和调度。进程的分配将进程分配到合理的物理核上，因为不同的核在共享性和历史运行情况都是不同的。有的物理核能够共享二级cache，而有的却是独立的。如果将有数据共享的进程分配给有共享二级cache的核上，将大大提升性能；反之，就有可能影响性能。

进程调度会涉及实时性、负载均衡等问题，目前研究的热点问题主要集中在以下方面：

• 程序的并行开发设计

• 多进程的时间相关性

• 任务的分配和调度

• 缓存的错误共享

• 一致性访问问题

• 进程间通信

• 多处理器核内部资源竞争

多进程和多线程在cpu核上运行时情况如下：

• 每个 CPU 核运行一个进程的时候，由于每个进程的资源都独立，所以 CPU 核心之间切换的时候无需考虑上下文

• 每个 CPU 核运行一个线程的时候，有时线程之间需要共享资源，所以这些资源必须从 CPU 的一个核心被复制到另外一个核心，这会造成额外的开销

使用cat /proc/cpuinfo查看cpu信息，如下两个信息：

• processor，指明第几个cpu处理器

• cpu cores，指明每个处理器的核心数

也可以使用系统调用sysconf获取cpu核心数：

#include int sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);/* 返回系统可以使用的核数，但是其值会包括系统中禁用的核的数目，因 此该值并不代表当前系统中可用的核数 */int sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);/* 返回值真正的代表了系统当前可用的核数 *//* 以下两个函数与上述类似 */#include int get_nprocs_conf (void);/* 可用核数 */int get_nprocs (void);/* 真正的反映了当前可用核数 */12345678910

我使用的是虚拟机，有2个处理器，每个处理器只有一个核，等同于一个处理器两个核心。

• 获取进程pid

-> % ps PID TTY TIME CMD 2683 pts/1 00:00:00 zsh 2726 pts/1 00:00:00 dgram_servr 2930 pts/1 00:00:00 ps12345

• 查看进程当前运行在哪个cpu上

-> % taskset -p 2726pid 2726's current affinity mask: 312

显示的十进制数字3转换为2进制为最低两个是1，每个1对应一个cpu，所以进程运行在2个cpu上。

• 指定进程运行在cpu1上

-> % taskset -pc 1 2726pid 2726's current affinity list: 0,1 pid 2726's new affinity list: 1123

注意，cpu的标号是从0开始的，所以cpu1表示第二个cpu（第一个cpu的标号是0）。

至此，就把应用程序绑定到了cpu1上运行，查看如下：

-> % taskset -p 2726pid 2726's current affinity mask: 212

• 启动程序时绑定cpu

#启动时绑定到第二个cpu -> % taskset -c 1 ./dgram_servr&[1] 3011 #查看确认绑定情况 -> % taskset -p 3011pid 3011's current affinity mask: 21234567

sched_setaffinity可以将某个进程绑定到一个特定的CPU。

#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */#include /* 设置进程号为pid的进程运行在mask所设定的CPU上 * 第二个参数cpusetsize是mask所指定的数的长度 * 通常设定为sizeof(cpu_set_t) * 如果pid的值为0,则表示指定的是当前进程 */int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_t *mask);int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize, cpu_set_t *mask);/* 获得pid所指示的进程的CPU位掩码,并将该掩码返回到mask所指向的结构中 */123456789101112

• 实例

#include#include#include#include#include#define __USE_GNU#include#include#include#include#define THREAD_MAX_NUM 200 //1个CPU内的最多进程数int num=0; //cpu中核数void* threadFun(void* arg) //arg 传递线程标号（自己定义）{ cpu_set_t mask; //CPU核的集合 cpu_set_t get; //获取在集合中的CPU int *a = (int *)arg; int i; printf("the thread is:%d\n",*a); //显示是第几个线程 CPU_ZERO(&mask); //置空 CPU_SET(*a,&mask); //设置亲和力值 if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)//设置线程CPU亲和力 { printf("warning: could not set CPU affinity, continuing...\n"); } CPU_ZERO(&get); if (sched_getaffinity(0, sizeof(get), &get) == -1)//获取线程CPU亲和力 { printf("warning: cound not get thread affinity, continuing...\n"); } for (i = 0; i < num; i++) { if (CPU_ISSET(i, &get))//判断线程与哪个CPU有亲和力 { printf("this thread %d is running processor : %d\n", i,i); } } return NULL; }int main(int argc, char* argv[]) { int tid[THREAD_MAX_NUM]; int i; pthread_t thread[THREAD_MAX_NUM]; num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF); //获取核数 if (num > THREAD_MAX_NUM) { printf("num of cores[%d] is bigger than THREAD_MAX_NUM[%d]!\n", num, THREAD_MAX_NUM); return -1; } printf("system has %i processor(s). \n", num); for(i=0;i
       

        
运行结果
       
-> % ./a.out system has 2 processor(s). the thread is:0the thread is:1this thread 0 is running processor : 0this thread 1 is running processor : 1123456
绑定线程到cpu核上运行
       

        
绑定线程到cpu核上使用pthread_setaffinity_np函数，其原型定义如下：
       
#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */#include int pthread_setaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, const cpu_set_t *cpuset);int pthread_getaffinity_np(pthread_t thread, size_t cpusetsize, cpu_set_t *cpuset); Compile and link with -pthread.1234567
       

        
各参数的意义与sched_setaffinity相似。
        
实例
       
#define _GNU_SOURCE#include #include #include #include #define handle_error_en(en, msg) \ do { errno = en; perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)intmain(int argc, char *argv[]) { int s, j; cpu_set_t cpuset; pthread_t thread; thread = pthread_self(); /* Set affinity mask to include CPUs 0 to 7 */ CPU_ZERO(&cpuset); for (j = 0; j < 8; j++) CPU_SET(j, &cpuset); s = pthread_setaffinity_np(thread, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); if (s != 0) handle_error_en(s, "pthread_setaffinity_np"); /* Check the actual affinity mask assigned to the thread */ s = pthread_getaffinity_np(thread, sizeof(cpu_set_t), &cpuset); if (s != 0) handle_error_en(s, "pthread_getaffinity_np"); printf("Set returned by pthread_getaffinity_np() contained:\n"); for (j = 0; j < CPU_SETSIZE; j++) if (CPU_ISSET(j, &cpuset)) printf(" CPU %d\n", j); exit(EXIT_SUCCESS); }1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041
       

        
运行结果
       
-> % ./a.out Set returned by pthread_getaffinity_np() contained: CPU 0 CPU 11234
总结
可以使用多种方法把进程/线程指定到特定的cpu核上运行。
在具体使用中，要根据使用场景和需求决定使用何种方式。个人认为，重要的一步还是要先确定是否要使用把线程绑定到核心的方式。
       
【参考资料】
多核技术导论之操作系统对多核处理器的支持方法
线程绑定CPU核-sched_setaffinity
PTHREAD_SETAFFINITY_NP(3) Linux Programmer’s ManualPTHREAD_SETAFFINITY_NP(3)


      
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