linux下如何把進程/線程綁定到特定cpu核上運行

更新時間：2023年08月01日 09:38:33 作者：guotianqing

這篇文章主要介紹了linux下如何把進程/線程綁定到特定cpu核上運行問題,具有很好的參考價值,希望對大家有所幫助,如有錯誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

概述

現(xiàn)在大家使用的基本上都是多核cpu，一般是4核的。平時應(yīng)用程序在運行時都是由操作系統(tǒng)管理的。操作系統(tǒng)對應(yīng)用進程進行調(diào)度，使其在不同的核上輪番運行。

對于普通的應(yīng)用，操作系統(tǒng)的默認(rèn)調(diào)度機制是沒有問題的。但是，當(dāng)某個進程需要較高的運行效率時，就有必要考慮將其綁定到單獨的核上運行，以減小由于在不同的核上調(diào)度造成的開銷。

把某個進程/線程綁定到特定的cpu核上后，該進程就會一直在此核上運行，不會再被操作系統(tǒng)調(diào)度到其他核上。但綁定的這個核上還是可能會被調(diào)度運行其他應(yīng)用程序的。

操作系統(tǒng)對多核cpu的調(diào)度

目前windows和linux都支持對多核cpu進行調(diào)度管理。

軟件開發(fā)在多核環(huán)境下的核心是多線程開發(fā)。
這個多線程不僅代表了軟件實現(xiàn)上多線程，要求在硬件上也采用多線程技術(shù)。

多核操作系統(tǒng)的關(guān)注點在于進程的分配和調(diào)度。進程的分配將進程分配到合理的物理核上，因為不同的核在共享性和歷史運行情況都是不同的。

有的物理核能夠共享二級cache，而有的卻是獨立的。

如果將有數(shù)據(jù)共享的進程分配給有共享二級cache的核上，將大大提升性能；反之，就有可能影響性能。

進程調(diào)度會涉及實時性、負(fù)載均衡等問題，目前研究的熱點問題主要集中在以下方面：

程序的并行開發(fā)設(shè)計
多進程的時間相關(guān)性
任務(wù)的分配和調(diào)度
緩存的錯誤共享
一致性訪問問題
進程間通信
多處理器核內(nèi)部資源競爭

多進程和多線程在cpu核上運行時情況如下：

每個 CPU 核運行一個進程的時候，由于每個進程的資源都獨立，所以 CPU 核心之間切換的時候無需考慮上下文
每個 CPU 核運行一個線程的時候，有時線程之間需要共享資源，所以這些資源必須從 CPU 的一個核心被復(fù)制到另外一個核心，這會造成額外的開銷

綁定進程到cpu核上運行

查看cpu有幾個核

使用cat /proc/cpuinfo查看cpu信息，如下兩個信息：

processor，指明第幾個cpu處理器
cpu cores，指明每個處理器的核心數(shù)

也可以使用系統(tǒng)調(diào)用sysconf獲取cpu核心數(shù)：

#include <unistd.h>
int sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);/* 返回系統(tǒng)可以使用的核數(shù)，但是其值會包括系統(tǒng)中禁用的核的數(shù)目，因 此該值并不代表當(dāng)前系統(tǒng)中可用的核數(shù) */
int sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);/* 返回值真正的代表了系統(tǒng)當(dāng)前可用的核數(shù) */
/* 以下兩個函數(shù)與上述類似 */
#include <sys/sysinfo.h>
int get_nprocs_conf (void);/* 可用核數(shù) */
int get_nprocs (void);/* 真正的反映了當(dāng)前可用核數(shù) */

我使用的是虛擬機，有2個處理器，每個處理器只有一個核，等同于一個處理器兩個核心。

使用taskset指令

獲取進程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 ps

查看進程當(dāng)前運行在哪個cpu上

-> % taskset -p 2726
pid 2726's current affinity mask: 3

顯示的十進制數(shù)字3轉(zhuǎn)換為2進制為最低兩個是1，每個1對應(yīng)一個cpu，所以進程運行在2個cpu上。

指定進程運行在cpu1上

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

注意，cpu的標(biāo)號是從0開始的，所以cpu1表示第二個cpu（第一個cpu的標(biāo)號是0）。

至此，就把應(yīng)用程序綁定到了cpu1上運行，查看如下：

-> % taskset -p 2726
pid 2726's current affinity mask: 2

啟動程序時綁定cpu

#啟動時綁定到第二個cpu
-> % taskset -c 1 ./dgram_servr&
[1] 3011
#查看確認(rèn)綁定情況
-> % taskset -p 3011
pid 3011's current affinity mask: 2

使用sched_setaffinity系統(tǒng)調(diào)用

sched_setaffinity可以將某個進程綁定到一個特定的CPU。

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <sched.h>
/* 設(shè)置進程號為pid的進程運行在mask所設(shè)定的CPU上
 * 第二個參數(shù)cpusetsize是mask所指定的數(shù)的長度
 * 通常設(shè)定為sizeof(cpu_set_t)
 * 如果pid的值為0,則表示指定的是當(dāng)前進程 
 */
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);/* 獲得pid所指示的進程的CPU位掩碼,并將該掩碼返回到mask所指向的結(jié)構(gòu)中 */

實例

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/sysinfo.h>
#include<unistd.h>
#define __USE_GNU
#include<sched.h>
#include<ctype.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#define THREAD_MAX_NUM 200  //1個CPU內(nèi)的最多進程數(shù)
int num=0;  //cpu中核數(shù)
void* threadFun(void* arg)  //arg  傳遞線程標(biāo)號（自己定義）
{
         cpu_set_t mask;  //CPU核的集合
         cpu_set_t get;   //獲取在集合中的CPU
         int *a = (int *)arg; 
         int i;
         printf("the thread is:%d\n",*a);  //顯示是第幾個線程
         CPU_ZERO(&mask);    //置空
         CPU_SET(*a,&mask);   //設(shè)置親和力值
         if (sched_setaffinity(0, sizeof(mask), &mask) == -1)//設(shè)置線程CPU親和力
         {
                   printf("warning: could not set CPU affinity, continuing...\n");
         }
           CPU_ZERO(&get);
           if (sched_getaffinity(0, sizeof(get), &get) == -1)//獲取線程CPU親和力
           {
                    printf("warning: cound not get thread affinity, continuing...\n");
           }
           for (i = 0; i < num; i++)
           {
                    if (CPU_ISSET(i, &get))//判斷線程與哪個CPU有親和力
                    {
                             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);  //獲取核數(shù)
         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<num;i++)
         {
                   tid[i] = i;  //每個線程必須有個tid[i]
                   pthread_create(&thread[i],NULL,threadFun,(void*)&tid[i]);
         }
         for(i=0; i< num; i++)
         {
                   pthread_join(thread[i],NULL);//等待所有的線程結(jié)束，線程為死循環(huán)所以CTRL+C結(jié)束
         }
         return 0;
}

運行結(jié)果

-> % ./a.out
system has 2 processor(s).
the thread is:0
the thread is:1
this thread 0 is running processor : 0
this thread 1 is running processor : 1

綁定線程到cpu核上運行

綁定線程到cpu核上使用pthread_setaffinity_np函數(shù)，其原型定義如下：

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <pthread.h>
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.

各參數(shù)的意義與sched_setaffinity相似。

實例

#define _GNU_SOURCE
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#define handle_error_en(en, msg) \
        do { errno = en; perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
int
main(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);
}