Linux下将进程/线程绑定到指定CPU核运行
如何查看Linux核数
$ 总核数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数
$ 总逻辑CPU数 = 物理CPU个数 X 每颗物理CPU的核数 X 超线程数
$ 查看物理CPU个数
cat /proc/cpuinfo| grep "physical id"| sort| uniq| wc -l
$ 查看每个物理CPU中core的个数(即核数)
cat /proc/cpuinfo| grep "cpu cores"| uniq
$ 查看逻辑CPU的个数
cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l
processor：指明每个物理CPU中逻辑处理器信息（序号：0~5表示有6个逻辑CPU）
cpu cores：指明每颗物理CPU中总核数
以I5-8400 6核/6线程为例：
WINDOWS查看方式：
C:\Users\Administrator>wmic
wmic:root\cli>cpu get
NumberOfCores NumberOfEnabledCore NumberOfLogicalProcessors
(CPU核心数)=6 (可用的CPU核心数)=6 (CPU线程数)=6
LINUX虚拟机：
$ cat /proc/cpuinfo | grep "physical id" | uniq
physical id : 0
$ cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | uniq
cpu cores : 6
$ cat /proc/cpuinfo | grep "processor" | uniq
processor : 0
processor : 1
processor : 2
processor : 3
processor : 4
processor : 5
在程序中使用系统调用sysconf获取cpu核心数：
#include <unistd.h>
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 <sys/sysinfo.h>
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 */
C语言代码如下：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/sysinfo.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int sc_nprocessor_conf = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF);
int sc_nprocessor_onln = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
printf("sc_nprocessor_conf[%d]\n", sc_nprocessor_conf);
printf("sc_nprocessor_onln[%d]\n", sc_nprocessor_onln);
int nprocs_conf = get_nprocs_conf();
int nprocs_onln = get_nprocs();
printf("nprocs_conf[%d]\n", nprocs_conf);
printf("nprocs_onln[%d]\n", nprocs_onln);
return 0;
}
执行结果：
sc_nprocessor_conf[6]
sc_nprocessor_onln[6]
nprocs_conf[6]
nprocs_onln[6]
确定调用线程正在运行的CPU和NUMA节点
#include <linux/getcpu.h>
int getcpu(unsigned *cpu, unsigned *node, struct getcpu_cache *tcache);
成功时返回0。 出错时，返回-1，并适当地设置errno
注意：这个系统调用没有glibc包装。 见注意事项。
测试程序：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
struct getcpu_cache
{
unsigned long blob[128/sizeof(long)];
};
int getcpu(unsigned *cpu, unsigned *node,struct getcpu_cache *tcache)
{
return syscall(SYS_getcpu, cpu, node, tcache);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned cpu = 0;
unsigned node = 0;
if(getcpu(&cpu,&node,NULL)==-1)
{
printf("getcpu bad \n");
return 1;
}
printf("cpu = %u node = %u\n",cpu,node);
return 0;
}
getcpu()系统调用标识调用线程或进程当前正在运行的处理器和节点，并将它们写入由cpu和node参数指向的整数。处理器是识别CPU的唯一小整数。该节点是标识NUMA节点的唯一小标识符。当cpu或节点为NULL时，没有任何内容写入相应的指针。
这个系统调用的第三个参数现在是未使用的，应该指定为NULL，除非需要可移植到Linux 2.6.23或更早版本（请参阅NOTES）。
保存在cpu中的信息仅在调用时保持为当前状态：除非使用sched_setaffinity（2）修复了CPU关联性，否则内核可能随时更改CPU。
（通常情况下不会发生这种情况，因为调度器会尽量减少CPU之间的移动来保持缓存热度，但这是可能的。）调用者必须允许在调用返回时，在cpu和node中返回的信息不再是当前的
什么是绑核
所谓绑核，其实就是设定某个进程/线程与某个CPU核的亲和力（affinity）。设定以后，Linux调度器就会让这个进程/线程只在所绑定的核上面去运行。但并不是说该进程/线程就独占这个CPU的核，其他的进程/线程还是可以在这个核上面运行的。
掩码形式绑核
将掩码转换为二进制形式，从最低位到最高位代表物理CPU的#0、#1、……、#n号核。某位的值为0表示不绑该核，1表示绑。比如：0x00000001的二进制为0000...0001，只有第0号核的位置是1，所以表示只绑0号核；0x00000003的二进制为0000...0011，第0和1号核的位置是1，所以表示绑CPU的0号和1号核；再比如0xFFFFFFFF的二进制为1111...1111，所有32个核的位置都为1，所以表示绑CPU的0~31核。
掩码形式的绑核命令为：
taskset -p mask pid
列表形式
列表形式指直接指定要绑的CPU核的列表，列表中可以有一个或多个核。具体语法如下：
taskset -cp cpu-list pid
其中cpu-list是数字化的cpu列表，从0开始。多个不连续的cpu可用逗号连接，连续的可用短现连接，比如0,1,3-6等。
比如taskset -cp 0,1,3-6 2677 命令表示将进程2677 绑定到#0、#1、#3~#6号核上面。
多进程和多线程在cpu核上运行分析：
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。
举例如下：
1， 使用taskset指令绑定进程到特定CPU步骤
测试程序：cpu_processor_test.c
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid = getpid();
pid_t ppid = getppid();
printf("ppid %d pid %d\n", ppid, pid);
while(1)
{
sleep(10);
}
return 0;
}
gcc cpu_processor_test.c -o cpu_processor_test
（1）获取进程pid
$ ps -aux | grep "cpu_processor_test"
myroot 1582 0.0 0.0 4352 628 pts/8 S+ 22:04 0:00 ./cpu_processor_test
（2） 查看进程当前运行在哪些cpu上
$ taskset -p 1582
pid 1582's current affinity mask: 3f
显示的十进制数字3转换为2进制为最低6个是1，每个1对应一个cpu，所以进程运行在6个cpu上。
（3）指定进程运行在cpu2上
$ taskset -pc 2 1582
pid 1582's current affinity list: 0-5
pid 1582's new affinity list: 2
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
（4）确认绑定命令
$ taskset -p 1582
pid 1582's current affinity mask: 4
2，启动程序时绑定cpu
（1）启动时绑定到第3个cpu
$ taskset -c 2 ./cpu_processor_test&
[1] 1615
ppid 1439 pid 1615
（2）查看确认绑定情况
$ taskset -p 1615
pid 1615's current affinity mask: 4
使用sched_setaffinity系统调用
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 <sched.h>
/* 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 */
实例
#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 MAX_THREAD_NUM 200 //1个CPU内的最多进程数
int cpu_cores_num = 0; //cpu中核数
void *thread_test(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 *cpu_index = (int *)arg;
int i;
printf("the thread is:%d\n",*cpu_index); //显示是第几个线程
CPU_ZERO(&mask); //置空
CPU_SET(*cpu_index,&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 (int cpu_core_index = 0; cpu_core_index < cpu_cores_num; cpu_core_index++)
{
if (CPU_ISSET(cpu_core_index, &get))//判断线程与哪个CPU有亲和力
{
printf("this thread %d is running processor : %d\n", cpu_core_index, cpu_core_index);
}
}
return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int tid[MAX_THREAD_NUM] = {0};
int cpu_core_index = 0;
pthread_t thread[MAX_THREAD_NUM];
cpu_cores_num = sysconf(_SC_NPROCESSORS_CONF); //获取核数
if (cpu_cores_num > MAX_THREAD_NUM)
{
printf("cpu_cores_num of cores[%d] is bigger than MAX_THREAD_NUM[%d]!\n", cpu_cores_num, MAX_THREAD_NUM);
return -1;
}
printf("system has %i processor(s). \n", cpu_cores_num);
for(cpu_core_index = 0; cpu_core_index < cpu_cores_num;cpu_core_index++)
{
tid[cpu_core_index] = cpu_core_index; //每个线程必须有个tid[i]
pthread_create(&thread[cpu_core_index],NULL,thread_test,(void*)&tid[cpu_core_index]);
}
for(cpu_core_index = 0; cpu_core_index < cpu_cores_num; cpu_core_index++)
{
pthread_join(thread[cpu_core_index],NULL);//等待所有的线程结束，线程为死循环所以CTRL+C结束
}
return 0;
}
运行结果
$ gcc cpu_processor_test.c -o cpu_processor_test -pthread
$./cpu_processor_test
system has 6 processor(s).
the thread is:0
the thread is:2
the thread is:5
the thread is:3
this thread 5 is running processor : 5
this thread 2 is running processor : 2
this thread 3 is running processor : 3
the thread is:1
the thread is:4
this thread 4 is running processor : 4
this thread 0 is running processor : 0
this thread 1 is running processor : 1
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 <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.
各参数的意义与sched_setaffinity相似。
实例
#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 = 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);
return 0;
}
运行结果
$ gcc cpu_processor_test.c -o cpu_processor_test -pthread
$ ./cpu_processor_test
Set returned by pthread_getaffinity_np() contained:
CPU 0
CPU 1
CPU 2
CPU 3
CPU 4
CPU 5
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。
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